淺談農(nóng)村供水管網(wǎng)的合理設(shè)計(jì)

郝 今

（湖北省宜城市水務(wù)局 湖北 宜城 441400）

保障農(nóng)村飲水安全，讓群眾喝上干凈水、放心水，對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展,建設(shè)和諧社會(huì)和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村將起到十分重要的作用。農(nóng)村供水管網(wǎng)的勘測(cè)、水力計(jì)算和管型選擇，是影響農(nóng)村飲水安全工程運(yùn)行和投資的重要因素。筆者以近幾年從事農(nóng)村飲水安全工作的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，談?wù)劰┧芫W(wǎng)的合理設(shè)計(jì)。鑒于目前管網(wǎng)水力計(jì)算理論比較成熟，計(jì)算公式已編入各類(lèi)教科書(shū)、規(guī)范中，因此不再贅述，本文僅從實(shí)踐角度來(lái)與大家共同探討。

農(nóng)村供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)主要依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》、《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩怼夂蛱攸c(diǎn)及運(yùn)行規(guī)程等實(shí)際情況，從技術(shù)科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)合理性及安全可靠性出發(fā)綜合考慮，進(jìn)行設(shè)計(jì)。農(nóng)村供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括管網(wǎng)勘測(cè)、管道水力計(jì)算、管型選擇等。

1 管網(wǎng)勘測(cè)

農(nóng)村供水管網(wǎng)的勘測(cè)是管網(wǎng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，勘測(cè)的管網(wǎng)線路應(yīng)使整個(gè)供水系統(tǒng)布局合理；盡量縮短線路長(zhǎng)度，少拆遷、少占農(nóng)田；盡量滿足管道地埋要求，避免急轉(zhuǎn)彎、較大的起伏、穿越不良地質(zhì)地段，減少穿越鐵路、公路、河流等障礙物；充分利用地形條件，優(yōu)先采用重力流輸水；施工、運(yùn)行和維護(hù)方便；考慮近遠(yuǎn)期結(jié)合和分步實(shí)施的可能。

1.1 管網(wǎng)勘測(cè)的內(nèi)容

勘測(cè)的內(nèi)容主要包括各節(jié)點(diǎn)高程和位置、管線長(zhǎng)度等，對(duì)數(shù)據(jù)誤差要控制在一定范圍內(nèi)。另外各居民點(diǎn)的人數(shù)（包括學(xué)生人數(shù)）、企業(yè)用水量等亦要收集數(shù)據(jù)。

1.2 管網(wǎng)勘測(cè)的方式

節(jié)點(diǎn)位置、管線長(zhǎng)度等是構(gòu)成管網(wǎng)圖的基礎(chǔ)，可用人工勘測(cè)或用GPS衛(wèi)星定位勘測(cè)的方法。

人工勘測(cè)一般采用測(cè)繩測(cè)量線路長(zhǎng)度，逐一記錄，此方法較準(zhǔn)確但效率低，另外采用此方法繪出的圖難以準(zhǔn)確反應(yīng)各管段、節(jié)點(diǎn)的方位。

采用GPS衛(wèi)星定位測(cè)量，測(cè)量精度一般1km誤差能控制在15m以內(nèi)，能滿足要求，且效率高，該方式測(cè)出來(lái)的管網(wǎng)圖能準(zhǔn)確反應(yīng)各管段、節(jié)點(diǎn)、分支點(diǎn)的分布方位，便于與實(shí)際地形比較。一般普通手持式GPS定位儀即可。

1.3 管網(wǎng)勘測(cè)的方法

進(jìn)行管網(wǎng)勘測(cè)前應(yīng)先繪制項(xiàng)目區(qū)草圖，草圖可聯(lián)系項(xiàng)目區(qū)各村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)熟悉情況的人員繪制，應(yīng)將各居民點(diǎn)、分支點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)位置標(biāo)出來(lái)，然后按草圖逐點(diǎn)、逐線勘測(cè)，繪出初步管網(wǎng)圖。項(xiàng)目區(qū)居民點(diǎn)人數(shù)和企業(yè)用水量可根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)年報(bào)和實(shí)地調(diào)查確定。節(jié)點(diǎn)高程可根據(jù)萬(wàn)分之一地圖查得，或用高度儀測(cè)得。

初步管網(wǎng)圖需要進(jìn)行復(fù)核，最好能與萬(wàn)分之一地圖進(jìn)行核對(duì)，以求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、線路布置合理。對(duì)于線路關(guān)鍵點(diǎn)如穿路涵洞、過(guò)溝渠橋梁等應(yīng)詳細(xì)記錄。復(fù)核好后便得到確定的管網(wǎng)圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對(duì)于采用GPS衛(wèi)星定位測(cè)量的數(shù)據(jù)可用GPS配套軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，再導(dǎo)出成CAD數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)加工后便得到CAD版管網(wǎng)圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 管網(wǎng)水力計(jì)算

管網(wǎng)的水力計(jì)算是按照水動(dòng)力學(xué)中有壓管理論與方法進(jìn)行計(jì)算，其任務(wù)是確定管道的沿程水頭損失和局部水頭損失，進(jìn)而求出節(jié)點(diǎn)自由水頭和水壓線標(biāo)高，最終確定出各管段的合理的管徑。設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)計(jì)算公式，分段進(jìn)行水力計(jì)算。本節(jié)對(duì)于計(jì)算公式不再贅述，僅從實(shí)踐角度探討一下管網(wǎng)水力計(jì)算的方式和修正。

2.1 管網(wǎng)水力計(jì)算方式

管網(wǎng)水力計(jì)算方式目前主要有三種，分別為手算、電子表格計(jì)算、程序軟件計(jì)算。下面逐一進(jìn)行介紹。

2.1.1 手算

手算即將管網(wǎng)的水力要素用筆算或計(jì)算器計(jì)算出來(lái)，該方法計(jì)算效率低，且容易出錯(cuò)，一般在條件受限且管網(wǎng)較簡(jiǎn)單時(shí)使用。

2.1.2 電子表格計(jì)算

Excel作為目前最常用的電子表格軟件，其主要特色就是既能按預(yù)設(shè)的公式進(jìn)行計(jì)算，又能運(yùn)用各類(lèi)Excel函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇、條件判斷等，并能排版為表格直接復(fù)制到word。其計(jì)算效率高、出錯(cuò)率基本為零，特別適合做管網(wǎng)計(jì)算這類(lèi)重復(fù)性計(jì)算。如用預(yù)設(shè)公式能根據(jù)管道流量、管徑、管長(zhǎng)等參數(shù)直接計(jì)算出管段水頭損失，用“IF”函數(shù)可實(shí)現(xiàn)選定管道外徑及壓力等級(jí)時(shí)自動(dòng)確定內(nèi)徑。但該方法尚不能完全自動(dòng)，比如當(dāng)管網(wǎng)改動(dòng)后，需重新建立主管道、分支管道邏輯關(guān)系才能重新計(jì)算控制點(diǎn)自由水頭、大用戶配水流量分配等。

2.1.3 程序軟件計(jì)算

管網(wǎng)水力計(jì)算亦可編寫(xiě)程序進(jìn)行計(jì)算，語(yǔ)言有多種，如 C、Fortran、VB、VC++ 等，但若不能自動(dòng)建立管網(wǎng)中各管段的邏輯關(guān)系，則其功能基本和電子表格相似。目前已有能夠自動(dòng)建立管網(wǎng)中各管段邏輯關(guān)系的專(zhuān)業(yè)管網(wǎng)計(jì)算軟件，通過(guò)在軟件內(nèi)繪制管網(wǎng)圖即自動(dòng)建立各管段邏輯關(guān)系，然后自動(dòng)計(jì)算管段水頭損失、節(jié)點(diǎn)自由水頭等水力要素，并將各類(lèi)水力要素自動(dòng)標(biāo)于管網(wǎng)圖上。使用專(zhuān)業(yè)管網(wǎng)計(jì)算軟件能夠大大提高設(shè)計(jì)工作效率。但熟練使用專(zhuān)業(yè)管網(wǎng)計(jì)算軟件需要相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)輔助，并受到資金、運(yùn)用條件等限制，目前專(zhuān)業(yè)軟件普及范圍有限。

2.2 管網(wǎng)水力計(jì)算修正

目前管網(wǎng)水力計(jì)算理論比較成熟，但筆者根據(jù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)尚需對(duì)計(jì)算好的管網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)修正才能最終確定管網(wǎng)參數(shù)。

管徑計(jì)算中若完全照搬公式計(jì)算，則會(huì)在小管徑部分產(chǎn)生偏移。如進(jìn)入一個(gè)100人自然村的分支管道，在供水壓力較大的情況下，根據(jù)公式可能計(jì)算出分支管道只需用DN25mm甚至DN20mm的管徑。這顯然與實(shí)際情況不符，因?yàn)橐话闳霊艄艿佬枰狣N25mm（或DN32mm），那么100人的自然村按25戶計(jì)算所需分支管道則肯定要大于DN25mm，一般為DN40mm（或DN50mm）。

進(jìn)入寄宿制學(xué)校的分支管道，一般需將正常計(jì)算出來(lái)的管徑增大一至兩級(jí)。因?yàn)榧乃迣W(xué)生作息時(shí)間非常規(guī)律，所以用水時(shí)間段特別集中，這就相當(dāng)于時(shí)變化系數(shù)要大于工程中所用的，如果仍按照工程中所取的時(shí)變化系數(shù)計(jì)算則管徑偏小，將會(huì)供水不足。因此進(jìn)入寄宿制學(xué)校的分支管道管徑應(yīng)參考供水壓力、學(xué)校規(guī)模、學(xué)校樓層高度并適當(dāng)放大時(shí)變化系數(shù)綜合確定。實(shí)際上小分支管部分由于用戶較少，偶然因素大，其時(shí)變化系數(shù)也應(yīng)適當(dāng)放大。

在分支管道修正中應(yīng)適當(dāng)考慮水壓平衡問(wèn)題。對(duì)于地勢(shì)較低、自由水頭較高的居民點(diǎn)，可適當(dāng)減小分支管徑，一是避免浪費(fèi)，二是可以避免與自由水頭較低的居民點(diǎn)“搶水”。反之可適當(dāng)增大分支管徑。

3 管型選擇

目前給水管的類(lèi)型有多種，各有優(yōu)缺點(diǎn)。下面列舉部分常用的給水管類(lèi)型供大家參考。

3.1 常用給水管型介紹

PVC-U管：是以衛(wèi)生級(jí)聚氯乙烯（PVC）樹(shù)脂為主要原料。具有重量輕、剛性好、耐腐蝕、水流阻力小、造價(jià)低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。安裝采用粘膠連接和膠圈連接，比較方便。缺點(diǎn)是韌性、抗沖擊性能差，易產(chǎn)生脆性破壞，需要在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中多加注意。該管型運(yùn)用歷史悠久、技術(shù)成熟、配套完善。

PVC-M管：是PVC-U型號(hào)的改進(jìn)型，除了具有PVC-U管道的優(yōu)點(diǎn)外，它增加了材料的延展性和抗開(kāi)裂性，具有良好的韌性和高抗壓能力，能更有效地抵抗點(diǎn)載荷、地基不均勻沉降和抗水錘能力。其噸價(jià)比PVC-U要貴10%～20%，但由于PVC-M管比PVC-U管同壓力等級(jí)的壁更薄，故同壓力等級(jí)的PVC-M管更便宜。目前在農(nóng)村供水管網(wǎng)中推廣迅速，運(yùn)用廣泛。

PE管：是由單體乙烯聚合而成。具有重量輕、耐腐蝕、水流阻力小、韌性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。安裝采用熱熔連接，接頭強(qiáng)度強(qiáng)于管材，安全可靠，但需要電源，施工較不方便。PE管道具備獨(dú)特的柔韌性，其斷裂伸長(zhǎng)率均超過(guò)500%，彎曲半徑可以達(dá)到管道直徑的20～25倍，還有優(yōu)良的耐刮傷痕的能力，可靠性高，目前主要在市政管網(wǎng)中應(yīng)用較廣。造價(jià)一般比PVC管貴40%以上。

PPR管：又叫三型聚丙烯管，具有重量輕、耐腐蝕、不結(jié)垢、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。價(jià)格高，不能彎曲施工，是目前家裝工程中采用較多的一種供水管道。

此外還有鑄鐵管、鋼管、砼管等，由于易生銹、不衛(wèi)生、水流阻力大、安裝不方便等缺點(diǎn)在給水管領(lǐng)域已逐漸被塑料管所取代，但在過(guò)溝、渠、道路等特殊地段或受條件限制必須明設(shè)時(shí)仍會(huì)使用到。

3.2 給水管型選擇

選擇何種管型要根據(jù)各種管型的特點(diǎn)以及安全可靠性、投資、施工方便程度等方面綜合考慮。下面根據(jù)筆者近幾年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，與大家探討如下。

3.2.1 安全可靠

給水管是有壓管，一旦漏水爆裂將會(huì)給供水廠和用水居民造成損失。管材應(yīng)能經(jīng)受得起振動(dòng)沖擊、水錘和熱脹冷縮等，并經(jīng)受時(shí)間考驗(yàn)，不會(huì)漏水、不爆裂。這就需要所選擇的管型要有良好的各項(xiàng)性能，對(duì)于同種管型也要對(duì)比不同廠家，選擇質(zhì)量合格的產(chǎn)品，嚴(yán)格禁用次品。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)性

在滿足使用安全可靠的前提下，管材價(jià)格就成為一個(gè)重要因素。如果工程投資較寬松，就可以選擇穩(wěn)定性高的管型，同類(lèi)管型也可以選擇更高壓力等級(jí)的以提高可靠性。如果工程投資較緊張，則可以選擇價(jià)格相對(duì)便宜的管型，以求達(dá)到較高的性價(jià)比。

3.2.3 便于施工

供水管網(wǎng)施工也是選擇管型時(shí)必須參考的一個(gè)因素，它在某種程度上也影響了工程造價(jià)，需要根據(jù)供水管網(wǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)地形、地貌等因素綜合考慮。地形特別復(fù)雜地段可以采用柔韌性能好的PE管，小管徑PE管甚至有盤(pán)管（300m/盤(pán)），避免了采用不能彎曲的PVC管時(shí)頻繁使用彎頭變彎、頻繁接頭等，節(jié)約了安裝費(fèi)。PE管接頭需用電熱熔焊機(jī)來(lái)連接，要求施工條件和施工隊(duì)伍素質(zhì)更高。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村供水管網(wǎng)在設(shè)計(jì)計(jì)算上并不復(fù)雜，但從管網(wǎng)勘測(cè)、管網(wǎng)水力計(jì)算、繪制管網(wǎng)圖到各型管材管件選擇等一整套事情下來(lái)也比較繁瑣，這就需要設(shè)計(jì)人員認(rèn)真負(fù)責(zé)、細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)。最后，要注意理論聯(lián)系實(shí)際，這樣就能在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中胸有成竹、游刃有余。陜西水利

[1]村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范.SL310-2004.中國(guó)水利水電出版社.2005年1月.