Excel在農(nóng)村飲水工程設(shè)計(jì)管網(wǎng)水力計(jì)算中的應(yīng)用

于成科 姚彩升 杜建君

摘要：利用Excel軟件進(jìn)行函數(shù)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和處理，進(jìn)行飲水工程管網(wǎng)的水力計(jì)算，可使管網(wǎng)水力設(shè)計(jì)表格化，提高了設(shè)計(jì)的速度、設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Excel 管網(wǎng)水力計(jì)算

管網(wǎng)水力計(jì)算是人畜飲水工程設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，主要是根據(jù)最高日用水量，確定供水管網(wǎng)各管段的管徑，求得通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)的水頭損失、管網(wǎng)總需水頭，然后確定水泵所需的揚(yáng)程和水塔應(yīng)有的高度，以滿足用戶對(duì)水量和水壓的要求。它在人飲工程設(shè)計(jì)中，占有十分重要的地位。管網(wǎng)水力計(jì)算正確與否，管徑、水泵選配是否科學(xué)，直接影響到工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用的高低，進(jìn)而影響到供水質(zhì)量。目前，管網(wǎng)水力計(jì)算需要人工進(jìn)行大量的、反復(fù)的函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算過(guò)程繁瑣，不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且精確度不高。

筆者針對(duì)這一問(wèn)題，在近幾年實(shí)施的農(nóng)村人畜飲水工程中，探討、應(yīng)用了Excel進(jìn)行飲水工程設(shè)計(jì)管網(wǎng)的水力計(jì)算，使得管網(wǎng)設(shè)計(jì)表格化，極大地提高了設(shè)計(jì)的速度、設(shè)計(jì)質(zhì)量，收到較好的結(jié)果。

1.Excel功能與特點(diǎn)

Excel是微軟公司專門(mén)為制作表格設(shè)計(jì)的軟件，它既可以方便靈活地創(chuàng)建表格，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并能對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和處理。

利用Excel的編輯、函數(shù)分析及運(yùn)算功能，建立同一工作表內(nèi)單元格及不同工作表之間的鏈接，極大地提高了計(jì)算的速度和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、精度，使管網(wǎng)水力計(jì)算更具合理性，同時(shí)減輕了人工計(jì)算的勞動(dòng)強(qiáng)度。再者，生成圖表美觀，可讀性強(qiáng)，易修改。

2.設(shè)計(jì)示例

現(xiàn)以沂南縣辛集鎮(zhèn)鎮(zhèn)常勝村飲水工程設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

常勝村座落于沂南縣東部長(zhǎng)虹嶺貧水區(qū)，區(qū)域地質(zhì)為紫色砂巖。受特殊地理環(huán)境的影響，人畜飲水困難。二0一0年，該村實(shí)施了人畜飲水工程。工程經(jīng)多方案分析、論證，確定在村南打機(jī)井一眼，以此機(jī)井為水源，采用變頻直供方案，自來(lái)水到戶。設(shè)計(jì)中，根據(jù)臨沂市飲水辦公室的規(guī)定，人均日供水量40升，大小牲畜、農(nóng)業(yè)用水不予考慮。

2.1計(jì)算公式：

2.1.1設(shè)計(jì)人口：P=P0*（1+r）n（人），設(shè)計(jì)年限20年，人口自然增長(zhǎng)率0.8%。

2.1.2最高日用水量，Qmax=Kd*P*Q（m3/d），人均日用水Q取40l/d；Kd日變化系數(shù)，根據(jù)規(guī)定取1.4

2.1.3配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量：Qc=Kn*Qdmax/Tc（m3/h），Kn時(shí)變化系數(shù)，取2.5；Tc供水時(shí)間，取12小時(shí)。

2.1.4人均供水量pi=Qc/P0=0.00379（l/s）

2.1.5內(nèi)徑公式D=（4Q/πV）0.5（Q：m3/h、V：m/s）

2.1.6單位長(zhǎng)度水頭損失I：I=0.000915Q1.774/D4.774（Q：m3/s、D：m）

沿程水頭損失hl=I*L（m）

總水頭損失hf=1.1*hl（m）

2.1.7水力坡降：i=H首-G末-P末/KL，D=17.731θ0.3716/i0.2096

式中H首：與干管相連節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高，G末：支管末端地形標(biāo)高，P末：支管末端自由水頭（取6米），K：考慮局部水頭損失系數(shù)。取1.1，L：管道長(zhǎng)度m，D：管道內(nèi)徑mm，θ：流量l/s。

2.2需處理的幾個(gè)問(wèn)題：

2.2.1根據(jù)村居住的情況、水源和地形特點(diǎn)，確定控制點(diǎn)，進(jìn)行主支管道的布置。

2.2.2結(jié)點(diǎn)為與主管道連接的點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)為與用水戶連接的點(diǎn)。

2.2.3流量計(jì)算中，人口按照就近的原則分配各支管，主管不進(jìn)行人口分配。節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算，支管上游部分結(jié)點(diǎn)分?jǐn)?0%，下游部分節(jié)點(diǎn)分?jǐn)?0%。

2.2.4控制點(diǎn)自由水頭取6米。

2.2.5經(jīng)濟(jì)流速取值在0.75-1.5m/s之間，兼顧前后所選管徑。

2.3水力計(jì)算表格

利用Excel建立基本情況、節(jié)點(diǎn)出流量計(jì)算、干管水頭損失計(jì)算、節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高與自由水頭計(jì)算、配水支管的水力計(jì)算等表。各表格之間及每個(gè)表格的內(nèi)部相互聯(lián)結(jié)，由公式進(jìn)行編輯計(jì)算，只要完成基本情況表，整個(gè)管網(wǎng)計(jì)算即可完成。

管網(wǎng)水力計(jì)算完成后，根據(jù)機(jī)井的動(dòng)靜水位，考慮機(jī)房?jī)?nèi)水頭損失，計(jì)算水泵總揚(yáng)程。根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量（機(jī)井涌水量需大于管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量，當(dāng)小于管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量時(shí)，以機(jī)井實(shí)際涌水量為設(shè)計(jì)流量）和水泵總揚(yáng)程，選配潛水電泵及電器設(shè)備。

2.4土建工程（略）

2.5工程預(yù)算（略）

3結(jié)語(yǔ)

利用Excel進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算，可以提高管網(wǎng)水力計(jì)算的速度和計(jì)算結(jié)果的精度，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水力計(jì)算的半程序化，加快設(shè)計(jì)的速度。沂南縣飲水辦公室利用Excel進(jìn)行了管網(wǎng)的水力計(jì)算和飲水工程設(shè)計(jì)，在短的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，取得了很好的效果。

（作者單位： 276300 山東省沂南縣辛集鎮(zhèn)水利站、沂南縣水利局、沂南縣水利局）