市政給排水設(shè)計(jì)中輸水方式的選擇及管網(wǎng)分區(qū)研究

張旭

摘 ? ?要：在市政給排水設(shè)計(jì)中，合理選用輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)模式能夠增強(qiáng)給排水系統(tǒng)建設(shè)效果。基于此，本文從地形、距離、實(shí)際需求、經(jīng)濟(jì)條件這幾個(gè)方面介紹了輸水方式的選擇方法，并闡述了輸水管網(wǎng)的區(qū)域計(jì)量分區(qū)、壓力分區(qū)、管理分區(qū)、綜合性分區(qū)，希望能夠?yàn)槭姓o排水設(shè)施的建設(shè)發(fā)展提供助力。

關(guān)鍵詞：市政排水;輸水管網(wǎng);管網(wǎng)分區(qū)

1 ?引言

市政給排水輸水管網(wǎng)是為了滿足居民生活、生產(chǎn)用水需求而建設(shè)的供水設(shè)施，發(fā)揮著保障群眾生活質(zhì)量、促進(jìn)城市發(fā)展的重要作用，因此，為了持續(xù)推進(jìn)市政設(shè)施的優(yōu)化和完善，工作者需要通過做好輸水方式的選擇以及管網(wǎng)分區(qū)，來保障市政輸水體系設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，增強(qiáng)給排水設(shè)施的整體使用性能。

2 ?市政給排水設(shè)計(jì)中輸水方式的選擇

2.1 ?根據(jù)地形選擇輸水方式

就目前來看，市政給排水設(shè)計(jì)中的輸水方式主要分為三種，即重力輸水、壓力輸水以及混合輸水，工作者需要根據(jù)供水區(qū)域的實(shí)際地形，來選擇相應(yīng)的輸水方式，保障區(qū)域內(nèi)輸水管網(wǎng)的通暢。其中重力輸水方式通常僅適用于水源與用戶之間地勢(shì)高差較大的情況。壓力輸水方式則主要適用于水源與用戶所在區(qū)域之間的高差不足以推動(dòng)水體自流輸入，或水源區(qū)域的地勢(shì)比用戶區(qū)域地勢(shì)低的情況?；旌陷斔绞揭话阌糜谟脩襞c水源之間地形變化較大的情況，在實(shí)際構(gòu)造上也比較復(fù)雜。

2.2 ?根據(jù)距離選擇輸水方式

根據(jù)距離選擇輸水方式這一設(shè)計(jì)思路，主要應(yīng)用在長(zhǎng)距離的輸水方式選擇中。在長(zhǎng)距離的輸水中，由于我國(guó)水源空間分布不均勻，加之長(zhǎng)距離輸水管網(wǎng)經(jīng)常會(huì)遇到地形復(fù)雜的區(qū)域，因此，現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)者通常會(huì)采用混合輸水方式，來進(jìn)行長(zhǎng)距離輸水。但在此過程中，輸水管中的水體經(jīng)常會(huì)因?yàn)榱魉俚膭×易兓霈F(xiàn)水錘現(xiàn)象造成管網(wǎng)損壞。為此，設(shè)計(jì)者需要將水錘防護(hù)納入到輸水方式選擇中的重點(diǎn)考慮因素，而常規(guī)條件下，重力、壓力兩種輸水方式都容易發(fā)生水錘問題，影響管網(wǎng)運(yùn)行的安全性，因此，設(shè)計(jì)者需要在上述兩種基礎(chǔ)方式上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，?gòu)建出能夠適應(yīng)遠(yuǎn)距離輸水的針對(duì)性輸水方式。在此過程中，鑒于重力輸水沒有加壓泵，不存在水柱分離、彌合等問題，所以設(shè)計(jì)者可以在條件允許的情況下，提高重力輸水方式的應(yīng)用比例，并針對(duì)需要壓力輸水方式的區(qū)域，采取分級(jí)鋪設(shè)的措施，優(yōu)化輸水方式設(shè)計(jì)。

2.3 ?根據(jù)實(shí)際需求選擇輸水方式

根據(jù)實(shí)際需求選擇輸水方式主要是指基于大輸水量、輸水過水域這兩種情況對(duì)輸水設(shè)計(jì)的要求，來選擇輸水方式的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在大水量輸水工程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)采用低壓輸水模式，并將輸水管道接入儲(chǔ)水袋中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的輸水，如果期間存在輸水過水域的情況，設(shè)計(jì)者還要根據(jù)實(shí)際情況選擇架空、埋地等方式，完成輸水管網(wǎng)的建設(shè)。以大柔塑輸水方式為例，在該輸水方式的背景下，人們采用了大口徑柔性納米抗菌塑料管作為輸水管材，利用支架將其建設(shè)在水面以下，然后將水源輸入設(shè)置在地下的大儲(chǔ)水袋中，最后，市政分支管網(wǎng)再將水源從大儲(chǔ)水袋輸送到用戶處，完成整體輸水方式的設(shè)計(jì)，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大量、過水域輸水，而且還可以借助塑料管材的耐久性，減少后期維護(hù)成本。

2.4 ?根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件選擇輸水方式

經(jīng)濟(jì)條件作為影響輸水方式選擇的重要因素，設(shè)計(jì)者應(yīng)針對(duì)實(shí)際建設(shè)運(yùn)營(yíng)資金投入狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的取舍，使輸水工程得以穩(wěn)定運(yùn)作。在輸水方式選擇中，設(shè)計(jì)者需要注意，高壓管道的能耗相較于低壓鋼筋混凝土暗渠的能耗更高，所以在條件允許的范圍內(nèi)，可以優(yōu)先選擇低壓暗渠，同時(shí)，管道的粗糙系數(shù)通常與水頭損失呈反比，為此，設(shè)計(jì)者在實(shí)際的輸水選擇中，可以采用較為光滑的管材，降低輸水系統(tǒng)運(yùn)作能耗。此外，適當(dāng)調(diào)整輸水渠內(nèi)的流速，也能夠減少系統(tǒng)整體能耗，節(jié)約建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，例如：黃浦江上游的輸水工程，設(shè)計(jì)者將流速設(shè)置在1m/s～1.4m/s，結(jié)合0.3%～0.5%的水體自有水力坡降，使水體流速剛好可以保持在不淤狀態(tài)，增強(qiáng)了水體加壓環(huán)節(jié)能耗的合理性，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性的輸水方式選擇設(shè)計(jì)。

3 ?市政給排水設(shè)計(jì)中輸水管網(wǎng)分區(qū)

3.1 ?區(qū)域計(jì)量分區(qū)

在輸水管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)中，區(qū)域計(jì)量分區(qū)模式又被稱為DMA分區(qū)，其主要是通過關(guān)閉輸水管的閥門或截?cái)喙芏蔚姆椒ǎ瑏韺⒄w輸水管網(wǎng)劃分為各個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，同時(shí)，工作者還要為每個(gè)區(qū)域的進(jìn)、出水管處，配備流量計(jì)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域的水源出、入流量，以便于及時(shí)定位輸水管故障位置，為后期的檢修、維護(hù)工作提供便利。在此過程中，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)管網(wǎng)覆蓋的用戶數(shù)量，來選擇相應(yīng)等級(jí)的計(jì)量分區(qū)模式，制定具體的管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)階段，計(jì)量分區(qū)模式主要被分為三個(gè)等級(jí)，即小型、中型、大型，其中小型等級(jí)的用戶數(shù)量為1000戶以下、中型為1000～3000戶、大型為3000～5000戶，設(shè)計(jì)者基于此，來協(xié)調(diào)輸水管網(wǎng)的分區(qū)設(shè)計(jì)，可以更好地滿足不同人口規(guī)模區(qū)域的輸水要求，深入優(yōu)化管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。

3.2 ?壓力分區(qū)

壓力分區(qū)主要是指一種基于地形和用戶水壓需求，將輸水管網(wǎng)劃分成各個(gè)壓力分區(qū)的管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)方式。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要圍繞壓力與漏失率之間的正比關(guān)系，結(jié)合輸水區(qū)域的高程分布、水壓線分布資料，將整體管網(wǎng)準(zhǔn)確劃分為若干個(gè)壓力分區(qū)，以便于對(duì)局部管網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行壓力控制，降低管網(wǎng)漏失率。在此過程中，設(shè)計(jì)者需要將測(cè)壓點(diǎn)布置到比較有代表性的用戶節(jié)點(diǎn)中，以獲取輸水管網(wǎng)整體的壓力分布數(shù)據(jù)，然后結(jié)合歐氏距離理論，構(gòu)建一個(gè)輸水管網(wǎng)分區(qū)模型，來推算出各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的相似性，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將輸水管網(wǎng)劃分為各個(gè)子區(qū)，并在每個(gè)子區(qū)中選擇最具代表性的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用作后續(xù)管網(wǎng)水壓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)輸水管網(wǎng)壓力分區(qū)設(shè)計(jì)。

3.3 ?管理分區(qū)

從經(jīng)濟(jì)性、可行性等角度上來看，上述兩種分區(qū)方式在落實(shí)過程中需要大量的計(jì)量操作，難以在規(guī)模龐大的輸水管網(wǎng)分區(qū)工作中落實(shí)。而管理分區(qū)模式是直接按照管網(wǎng)覆蓋區(qū)域現(xiàn)有的、明顯的邊界進(jìn)行劃分，能夠最大化地簡(jiǎn)化輸入管網(wǎng)的管理工作，有效適用于覆蓋規(guī)模大、涉及用戶數(shù)量多的輸水管網(wǎng)分區(qū)。一般來說，這種分區(qū)模式采用的邊界通常為自然條件下形成的地理邊界、行政劃分邊界，待管網(wǎng)建成后，各個(gè)區(qū)域的負(fù)責(zé)人員，通過相互之間的信息共享和溝通，即可有效落實(shí)后續(xù)的維修、養(yǎng)護(hù)工作，為管理工作提供了極大的便利。

3.4 ?綜合性分區(qū)

綜合性分區(qū)是指將計(jì)量分區(qū)、壓力分區(qū)、管理分區(qū)這三種模式融合在一起，建立一個(gè)綜合性的分區(qū)設(shè)計(jì)思路，不僅方便后期管理，而且也實(shí)現(xiàn)了區(qū)域之間有效的隔離控制。在綜合分區(qū)視域下，設(shè)計(jì)者需要先將整體管網(wǎng)以計(jì)量分區(qū)的形式劃分為各個(gè)分區(qū)，之后，再采用管理分區(qū)模式，將計(jì)量分區(qū)進(jìn)行合并，使各個(gè)大分區(qū)具有明顯的邊界，最后，基于壓力分區(qū)的原則，對(duì)已經(jīng)完成的分區(qū)進(jìn)行審核與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)高、低壓區(qū)的有效隔離，構(gòu)建出相互獨(dú)立的各個(gè)控制區(qū)域。此外，設(shè)計(jì)者還可以先采用管理分區(qū)劃分權(quán)責(zé)范圍，然后利用計(jì)量分區(qū)逐步將大塊的管理分區(qū)劃分成各個(gè)子區(qū)域，同時(shí)，針對(duì)高壓、低壓區(qū)特征較為明顯的管網(wǎng)部分，進(jìn)行壓力分區(qū)，并實(shí)施重點(diǎn)控制，落實(shí)綜合性分區(qū)設(shè)計(jì)。

4 ?結(jié)論

綜上所述，增強(qiáng)市政給排水輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，有助于城市的良性發(fā)展。在市政設(shè)施建設(shè)方面，工作者通過正確選擇輸水方式可以保證城市用水的穩(wěn)定、持續(xù)供給，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行輸水管網(wǎng)的分區(qū)，能夠優(yōu)化輸水設(shè)施的使用性能，為后續(xù)的維修、保養(yǎng)工作提供便利。

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