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

陶丹

北京中鐵生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)院有限公司 北京 102600

給排水輸水方式和管網(wǎng)分布是各要素組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其最終目的就是要在保證健康水質(zhì)以及水量流通的前提之下，提高水資源的利用率，這需要投入大量的人力、物力以及財(cái)力資源，同時(shí)要求各環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)人通力協(xié)作，保質(zhì)保量地完成工作任務(wù)，這樣才能不斷促進(jìn)城市建設(shè)的良性運(yùn)行。如今，越來越多城市對(duì)市政給排水的關(guān)注重心逐漸發(fā)生了改變，科學(xué)的給排水設(shè)計(jì)不僅涉及到城市美觀性和實(shí)用性問題，同時(shí)還要綜合其他各個(gè)相應(yīng)細(xì)節(jié)的問題。

1 市政給排水設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1.1 給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

我國水資源貧乏，加上我國城市化進(jìn)程的不斷加快，很多城市都面臨著水資源供應(yīng)不足的現(xiàn)象。因此，在市政給排水工程的設(shè)計(jì)過程中，不僅需要確保城市水資源的利用效率能夠有所提升，同時(shí)還需要做好水資源的回收再利用工作，從而有效節(jié)省水資源的消耗應(yīng)用。這就需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員從實(shí)際情況出發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雨水的儲(chǔ)存、回收和利用。對(duì)于水資源消耗量較大的活動(dòng)，可以安排在雨水充沛的季節(jié)進(jìn)行。在水資源比較匱乏的情況下，則盡量開展一些非用水項(xiàng)目。由于城市的水資源往往分布不均衡，這就需要根據(jù)城市的實(shí)際發(fā)展情況做好預(yù)估工作，進(jìn)而對(duì)水資源進(jìn)行合理分配，以保證城市水資源供應(yīng)的均衡性。

1.2 排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

城市每天都有極大量得生活污水需要排放出去，不然將會(huì)嚴(yán)重影響到城市的正常發(fā)展。為了將排水設(shè)計(jì)工作做得更好，需要做好以下幾個(gè)方面的工作：第一，需要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)和生活排水需求進(jìn)行市政排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，另外還需要將防洪排澇設(shè)計(jì)考慮在內(nèi)，對(duì)于防洪排澇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要高于十年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。第二，需要做好污水的處理工作。這就需要在進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候，對(duì)城市的污水處理能力進(jìn)行綜合考量，并且運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理再排放，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。第三，為了確保城市的排水系統(tǒng)能夠滿足日常的污水排放需求，還需要做好污水的核算工作。為了確保污水核算的準(zhǔn)確度，在落實(shí)核算的過程中，需要運(yùn)用圖形測量的方式來對(duì)相應(yīng)的排水管道的管徑和坡度進(jìn)行測量。第四，還需要做好相應(yīng)的節(jié)水工作。

2 市政給排水設(shè)計(jì)中輸水方式的選擇

2.1 輸水方式合理選型

城市給排水工程以及管網(wǎng)系統(tǒng)非常的復(fù)雜，涉及很多方面的影響因素，因此實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)科學(xué)選擇輸水方式，才能提高給排水效率。城市建設(shè)過程中的給排水輸水方式選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)市政工程建設(shè)布局和市政建設(shè)用水實(shí)際情況相結(jié)合，二者不能出現(xiàn)脫節(jié)。目前，國內(nèi)市政給排水工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，最常用的輸水方式有三種，即壓力流、重力流和混合型三種輸水方式，具體分析如下：

第一，壓力輸水型。該種類型的壓力輸水方式在現(xiàn)階段市政工程項(xiàng)目建設(shè)過程中應(yīng)用非常的廣泛。從原理層面來看，其主要是通過對(duì)給水源施加壓力使其水位提高，從而實(shí)現(xiàn)水源輸送之目的。從應(yīng)用實(shí)踐來看，若采用壓力輸水法，則需在水源周圍建設(shè)加壓設(shè)施，同時(shí)還要全面考察輸水情況以及客觀需求等，優(yōu)化整合以及科學(xué)設(shè)計(jì)水壓數(shù)值。值得一提的是，壓力輸水方法的應(yīng)用，對(duì)輸水管道會(huì)產(chǎn)生壓力，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)合理選擇輸水管材，以確保輸水管道運(yùn)行安全可靠性。

第二，重力輸水型。市政給排水工程施工建設(shè)實(shí)踐中，給排水管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)于城市供水而言非常重要，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)充分利用各地區(qū)的地勢條件，有效發(fā)揮重力作用，即重力輸水。該種方式本質(zhì)上就是將重力變成輸水動(dòng)能，在現(xiàn)代市政工程給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中選擇重力輸水法，對(duì)城市的地形條件有較高的要求。

第三，混合輸水型。顧名思義，市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的混合型輸水方式，實(shí)際上就是上述兩種方式的優(yōu)化組合應(yīng)用，即結(jié)合地形地貌，采用合理的壓力輸送水源方式，實(shí)現(xiàn)綜合供排水。

2.2 合理選擇輸水方式及注意事項(xiàng)

基于上述三種類型的水源輸送方式分析可知，在選擇輸水方式時(shí)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持因地制宜的原則，采用高效方式輸送水源。在具體選擇輸水方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮以下兩個(gè)因素，即坡度、距離。市政給排水工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重水源直線輸送距離的計(jì)算，全面分析輸水時(shí)坡度對(duì)其重力產(chǎn)生的作用和影響，結(jié)合多方面的因素合理選擇最佳輸水方式。值得一提的是，選擇好輸送水源的方式以后，還要注意以下幾個(gè)方面的事項(xiàng)。

第一，過河法。市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果需要輸水管網(wǎng)過河，則應(yīng)當(dāng)考察管道輸水壓力及其重力情況，優(yōu)選管道型號(hào)以及材質(zhì)，對(duì)輸水設(shè)施的實(shí)際利用情況全面考慮。首先，架空過河。輸水管線布設(shè)時(shí)，進(jìn)程會(huì)跨越復(fù)雜的地帶，比如過河。針對(duì)該種情況，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)對(duì)輸水管道架空過河進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸水管道架空過河時(shí)需借助橋梁對(duì)管線提供鋪設(shè)作用，以順著橋梁為宜，從上方通過并對(duì)輸水管道進(jìn)行架空。在優(yōu)化設(shè)計(jì)輸水管道架空過河方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握輸水管道尺寸，特別是其直徑、管內(nèi)壓力等，堅(jiān)決避免對(duì)橋梁受力性能產(chǎn)生不利影響。

第二，河底埋設(shè)過河。實(shí)踐中，將輸水管道在河床上的適當(dāng)位置合理埋設(shè)，確保輸水能夠順利過河。輸水管道河底埋設(shè)過河過程中，最為關(guān)鍵的是應(yīng)當(dāng)選擇抗腐蝕性能良好的管道，以免長期浸泡影響管道輸水效果和質(zhì)量。

第三，合理選擇排氣閥。排氣閥是輸水管道的重要設(shè)施之一，其對(duì)管道輸水質(zhì)量和效率所起的作用不可小覷。比如，輸水管道內(nèi)中水快要排盡時(shí)，排氣閥就會(huì)大量吸氣，以此來避免管道因負(fù)壓而受到損壞。如果輸水管道需灌水，則排氣閥大量排氣，可以實(shí)現(xiàn)快速灌水。

2.3 長距離輸水

我國水資源分布不均，城市給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大，部分城市甚至不具有安全無污染的水源。對(duì)于上述城市而言，在市政給排水系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)長距離輸水進(jìn)行綜合考量。目前國內(nèi)最為典型的長距離輸水項(xiàng)目即南水北調(diào)，工程建設(shè)投資較大，而且技術(shù)性和安全性要求比較高。長距離輸水過程中，管線內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量空氣，不僅影響輸水效率，而且不利于安全輸水。為此，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)采取針對(duì)性措施，有效解決管道中存在空氣的問題，比如對(duì)空氣閥布設(shè)位置進(jìn)行綜合權(quán)衡[1]。

3 市政給排水設(shè)計(jì)中管網(wǎng)分區(qū)的選擇

3.1 管網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

就目前國內(nèi)市政給排水系統(tǒng)而言，管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)澐謱蛹?jí)，并且由主管線逐級(jí)向下遞減。具體而言，可將首層管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)其功能要求確認(rèn)為一級(jí)管網(wǎng)，二層與三層級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)是為了改壓、減漏以及空壓等。目前國內(nèi)多數(shù)城市給排水系統(tǒng)建設(shè)過程中，管網(wǎng)分布一般都保持兩個(gè)層級(jí)數(shù)，層級(jí)數(shù)的確立依據(jù)與市政供水管網(wǎng)造價(jià)與規(guī)模等關(guān)系密切。

3.2 管網(wǎng)分區(qū)的方案流程要確定

首先應(yīng)該嚴(yán)格按照我國市政工程管網(wǎng)系統(tǒng)的階層、各個(gè)階層的使用功能等對(duì)管網(wǎng)區(qū)域范圍內(nèi)的階層數(shù)進(jìn)行確定，并且與當(dāng)?shù)厥姓o排水管網(wǎng)的投入資金相結(jié)合進(jìn)行成本劃分。其次將管網(wǎng)區(qū)域和建設(shè)規(guī)模確定出來，將其與供水區(qū)域的地形特征和進(jìn)水點(diǎn)所在位置等有效結(jié)合，科學(xué)合理的計(jì)算水頭損失，并且合理運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，盡可能使用低壓輸水方式。最后不斷優(yōu)化和調(diào)整區(qū)域管網(wǎng)分區(qū)的方案，將其與現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)相結(jié)合。

3.3 管網(wǎng)系統(tǒng)的階層要確定

在對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)時(shí)，還需要考慮城市的實(shí)際發(fā)展情況，從而保證所設(shè)計(jì)的管網(wǎng)系統(tǒng)階層與城市的實(shí)際發(fā)展情況相吻合。一般來說，城市管網(wǎng)系統(tǒng)的階層設(shè)計(jì)往往會(huì)參考管網(wǎng)系統(tǒng)的功能，進(jìn)行第一階層管網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而對(duì)于管網(wǎng)系統(tǒng)中的空壓、改壓及減漏等方式的設(shè)計(jì)，則往往在第二或者第三階層管網(wǎng)中應(yīng)用。就我國目前的情況而言，我國城市市政管網(wǎng)系統(tǒng)的階層數(shù)確定為兩個(gè)，這也是結(jié)合我國城市的實(shí)際情況而定的。

3.4 管網(wǎng)區(qū)域邊界和進(jìn)水點(diǎn)要確定數(shù)量

在對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的階層進(jìn)行確定之后，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)管網(wǎng)區(qū)域邊界和進(jìn)水點(diǎn)進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)。由于在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)存在地形地貌方面的差異，并且不同地區(qū)的用水量和供水參數(shù)也會(huì)存在差異，這就需要確保所進(jìn)行的管網(wǎng)邊界設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，確保管網(wǎng)邊界的設(shè)計(jì)既能夠符合當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c(diǎn)以滿足用戶的實(shí)際用水需求，同時(shí)還能盡可能的減少市政供水的設(shè)計(jì)成本，從而促進(jìn)城市的更好建設(shè)與發(fā)展。至于進(jìn)水點(diǎn)的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)進(jìn)水點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，既要盡可能少的設(shè)計(jì)進(jìn)水點(diǎn)，但必須要保證城市供水的穩(wěn)定性。一般來說，在大部分的區(qū)域中可以采用單點(diǎn)進(jìn)水的方式，這樣有利于對(duì)當(dāng)?shù)氐乃畨汉退窟M(jìn)行更好地控制[2]。

3.5 輸水管理方案的優(yōu)化

在設(shè)計(jì)市政給排水系統(tǒng)時(shí)，管網(wǎng)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，而且也并非一蹴而就的事情。通常情況下，在初步分區(qū)方案成型以后，設(shè)計(jì)人員與決策人員應(yīng)當(dāng)對(duì)比分析方案，利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)手段模擬實(shí)驗(yàn)，并且深入挖掘設(shè)計(jì)方案中的問題。通過上述步驟，對(duì)各分區(qū)輸水方案進(jìn)行細(xì)化，在此過程中涉及很多的元素和影響因素，比如輸水管道、閘斷設(shè)施的設(shè)置等。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制建設(shè)成本，其主要部分是指市政給排水系統(tǒng)管線材料和成本，管材成本源于所用的管道材料和長度、橫截面積等。實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，采用性價(jià)比最高的管道材料，盡可能縮短管線，只需滿足正常安全輸送水源即可。在此過程中，還應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段和方法，比如疊壓輸水方法以及先進(jìn)的節(jié)水設(shè)施等，這有利于降低水資源輸送過程中的資源浪費(fèi)，而且有利于水源與終端水用戶之間的無縫鏈接；輸送水源在內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行，淘汰了以往的蓄水池儲(chǔ)水設(shè)備，避免出現(xiàn)水資源的二次污染。

3.6 合理設(shè)計(jì)市政給排水管網(wǎng)分區(qū)的規(guī)模

水壓的平衡是市政給排水管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。平衡水壓的目標(biāo)是在滿足城市居民用水需求的同時(shí)，把排水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的最低水平。因此，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該從節(jié)水因素出發(fā)，采用低壓形式避免水資源的浪費(fèi)。同時(shí)，管網(wǎng)分區(qū)規(guī)模對(duì)于科學(xué)排水也發(fā)揮著十分重要的作用。在多種條件的限制下，工作人員要事先勘察施工地區(qū)的地形地質(zhì)條件，在符合施工要求之后充分考慮人力、物力以及財(cái)力資源的投入，有針對(duì)性地制定出實(shí)用的管網(wǎng)分區(qū)規(guī)模[3]。

3.7 提升市政給排水設(shè)計(jì)中管網(wǎng)分區(qū)的施工技術(shù)

市政給排水系統(tǒng)并不是一朝一夕的工程，為了盡可能地降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約水資源，必須要提高施工人員的技術(shù)水平，要求持證上崗，且必須具備與職位相符的技術(shù)資格，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)施工項(xiàng)目的檢查與考核，對(duì)施工的效果和存在的問題不斷進(jìn)行修改和調(diào)整。對(duì)施工所用的各種設(shè)備也要特別重視，杜絕因設(shè)備老化、儀器損壞而造成的損失。除此之外，人工挖掘時(shí)要加強(qiáng)對(duì)施工流程的分析，根據(jù)不同情況選取合適的方法，突破自然因素的限制，使排水設(shè)計(jì)的效率達(dá)到最大化[4]。

4 結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，城市的規(guī)模會(huì)越來越大。在這樣的背景下，做好市政給排水的設(shè)計(jì)工作是保證人民生活質(zhì)量水平的基礎(chǔ)和前提。所以作為相關(guān)部門，應(yīng)該對(duì)市政給排水工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)給與足夠的重視。在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工過程中，需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際發(fā)展情況，選擇最佳的輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)，由于市政給排水的輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)是一項(xiàng)長期的復(fù)雜工程，涉及的領(lǐng)域極其廣泛，需要綜合考慮方方面面的因素。特別是近年來，越來越多的城市都在探索更加高效的市政給排水模式，根據(jù)施工情況的變化以及檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行針對(duì)性的有效調(diào)整，及時(shí)彌補(bǔ)缺陷，加強(qiáng)管理，規(guī)避意外風(fēng)險(xiǎn)帶來的排水系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性。