供水管网改造研究分析

2010-03-01 14:02:54 浏览次数:0

城市供水管网改造是提升水质的重要保证,加强水质监管力度是开展供水管网改造的推动力,是实现“城市供水一张网”的重要保障。推动城市供水管网改造,避免水质在管网中受二次污染,解决水压低问题,从而保障城市居民饮用水安全。 

 1 供水管网现状
        随着改革开放不断深入,城市化规模不断扩大,人民生活水平不断提高,用水量也在不断增加,使得原有的供水管网已不能满足用水的要求。城市供水管网需要大幅度地进行改造,以达到节水、节能、节资的目的。目前,中小城市大多采用树状管网的供水方式,其具有管线短、投资省等优点,但供水安全性较差。树状管网设计和改造中,常出现以下问题:其一,局部改造只将旧钢管更换为同直径的塑料管,原供水压力不变,致使供水时总水量大大增加,用水量超标,造成水资源浪费;其二,在供水端水塔高度设计时,根据设计原理,考虑了最不利管线的用水压力和用水量的要求,但在管路运行时,却出现有的出水量超标,有的用水量不足的问题。
        2 树状管网计算实例
        2.1实例资料
        给水系统管网布置及供水点的用水量和供水末端高。原管材为钢管,管网改造中采用新型管材UPVC管(其与传统的金属管、水泥管相比,具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、综合节能性好、运输安装方便、使用寿命长等优点)。要求各供水点自由水头为8.0m,确定各管段的直径d和供水头H。方案一:考虑使用原水塔供水;方案二:重新设计新的供水压力。
        2.2树状管网计算程序要点
        计算程序主要有:首先,根据供水区域的供水要求及地形情况,做好管网布置,确定各管段长度;其次,调查用水情况,确定各供水点所需水量,由连续性条件确定各管段流量和供水总量,正确选用经济流速,计算和选用管材和管径,然后计算各支管的水头损失;最后,根据各支管的水头损失、端点所需自由水头和地面高程,确定最不利管路,计算供水点的水头H。
        2.3计算公式
        对于管径的确定需要正确选择经济流速。采用一定的流速使供水的总成本(包括管网建设费用和管网运行费用)最低,这种流速称为经济流速。经济流速涉及的因素很多,综合实际设计经验及技术经济资料,对于中小直径的给水管路,当直径D为100~400mm时,Ve=0.5~1.0m/s;当直径D>400mm时,Ve=1.0~1.4m/s,但这也因地因时而略有不同。
        为保证各管路的供水量及端点水头,以各分叉串联管路计算中所需水头最大的管线作为设计管路或称为设计最不利管路。最不利管路上水源与该管路自由端点的能量方程为:H=Σhfj+he+ze。
        H为供水点到某一基准面的总水头,m;hfj为支管j管段的水头损失,m;i为1m管长的水头损失,m;Q为管段计算流量,m3/s;dj为管道内径,m;Lj为j段管长,m;he和Ze为计算管路上端点自由水头、地面高程。
        2.4管材为钢管时管径及水头损失计算
        具体计算公式如前所示,计算结果。初选经济流速为:Ve=1.0m。
        对于线3-2-1-A:H=Σhfj+he+Ze=9.09+1.08+1.09+8+15=34.26(m)
        对于线4-2-1-A:H=Σhfj+he+Ze=8.50+1.08+1.09+8+14=32.67(m)
        对于线5-1-A:H=Σhfj+he+Ze底=1.91+1.09+8+12=23.0(m)
        由上述计算可知,管线3-2-1-A的总水头最大,则以此为设计依据。考虑局部水头及流速水头的影响,计入沿程水头损失的5%~10%,则供水水头为34.83~35.4m。
        2.5管材为UPVC管时管径及水头损失计算
        当管材为UPVC管时,各管段的直径及水头损失计算。
        对于线3-2-1-A:H=Σhfj+he+Ze=4.10+0.52+0.53+8+15=28.15(m)
        对于线4-2-1-A:H=Σhfj+he+Ze=3.78+0.52+0.53+8+14=26.83(m)
        对于线5-1-A:H=Σhfj+he+Ze=0.90+0.53+8+12=21.43(m)
        管线3-2-1-A总水头28.15为最大,以此作为设计依据。考虑局部水头及流速水头的影响,计入沿程水头损失的5%~10%,总水头为28.41~28.66m。
        3 结果分析
        3.1钢管和UPVC塑料管材的比较
        钢管供水水头为34.26m,所需水塔高度为14.26m,而UPVC塑料管材需要的供水水头为28.15m,水塔高度只需8.15m,比钢管小得多。这是由于糙率减小、水流能量损失减小所致。对于UPVC塑料管材。
        各用水点的出口自由水压he、高程Ze和管长L、管径不变时,供水头H与流量Q成一定的比例关系,当水头增大,流量也增大。如果还用原来的供水水头34.26m,则各用水点的出水量增加,必然造成水量和电力资源的浪费。特别是学校、医院、宾馆等公共场所,水管出口用手动阀控制流量,出水量增加很多,用水超标最为严重。因而对于供水管网,只要增加和减少一个支线管路均要重新进行管路计算,采取有效措施,保证正常供水。
        3.2校核各出水点的水头
        采用UPVC塑料管材,供水水头取28.6m。但还有新的问题,在28.6m供水水头作用下,计算各支线末端剩余水头,发现有两个支线超过要求的出口自由水头8.0m,特别如支线A-1-5,5出口水头为15.17m,超出要求的自由水头7.17m。
        对于管段1-5,当hfj=7.17+0.9=8.07(m),Lj=200m,d=150mm=0.15m,代入式得流量Q=52L/s,大大超出了原来要求的出水量,因而必须对该管道进行调节。首先考虑调节直径。取供水位为28.6m。对于本例各个支管超出水头的计算。管5-1直径由原来的150mm调为100mm,可改变水量的不平衡状态,而且节省了管材的费用。因而在管路设计时,对于树状管网,必须核算各个管段,将输入流量大于所需流量的管道直径重新设计、调整。必须注意的是,有时超出水头并不大管径不能调节,则可在各个支管处安装调节阀,调节流量使其达到设计要求即可。
        4 结论
        4.1树状管网供水系统的改造和重建工程,要正确选用供水水量、供水水头,必须重新设计。
        在设计时,必须计算校核各支线及出口的供水水头是否与原计算相符,如有变化应及时调整管径或采用其他措施,以达到满足供水且节水、节资的要求。
        4.2在树状管网运行中,只要有一个单位的用水量超标,就会波及别的用户的用水量,因而还需要采取以下措施:
        一是加强用水管理,加强城市各方面用水监测和用水量控制。二是在管网的各支管处和各个用户取水处加设调节阀,既可以在检修时使用,也可以起到调节水量和压力的作用。三是大力宣传节约用水,发挥城市生活用水水价的调控作用,加强节水宣传和梯级水价的实施,强化节水措施。四是大力推广节水器具,如节水卫生器具和节水龙头等。

参考文献:
[1]张耀先,丁新求.水力学[M].郑州:黄河水利出版社,2002:149-150.
[2]上海工程设计研究院.给排水设计手册:城镇给水[M].北京:中国建筑工业出版社,2004:24-25.
[3]吕宏兴,裴国霞,杨玲霞.水力学[M].北京:中国农业出版社,2002:152-153.
[4]吴季松,冯广志.水利技术标准汇编:供水节水卷[M].北京:中国水利电力出版社,2002: