供水管網(wǎng)改造研究論文
摘要:城市供水管網(wǎng)改造是提升水質(zhì)的重要保證,加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)管力度是開展供水管網(wǎng)改造的推動(dòng)力,是實(shí)現(xiàn)“城市供水一張網(wǎng)”的重要保障。推動(dòng)城市供水管網(wǎng)改造,避免水質(zhì)在管網(wǎng)中受二次污染,解決水壓低問題,從而保障城市居民飲用水安全。
關(guān)鍵詞:供水管網(wǎng);用水量;樹狀管網(wǎng);中小城市
1 供水管網(wǎng)現(xiàn)狀
隨著改革開放不斷深入,城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大,人民生活水平不斷提高,用水量也在不斷增加,使得原有的供水管網(wǎng)已不能滿足用水的要求。城市供水管網(wǎng)需要大幅度地進(jìn)行改造,以達(dá)到節(jié)水、節(jié)能、節(jié)資的目的。目前,中小城市大多采用樹狀管網(wǎng)的供水方式,其具有管線短、投資省等優(yōu)點(diǎn),但供水安全性較差。樹狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)和改造中,常出現(xiàn)以下問題:其一,局部改造只將舊鋼管更換為同直徑的塑料管,原供水壓力不變,致使供水時(shí)總水量大大增加,用水量超標(biāo),造成水資源浪費(fèi);其二,在供水端水塔高度設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)原理,考慮了最不利管線的用水壓力和用水量的要求,但在管路運(yùn)行時(shí),卻出現(xiàn)有的出水量超標(biāo),有的用水量不足的問題。
2 樹狀管網(wǎng)計(jì)算實(shí)例
2.1實(shí)例資料
給水系統(tǒng)管網(wǎng)布置及供水點(diǎn)的用水量和供水末端高。原管材為鋼管,管網(wǎng)改造中采用新型管材UPVC管(其與傳統(tǒng)的金屬管、水泥管相比,具有重量輕、耐腐蝕、水流阻力小、綜合節(jié)能性好、運(yùn)輸安裝方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn))。要求各供水點(diǎn)自由水頭為8.0m,確定各管段的直徑d和供水頭H。方案一:考慮使用原水塔供水;方案二:重新設(shè)計(jì)新的供水壓力。
2.2樹狀管網(wǎng)計(jì)算程序要點(diǎn)
計(jì)算程序主要有:首先,根據(jù)供水區(qū)域的供水要求及地形情況,做好管網(wǎng)布置,確定各管段長(zhǎng)度;其次,調(diào)查用水情況,確定各供水點(diǎn)所需水量,由連續(xù)性條件確定各管段流量和供水總量,正確選用經(jīng)濟(jì)流速,計(jì)算和選用管材和管徑,然后計(jì)算各支管的水頭損失;最后,根據(jù)各支管的水頭損失、端點(diǎn)所需自由水頭和地面高程,確定最不利管路,計(jì)算供水點(diǎn)的水頭H。
2.3計(jì)算公式
對(duì)于管徑的確定需要正確選擇經(jīng)濟(jì)流速。采用一定的流速使供水的總成本(包括管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用和管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用)最低,這種流速稱為經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)濟(jì)流速涉及的因素很多,綜合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料,對(duì)于中小直徑的給水管路,當(dāng)直徑D為100~400mm時(shí),Ve=0.5~1.0m/s;當(dāng)直徑D>400mm時(shí),Ve=1.0~1.4m/s,但這也因地因時(shí)而略有不同。
為保證各管路的供水量及端點(diǎn)水頭,以各分叉串聯(lián)管路計(jì)算中所需水頭最大的管線作為設(shè)計(jì)管路或稱為設(shè)計(jì)最不利管路。最不利管路上水源與該管路自由端點(diǎn)的能量方程為:H=hfj+he+ze。
H為供水點(diǎn)到某一基準(zhǔn)面的總水頭,m;hfj為支管j管段的水頭損失,m;i為1m管長(zhǎng)的水頭損失,m;Q為管段計(jì)算流量,m3/s;dj為管道內(nèi)徑,m;Lj為j段管長(zhǎng),m;he和Ze為計(jì)算管路上端點(diǎn)自由水頭、地面高程。
2.4管材為鋼管時(shí)管徑及水頭損失計(jì)算
具體計(jì)算公式如前所示,計(jì)算結(jié)果。初選經(jīng)濟(jì)流速為:Ve=1.0m。
對(duì)于線3-2-1-A:H=hfj+he+Ze=9.09+1.08+1.09+8+15=34.26(m)
對(duì)于線4-2-1-A:H=hfj+he+Ze=8.50+1.08+1.09+8+14=32.67(m)
對(duì)于線5-1-A:H=hfj+he+Ze底=1.91+1.09+8+12=23.0(m)
由上述計(jì)算可知,管線3-2-1-A的總水頭最大,則以此為設(shè)計(jì)依據(jù)�？紤]局部水頭及流速水頭的影響,計(jì)入沿程水頭損失的5%~10%,則供水水頭為34.83~35.4m。
2.5管材為UPVC管時(shí)管徑及水頭損失計(jì)算
當(dāng)管材為UPVC管時(shí),各管段的直徑及水頭損失計(jì)算。
對(duì)于線3-2-1-A:H=hfj+he+Ze=4.10+0.52+0.53+8+15=28.15(m)
對(duì)于線4-2-1-A:H=hfj+he+Ze=3.78+0.52+0.53+8+14=26.83(m)
對(duì)于線5-1-A:H=hfj+he+Ze=0.90+0.53+8+12=21.43(m)
管線3-2-1-A總水頭28.15為最大,以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)�？紤]局部水頭及流速水頭的影響,計(jì)入沿程水頭損失的5%~10%,總水頭為28.41~28.66m。
3 結(jié)果分析
3.1鋼管和UPVC塑料管材的比較
鋼管供水水頭為34.26m,所需水塔高度為14.26m,而UPVC塑料管材需要的供水水頭為28.15m,水塔高度只需8.15m,比鋼管小得多。這是由于糙率減小、水流能量損失減小所致。對(duì)于UPVC塑料管材。
各用水點(diǎn)的出口自由水壓he、高程Ze和管長(zhǎng)L、管徑不變時(shí),供水頭H與流量Q成一定的比例關(guān)系,當(dāng)水頭增大,流量也增大。如果還用原來(lái)的.供水水頭34.26m,則各用水點(diǎn)的出水量增加,必然造成水量和電力資源的浪費(fèi)。特別是學(xué)校、醫(yī)院、賓館等公共場(chǎng)所,水管出口用手動(dòng)閥控制流量,出水量增加很多,用水超標(biāo)最為嚴(yán)重。因而對(duì)于供水管網(wǎng),只要增加和減少一個(gè)支線管路均要重新進(jìn)行管路計(jì)算,采取有效措施,保證正常供水。
3.2校核各出水點(diǎn)的水頭
采用UPVC塑料管材,供水水頭取28.6m。但還有新的問題,在28.6m供水水頭作用下,計(jì)算各支線末端剩余水頭,發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)支線超過要求的出口自由水頭8.0m,特別如支線A-1-5,5出口水頭為15.17m,超出要求的自由水頭7.17m。
對(duì)于管段1-5,當(dāng)hfj=7.17+0.9=8.07(m),Lj=200m,d=150mm=0.15m,代入式得流量Q=52L/s,大大超出了原來(lái)要求的出水量,因而必須對(duì)該管道進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先考慮調(diào)節(jié)直徑。取供水位為28.6m。對(duì)于本例各個(gè)支管超出水頭的計(jì)算。管5-1直徑由原來(lái)的150mm調(diào)為100mm,可改變水量的不平衡狀態(tài),而且節(jié)省了管材的費(fèi)用。因而在管路設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于樹狀管網(wǎng),必須核算各個(gè)管段,將輸入流量大于所需流量的管道直徑重新設(shè)計(jì)、調(diào)整。必須注意的是,有時(shí)超出水頭并不大管徑不能調(diào)節(jié),則可在各個(gè)支管處安裝調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)流量使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可。
4 結(jié)論
4.1樹狀管網(wǎng)供水系統(tǒng)的改造和重建工程,要正確選用供水水量、供水水頭,必須重新設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)時(shí),必須計(jì)算校核各支線及出口的供水水頭是否與原計(jì)算相符,如有變化應(yīng)及時(shí)調(diào)整管徑或采用其他措施,以達(dá)到滿足供水且節(jié)水、節(jié)資的要求。
4.2在樹狀管網(wǎng)運(yùn)行中,只要有一個(gè)單位的用水量超標(biāo),就會(huì)波及別的用戶的用水量
,因而還需要采取以下措施:
一是加強(qiáng)用水管理,加強(qiáng)城市各方面用水監(jiān)測(cè)和用水量控制。二是在管網(wǎng)的各支管處和各個(gè)用戶取水處加設(shè)調(diào)節(jié)閥,既可以在檢修時(shí)使用,也可以起到調(diào)節(jié)水量和壓力的作用。三是大力宣傳節(jié)約用水,發(fā)揮城市生活用水水價(jià)的調(diào)控作用,加強(qiáng)節(jié)水宣傳和梯級(jí)水價(jià)的實(shí)施,強(qiáng)化節(jié)水措施。四是大力推廣節(jié)水器具,如節(jié)水衛(wèi)生器具和節(jié)水龍頭等。
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