人均當(dāng)量法在農(nóng)村小型供水工程配水管網(wǎng)水力計(jì)算中的探討與運(yùn)用

夏榮鑫

(寧強(qiáng)縣水利水電工作隊(duì) 陜西 寧強(qiáng)724400)

1 概述

供水工程的配水管網(wǎng)布置方式一般為樹(shù)枝狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)兩種基本形式，農(nóng)村小型集中式供水工程布置方式多為樹(shù)枝狀。管網(wǎng)水力計(jì)算在初步設(shè)計(jì)工作中占有很大比重，其主要內(nèi)容是確定配水管道的直徑和管材。正確運(yùn)用管網(wǎng)水力計(jì)算方法，確定合理而又經(jīng)濟(jì)的管徑和管材，是提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、確保工程順利實(shí)施的保證。管網(wǎng)水力計(jì)算中目前常用的方法主要有單位管長(zhǎng)比流量法、面積比流量法和人均當(dāng)量法，3種方法各有利弊，不同的管網(wǎng)布置形式應(yīng)區(qū)別對(duì)待，擇優(yōu)選用。筆者多年從事農(nóng)村小型供水工程設(shè)計(jì)，對(duì)農(nóng)村供水工程配水管網(wǎng)水力計(jì)算中常用方法的適用范圍、計(jì)算精度及具體計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了分析，總結(jié)出不同方法的使用條件和使用范圍，以供參考。

2 樹(shù)枝狀配水管網(wǎng)水力計(jì)算的常用方法

2.1 單位管長(zhǎng)比流量法

所謂單位長(zhǎng)度比流量法是假定設(shè)計(jì)配水總量沿配水管道總長(zhǎng)度均勻分布，則管線單位長(zhǎng)度上的配水流量稱(chēng)為長(zhǎng)度比流量，記為，采用公式

式中，Q——管網(wǎng)最高日最高時(shí)總用水量，(l/s)；

Σq——集中供水流量總和，(l/s)；

ΣL——供水管道總長(zhǎng)度，m。

先計(jì)算出單位管長(zhǎng)比流量，然后根據(jù)管道長(zhǎng)度進(jìn)行線型分?jǐn)偅?jì)算出各管段的配水流量，進(jìn)而計(jì)算出流入各個(gè)節(jié)點(diǎn)的集中流量，最后從管網(wǎng)末端節(jié)點(diǎn)算起，依據(jù)節(jié)點(diǎn)集中流量求出各管段設(shè)計(jì)流量后進(jìn)行管徑計(jì)算。

2.2 面積比流量法

假定沿線流量q1′、q2′……均勻分布在整個(gè)供水面積上，則單位面積上的配水流量稱(chēng)為面積比流量，記作qA(l/s,m2)，按計(jì)算，其中ΣA——給水區(qū)域內(nèi)沿線配水的供水面積總和，m2，其余符號(hào)意義同前。即先計(jì)算出管段所負(fù)擔(dān)的供水面積的單位面積比流量，然后根據(jù)各個(gè)供水面積進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算，得出各面積上的配水流量，進(jìn)而計(jì)算出流入各個(gè)節(jié)點(diǎn)的集中流量，最后從管網(wǎng)末端算起，依據(jù)節(jié)點(diǎn)集中流量求出各管段設(shè)計(jì)流量。

圖1 草壩場(chǎng)村供水工程供水管網(wǎng)水力計(jì)算圖

表1 節(jié)點(diǎn)流量表

表2 管段流量計(jì)算表

表3 管段水力計(jì)算表

2.3 人均當(dāng)量法

人均當(dāng)量法是將配水流量按設(shè)計(jì)用水總?cè)丝谶M(jìn)行均勻分配，用公式計(jì)算，其中ΣN為設(shè)計(jì)用水總?cè)丝冢耍溆喾?hào)意義同前。首先計(jì)算出人均當(dāng)量指標(biāo)qS(l/s,cap)，進(jìn)而根據(jù)各節(jié)點(diǎn)人口計(jì)算出節(jié)點(diǎn)出流量，然后從距蓄水池(或二級(jí)泵站)最遠(yuǎn)的管網(wǎng)末梢的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，按照任一管段中的流量等于其下游所有節(jié)點(diǎn)流量之和的關(guān)系，逐個(gè)向蓄水池(或二級(jí)泵站)推算每個(gè)管段的設(shè)計(jì)流量。

3 三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

以上方法中，單位管長(zhǎng)比流量法采用管道長(zhǎng)度的線型分配進(jìn)行計(jì)算，只要在配水管網(wǎng)總體布置完成后，即可通過(guò)各管段長(zhǎng)度進(jìn)行流量分配，進(jìn)而通過(guò)節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算出管道設(shè)計(jì)流量。該方法簡(jiǎn)單明了，易于理解掌握，計(jì)算簡(jiǎn)便。但該方法忽視了管道沿線實(shí)際用水人口的多少，會(huì)出現(xiàn)管道長(zhǎng)計(jì)算流量大、管道短計(jì)算流量小的情況，在實(shí)際中并不是管段長(zhǎng)解決的供水人口就多，管道短覆蓋的人口就少。山區(qū)農(nóng)村供水工程配水管道短者幾十米、長(zhǎng)者達(dá)千米，其沿線所覆蓋的農(nóng)戶(hù)較少而且分散，采用單位管長(zhǎng)比流量法會(huì)忽視管道實(shí)際擔(dān)負(fù)的供水人口及實(shí)際用水量的多少，要么出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，要么形成“馬力不足”的惡果，以此進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不太合理，但在供水區(qū)各管道設(shè)計(jì)人口較難統(tǒng)計(jì)且分布集中均勻連片的情況下，該方法較為適用。面積比法需確定供水區(qū)總面積，進(jìn)而計(jì)算管道設(shè)計(jì)流量，對(duì)于農(nóng)村小型供水工程因住戶(hù)十分離散，供水區(qū)總面積很難準(zhǔn)確界定，難度很大，對(duì)小型供水工程不適用，而在城市或集鎮(zhèn)供水工程中較為適用。人均當(dāng)量法是按管段實(shí)際擔(dān)負(fù)的供水人口，用當(dāng)量指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算的，管道計(jì)算流量代表了實(shí)際用水需求，特別是農(nóng)村小型供水工程，住戶(hù)相對(duì)分散但各管段節(jié)點(diǎn)處供水人數(shù)容易確定，因而按此方法計(jì)算的管道流量更為切合實(shí)際，精度較高。現(xiàn)通過(guò)以下具體實(shí)例，對(duì)人均當(dāng)量法的計(jì)算過(guò)程和步驟進(jìn)行演算。

4 計(jì)算實(shí)例

漢源鎮(zhèn)草壩場(chǎng)村飲水安全工程解決項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有1450人飲用水問(wèn)題，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004，選取生活用水標(biāo)準(zhǔn)為60l/cap·d、設(shè)計(jì)年限選取 n=10a、人口自然增長(zhǎng)率選取α=3‰，時(shí)變化系數(shù)Kh=2.0，則設(shè)計(jì)供水人口為1494人，生活最高日用水量為89.64m3/d，飼養(yǎng)場(chǎng)用水量2.54m3/h，工程供水規(guī)模為120.12m3/d，用水龍頭要求的水壓(自由水頭)為10m，采用地表水重力自流供水，供水管網(wǎng)布置如圖1所示，計(jì)算各管段的管徑。

4.1 設(shè)計(jì)流量

設(shè)計(jì)配水流量Q=7.47+2.54+10.01m3/h=2.781l/s，其中飼養(yǎng)場(chǎng)集中供水流量為2.54m3/h，即0.706l/s，將設(shè)計(jì)流量、集中供水流量分別標(biāo)在平面布置圖中節(jié)點(diǎn)、⑥節(jié)點(diǎn)。

4.2 設(shè)計(jì)用水總?cè)丝?/h3>

4.3 人均用水當(dāng)量

人均用水當(dāng)量按公式計(jì)算：

式中qs——人均用水當(dāng)量，(l/s·cap)；

Q——最高日最高時(shí)總用水量，(l/s)；

Σq——企業(yè)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等大用戶(hù)集中用水量總和，(l/s)；

ΣN——設(shè)計(jì)用水總?cè)丝冢恕?/p>

4.4 節(jié)點(diǎn)流量

各節(jié)點(diǎn)流量=(人均用水當(dāng)量×對(duì)應(yīng)的用水人數(shù))+該節(jié)點(diǎn)大用戶(hù)用水量

qj=(qs×N)+q，

式中，qj——某一節(jié)點(diǎn)流量，(l/s)；

qs——人均用水當(dāng)量，(l/s·cap)；

N——該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)用水人口，人；

q——某一節(jié)點(diǎn)流量處大用戶(hù)集中用水量總和，(l/s)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4.5 管段設(shè)計(jì)流量

4.6 管網(wǎng)水力計(jì)算

5 結(jié)語(yǔ)

樹(shù)枝狀配水管網(wǎng)水力計(jì)算就是根據(jù)各管段的設(shè)計(jì)流量和經(jīng)濟(jì)流速，計(jì)算其直徑而選定管材，確定管段設(shè)計(jì)流量是其核心內(nèi)容。人均當(dāng)量法是根據(jù)管段節(jié)點(diǎn)實(shí)際擔(dān)負(fù)的供水人口按人均用水當(dāng)量進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算，其管段計(jì)算流量代表了實(shí)際用水需求。小型集中式供水工程，住戶(hù)相對(duì)分散、但各管段處的節(jié)點(diǎn)供水人數(shù)較容易確定，用此方法計(jì)算的管道流量作為設(shè)計(jì)成果更為切合實(shí)際，精度較高，可作為農(nóng)村小型供水工程配水管網(wǎng)計(jì)算中的最佳方法予以運(yùn)用。