基于EPANET的供水系統設計

黑月明

摘 要：為了滿足不斷增長的人口的用水需求，必須通過設計的管網提供足夠均勻的水量。主要水源，面積人口，用水需求，水泵供水量，配電網和水箱等方面基礎屬性對供水水系統的有效設計至關重要。本次工作著重介紹了供水系統設計流程，借助所有這些信息并通過應用EPANET軟件為該地區設計供水方案。本次設計的供水方案可以為該地區提供適當的供水并能滿足該地區的日常供水需求。

關鍵詞：EPANET；供水管網；供水方案設計

中圖分類號：TV674 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0107-02

前言

為了滿足持續增長的人口的用水需求，需要通過設計的管網來提供足夠均勻的水量，通過管網來提供均勻水量稱為供水。供水基礎設施對用水進行收集，傳輸，處理，儲存和分配等一系列過程來滿足家庭，商業場所，工業和灌溉用水的需求，以及消防和街道沖洗等公共用水的需求，供水系統也必須滿足公共，商業和工業活動的要求，在任何情況下，供水必須滿足水質和水量的要求。本供水系統計劃是根據該地區供水部門提供的數據和EPANET軟件提供的信息制定的。

1 EPANET

EPANET是一種計算機程序，可在加壓管網內水壓和水質的延長時期模擬。管道網絡由管道，節點（管道），泵，閥門和儲罐或水庫組成。EPANET跟蹤每個管道中的水流量，每個節點處的壓力，每個罐中的水的高度，以及在由多個時間步驟組成的模擬期間的整個網絡中的化學物質的濃度，除模擬化學物質濃度外，還可以模擬水齡和進行水源追蹤。EPANET旨在成為一種研究工具，用于提高我們對配送系統中飲用水組分的運動過程的理解。 EPANET有助于對管理策略進行選擇性的評估，以改善整個系統的水質，這些功能包括：（1）改善多個源系統中的水源利用率；（2）改善泵送和罐裝/排空時間表；（3）使用衛星處理，如儲罐再氯化；（4）目標管道清洗和更換。

2 設計背景

本次設計配水系統的地區是M村。該地區的人口為990人，這里設計的供水分配系統是樹狀管網。通過使用EPANET，導入相關的節點數、需求量、高程、水池和管道數量的數據，設計了相應的分配系統。這里設計的節點數為36個和2個架空水箱。人口的確定是規劃中最重要的因素之一，如果項目必須在一定的設計時期為社區服務，通常選擇20至40年的設計時間，人口將是設計階段結束時的基本問題。這里設計的節點數為36個和2個架空水箱，管網拓撲關系如下圖1所示：

3 人口預測

3.1 算術增加方法

這是人口預測最簡單的方法，盡管它通常得到較低的結果。在這種方法中，假設人口從十年到十歲的增長是不變的。在數學上，這個假設可以表示為：

從過去30～40年的人口普查數據可以看出每十年人口增長情況，并可以得出平均增長量。對于未來的每一個十年，這個平均增量是相加的。未來幾十年的人口可以表示為：

3.2 幾何增加方法

在這種方法中，假設從十年到十年的人口增長率是不變的。從前三，四年人口數據看，人口增長率達到平均水平。如果Ig是每十年的平均百分比增長，或rg是以十進制表示的每十年的增長，未來幾十年的人口可以表示為：

這種方法給出了更準確的結果，因為增加的百分比永遠不會保持不變，而是隨著城市的增長達到飽和而減少。

4 供水系統損失

供水系統的損失包括服務水庫的泄漏和過度流量，主管道和服務管道連接的泄漏，用戶房屋的泄漏和損失，當他們獲得不定期的房屋供應，供應儀表的不足注冊和大量泄漏或浪費從公共標簽。在維護良好，配量齊全的配水系統的情況下，損失可能難以超過總消費量的20%。在供應不足的系統中，損失可能高達總供應量的50%。

5 管道流量

根據人口密度，分布區（住宅，商業等）類型和消防等要求，計算每條管線的流量。消火栓在直線道路和街道交界處的間隔距離為50至100m。配水管線的尺寸是固定的，使得在所有點保持最小必需的壓頭，承載高峰時段的小時流量。管道的設計應為平均供水量的2.25～3倍。對于5萬以上的人口，配水管道的平均供應能力應為225%，而人口在5000以下；配水管道的平均供應能力應為300%。消防所需的流量應加到這個最大流量，以獲得供水管網總流量。管道應該能夠承載這個總流量，而不會有過大的壓降。

6 供水管網布局

對于重型和正常交通，最小溝槽深度應為15+D+30+≥145cm，其他情況下為15+D+30+≥115cm，其中D為管外徑，cm為15cm，30cm是壓實的覆蓋層厚度，剩余的是回填的壓實厚度。管道上的最小深度不應小于0.8m，以防止交通負荷，以防止管道中氣候變化對水的影響。對于7.5cm至25cm的分布網絡，溝槽的最小和最大寬度應分別為45cm和80cm。

7 結束語

在本次工作中，配水系統已經在EPANET的幫助下進行了設計，使用了節點數、高程、管道數量和該地區的用水需求。首先，我們對該地區進行了調查，并收集了人口和人均需求情況。

在白天的時段，這是早上時段的高峰時段，水的需求比其他時間更多，所以每天最多供應8小時。從EPANET獲得的圖表中也可以得出結論，高峰時段的需求量更多。不同的節點顯示不同的壓力和需求變化，因為與其他節點相比，節點19，24，32，29的需求更多，節點24，25，26處的壓力更多是由于它們的升高。

這里使用的分配方法是重力和泵送系統的組合，首先借助離心泵從地下水源（即從含水層）泵送水，然后將其提升到頂置水箱，并通過重力的幫助系統被傳送到主上升管。這里使用的分布布局是根據M村的布局的樹狀系統。

參考文獻：

[1]Zhuang Booyu， Zhao Xinhua， & Zhao Yuan， Vulnerability Assessment of Regional Water Distribution Systems， International Conference on Environmental Sciences and Information Application Technology，2009：473-477.

[2]李斌.城市輸配水管網水質變化的動態模擬[D].湖南大學，2002.

[3]宗永臣.基于EPANET的某給水管網設計和優化[J].市政技術，2016，34（2）：114-119.

[4]王郁超，陶月贊，郭增輝.EPANET軟件在農村供水管網設計中的應用[J].市政技術，2011，29（2）：58-60.

[5]張鳳娥，曾念，張敏，等.用EPANET水力模型優化鄉鎮供水管網[J].中國給水排水，2008，24（2）：43-45.

[6]曾憲銀，孔德騫.基于EPANET的供水管網工程設計案例分析與探討[J].給水排水，2010，36（s1）：424-427.endprint