市政給排水設(shè)計(jì)中的輸水方式及管網(wǎng)分區(qū)

師鳳麗，薛杰仁

（1.山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程設(shè)計(jì)中心，山西 太原 030001；2.天津城建大學(xué)，天津 300380）

在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的影響下，城市化進(jìn)程正在不斷深入，而且城市居民的用水量也在不斷增加，所以市政給排水系統(tǒng)正面臨著前所未有的壓力。為了更好地滿足城市居民的用水需求，需要在市政給排水設(shè)計(jì)工作中下足功夫、推進(jìn)其創(chuàng)新改革。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)從供水方式選擇和管網(wǎng)分區(qū)這兩個(gè)方面著手推進(jìn)相關(guān)細(xì)節(jié)工作的創(chuàng)新改革，進(jìn)而保證市政給排水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高實(shí)際供水服務(wù)質(zhì)量。需要注意的是，輸水方式選擇和管網(wǎng)分區(qū)這兩個(gè)方面的工作也會(huì)直接影響給排水工程的實(shí)際造價(jià)，而這一特點(diǎn)也說(shuō)明了關(guān)注這兩部分工作的重要性。

1 市政給排水設(shè)計(jì)中輸水方式的選擇分析

通常情況下，市政給排水工程主要由3 個(gè)子系統(tǒng)組成：①供水系統(tǒng)，具體包括生活用水水管、消防用水水管和泡沫消防管道；②排水系統(tǒng)，具體包括雨水排水管、生活污水排水管、生產(chǎn)污水排水管；③循環(huán)水系統(tǒng)，具體包括冷卻水給水管和冷卻水回水管。在上述三種組成要素的作用下，市政給排水工程承擔(dān)了收集輸送雨水、向居民供給生活用水、凈化處理污水的任務(wù)。

1.1 輸水方式種類

根據(jù)輸水方式的動(dòng)力差異，我們可以將輸水方式分成3 類：①重力輸水。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一種利用地勢(shì)差讓水在重力作用下產(chǎn)生水流，進(jìn)而完成輸水作業(yè)的輸水方式。通常情況下，這類輸水方式大都被應(yīng)用到了水源地地勢(shì)較高，而且用戶分布存在高度差異的區(qū)域。重力輸水對(duì)輸水區(qū)域的地理環(huán)境擁有非常高的要求，所以說(shuō)它并不能完成所有城市的供水任務(wù)，實(shí)際應(yīng)用范圍比較有限；②壓力輸水。這種輸水方式是相對(duì)于重力輸水而存在的，因此這種輸水方式比較適用于地勢(shì)較為平緩，而且水源地地勢(shì)較低的區(qū)域。基于上述情況，由于水流無(wú)法將重力轉(zhuǎn)化為輸水動(dòng)力，想要完成輸水作業(yè)就必須要對(duì)水流進(jìn)行加壓處理，進(jìn)而為管網(wǎng)中的水流提供輸送的動(dòng)力。需要強(qiáng)調(diào)的是，雖說(shuō)壓力輸水基本可以擺脫輸水區(qū)域的地理環(huán)境限制，但它對(duì)于輸水管道承受力以及管網(wǎng)壓力卻有非常高的要求，而這方面的特點(diǎn)也在很大程度上限定了其使用范圍；③綜合輸水[1]。這里所指的“綜合輸水”主要指的是重力與壓力相互結(jié)合的輸水方式，通常適用于地理環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的輸水區(qū)域。在這部分特殊區(qū)域，單獨(dú)依靠重力輸水或是壓力輸水都無(wú)法滿足輸水需求，所以需要通過(guò)兩種輸水方式聯(lián)合應(yīng)用的工作模式來(lái)降低輸水成本，增強(qiáng)輸水效果。與前兩種輸水方式相比，綜合輸水方式的適用性、靈活性更強(qiáng)，因此其應(yīng)用范圍最廣。

1.2 具體輸水方式的選擇

在設(shè)計(jì)市政給排水工程時(shí)，對(duì)于輸水方式的選擇通常是以水源地或是輸水管網(wǎng)所在地的地理特征為參考來(lái)完成的。在此基礎(chǔ)上，還需要遵循“成本最優(yōu)化”以及“因地制宜”的原則。具體來(lái)說(shuō)，如果城市的所在區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)，那就宜用重力輸水法，采用這種方式可以發(fā)揮山區(qū)的地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而降低輸水成本。如果城市的所在區(qū)域?yàn)槠皆貐^(qū)，那就宜采用壓力輸水法或是綜合輸水法完成具體的輸水作業(yè)，如此才能在保障給排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上節(jié)約輸水成本。

2 市政給水管網(wǎng)分區(qū)方案的確定分析

結(jié)合實(shí)際工作現(xiàn)狀分析，眼下市政給排水設(shè)計(jì)中涉及的管網(wǎng)分區(qū)工作中依舊存在諸多問(wèn)題，而這也造成了相關(guān)供水區(qū)域的供水質(zhì)量下降。由此著手分析，設(shè)計(jì)人員需要提高對(duì)于管網(wǎng)分區(qū)工作的關(guān)注度，認(rèn)真做好這方面的設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)管網(wǎng)分區(qū)時(shí)，需要嚴(yán)格參照現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范并緊密結(jié)合特定城市的發(fā)展規(guī)律，之后還應(yīng)當(dāng)做好對(duì)于現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)的分區(qū)管理，進(jìn)而營(yíng)造出分區(qū)供水與管網(wǎng)相互獨(dú)立的管理格局[2]。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，規(guī)劃好管網(wǎng)分區(qū)有助于控制特定分區(qū)內(nèi)的供水水壓，進(jìn)而提高供水質(zhì)量，而在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中需要重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：

2.1 選擇區(qū)域系統(tǒng)階層數(shù)

劃分各個(gè)分區(qū)的功能是確定管網(wǎng)分區(qū)方案時(shí)首先要完成的工作。通常情況下，應(yīng)當(dāng)將“合理分布管網(wǎng)”設(shè)定為第一階層的功能，進(jìn)而將空壓、減漏、改壓、提質(zhì)設(shè)定為第二和第三階層的功能。需要注意的是，國(guó)內(nèi)各大城市的市政給排水管網(wǎng)系統(tǒng)大都只有兩個(gè)階層數(shù)，確定實(shí)際階層數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)是供水管網(wǎng)或給排水工程的規(guī)模以及整體工程的投資建設(shè)成本。

2.2 劃定區(qū)域規(guī)模

劃定區(qū)域規(guī)模主要是為了保證供水穩(wěn)定性，進(jìn)而滿足用戶的用水需求并且讓管網(wǎng)內(nèi)各個(gè)用水點(diǎn)的水壓都可以保持平衡。此外，劃定區(qū)域規(guī)模還能夠降低工程施工階段的安全事故發(fā)生率，并且降低供水管網(wǎng)的耗損水量，對(duì)此需擺正認(rèn)識(shí)。首先應(yīng)當(dāng)考慮好供水區(qū)域的地形及高度差。其次要考慮好區(qū)域內(nèi)進(jìn)水點(diǎn)的位置以及需水量較大的用戶的分布情況。最后需要考慮主線管道的管徑流量以及管網(wǎng)造價(jià)[3]。此外，為了便于后期對(duì)供水方案進(jìn)行修改完善并優(yōu)化整體市政給排水工程，還應(yīng)記錄好特定時(shí)間段內(nèi)主線管道的流量及漏失量。

2.3 確定進(jìn)水管位置及進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目

為了提高實(shí)際供水的可靠性，需要確定好進(jìn)水管的位置與進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目。實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，需要以保證供水穩(wěn)定性為基礎(chǔ)盡量減少進(jìn)水點(diǎn)。如果是對(duì)普通城市區(qū)域的供水，則應(yīng)當(dāng)盡量使用單點(diǎn)進(jìn)水模式，主要是為了降低水壓及水流的控制難度，一般根據(jù)實(shí)際水壓情況來(lái)確定進(jìn)水管位置。如果供水區(qū)域的情況相對(duì)復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)供水故障或是事故，那就應(yīng)當(dāng)借助于多點(diǎn)進(jìn)水模式來(lái)保證供水安全性和可靠性。通常情況下，設(shè)計(jì)人員大都會(huì)將供水區(qū)域的進(jìn)水點(diǎn)設(shè)置為兩個(gè)，這樣做既可以控制好水壓與實(shí)際供水量，又能夠在發(fā)生故障及事故時(shí)降低維修難度，保障供水區(qū)域內(nèi)居民的正常生活。需要注意的是，上述經(jīng)驗(yàn)并不適用于所有情況，如果想要用科學(xué)的方法確定進(jìn)水管位置和進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目，就必須要結(jié)合供水區(qū)域的實(shí)際情況開(kāi)展水利模擬實(shí)驗(yàn)。

2.4 劃定管網(wǎng)區(qū)域邊界

實(shí)際工作中，在劃定管網(wǎng)區(qū)域邊界時(shí)需要重點(diǎn)考慮以下因素：①供水區(qū)域的地形地貌特征；②水源和用戶的地勢(shì)差，實(shí)際供水參數(shù)。只有對(duì)上述因素進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析才能夠確定具體的管網(wǎng)邊界，進(jìn)而高效、穩(wěn)定、有序地完成管網(wǎng)的建設(shè)工作。

2.5 對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化整合

完成上述工作后，設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)對(duì)于管網(wǎng)分區(qū)方案的分析。期間，應(yīng)當(dāng)結(jié)合特定供水區(qū)域的實(shí)際情況來(lái)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案的合理性，之后應(yīng)當(dāng)對(duì)經(jīng)過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決，進(jìn)而對(duì)整體方案進(jìn)行優(yōu)化改革。筆者認(rèn)為，這一環(huán)節(jié)的優(yōu)化改革既需要囊括供水管道的設(shè)計(jì)，又應(yīng)當(dāng)涵蓋閘斷等細(xì)節(jié)位置的方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。

在對(duì)管網(wǎng)分區(qū)方案進(jìn)行優(yōu)化整合時(shí)，設(shè)計(jì)人員除了要關(guān)注技術(shù)方面的問(wèn)題，還需要加強(qiáng)對(duì)于管網(wǎng)分區(qū)以及整體給排水工程設(shè)計(jì)施工的成本管控。市政給排水工程的設(shè)計(jì)與施工無(wú)疑是一項(xiàng)耗資巨大的工程，因此成本消耗是在所難免的。具體來(lái)說(shuō)，輸水管道方面的材料成本支出是這方面成本支出的“重頭戲”。輸水管材的材料、長(zhǎng)度、橫截面等因素都會(huì)影響到管材的實(shí)際造價(jià)，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際供水需要做好選擇工作。此外，市政給排水工程正式投入使用后也會(huì)造成一定的費(fèi)用支出，主要與泵站等設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)，因此在優(yōu)化管網(wǎng)分區(qū)方案時(shí)同樣不能忽視這一環(huán)節(jié)的工作。

結(jié)合宏觀環(huán)境分析，設(shè)計(jì)人員在對(duì)管網(wǎng)分區(qū)方案進(jìn)行優(yōu)化整合時(shí)需要重點(diǎn)考慮好水資源的節(jié)約問(wèn)題。要在整合各方技術(shù)資源的基礎(chǔ)上提高市政給排水系統(tǒng)的供水性能，進(jìn)而提高水資源的利用效率。具體來(lái)說(shuō)，運(yùn)用節(jié)水設(shè)備或是疊壓輸水技術(shù)便可以達(dá)到良好的輸水效果。此外，在條件允許的情況下還應(yīng)當(dāng)摒棄原有的蓄水池結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低水資源的二次污染概率。

3 輸水過(guò)河的具體措施

實(shí)際給排水工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到管道需要過(guò)河的情況，為了提高整體給排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低后續(xù)的故障及安全事故率，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的過(guò)河方式。常用的過(guò)河方式主要有架空過(guò)河與埋設(shè)過(guò)河兩種。

3.1 架空過(guò)河

它主要指的是借助于橋梁來(lái)完成管道過(guò)河的輸水模式，通常需要沿著橋梁的走向安裝、鋪設(shè)管道，達(dá)到架空過(guò)河的目的。如果要選擇這種過(guò)河方式，那就必須要考慮好管徑和實(shí)際供水量。如果管徑過(guò)大，內(nèi)部供水量過(guò)大，那么就會(huì)影響到橋梁的承重能力，最終造成更為嚴(yán)重的安全事故。在實(shí)際工作中使用這種過(guò)河模式之前，需要先和橋梁的設(shè)計(jì)與施工單位做好溝通交流，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)橋梁的實(shí)際承重能力設(shè)計(jì)供水方案。

3.2 埋設(shè)過(guò)河

如果要使用埋設(shè)過(guò)河法，那么最常用的便是“倒虹吸過(guò)河法”。第一步，需要在河底相應(yīng)位置鋪設(shè)兩根管線，進(jìn)而設(shè)置好檢修井。第二步，利用支墩來(lái)完成管道的過(guò)河工作。實(shí)際給排水工程建設(shè)施工中，如果要使用這種過(guò)河方法就必須要控制好管道的埋設(shè)深度，之后還需要盡量選擇抗腐蝕性能強(qiáng)的管材。在條件允許的情況下，可以嘗試將管道直接鋪設(shè)在河床巖石層上，以降低架設(shè)管道支墩的難度。

4 結(jié)語(yǔ)

市政給排水工程的設(shè)計(jì)工作是保證整體給排水工程安全穩(wěn)定建設(shè)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，會(huì)直接影響到后續(xù)的供水與排水性能。而輸水方式的選擇和管網(wǎng)分區(qū)則是其中需要重點(diǎn)關(guān)注的兩部分工作，以上筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行了探究，希望對(duì)優(yōu)化整體給排水工程的建設(shè)施工有所幫助。