郑玲　杨军　王立平　伍红泽

【摘 要】针对多水源树枝状供水管网的局部缺水问题，本文通过水力计算和现场测试分析验证缺水原因，探讨了多水源树枝状供水管网的水量分配与管网布置的关系，管网改进后保障了用户用水。

【关键词】多水源树枝状供水管网；局部缺水；分析；思考

1.管网概况

管网是在原管井管线的基础上陆续建设形成，目前以大口径井水源为主水源，和4口管井地下水源互补联合供水，呈树枝状，地形落差最高达20多米（管网图如下图，括号内数据为用户日平均需水量）；已运行近二十年，大口径井过滤能力下降，水质变差，设备设施老化，管道耐压能力下降，穿孔频繁，经技术核定，大口井泵站采用变频恒压供水方式，运行压力控制在0.5MPa左右。

2.局部缺水现象

2003年，随着原油开采任务的增长，用户需水量上升。2004年3月，一区出现用水紧张现象。为保证原油生产，2004年5月，改造一区供水管线，将DN150管线更换为DN200管线；改造后，一区供水正常，再没有出现过缺水情况。2005年10月进入用水高峰期，零区开始用水紧张。

3. 水力计算分析

以泵站出水压力0.55MPa为例。应用水力学中的长距离输水管计算公式：总水头差△H=沿程水头损失hf 进行逐级核算。因管网水质条件恶劣，采用海根——威廉姆公式进行水力计算。过程如下：

3.1计算分枝点3的总水头

对在恶劣条件下工作的旧管道，取C=60，由海根——威廉姆公式得出hf4-3=0.21m

故，H3=H4-hf4-3=（101.5+55）-0.21=156.29m

3.2计算分枝点2的总水头，求出零区和一区的流量分配值

为简化计算，不考虑二区用水。按以下两种情况进行计算。

3.2.1最有利情况一：假定在分枝点3按对零区和一区最有利的理想状况分配流量，即按零区和一区的最大需水量分配流量，则Q3-2=80+60=140 m3/h =0.039m3/s

同理，求得，hf3-2=10.18m

故，H2=H3-hf3-2=146.11m

由管网图，可以看出，泵站到零区的管线转角很多，局部损失大。因此，不能忽略它的影响，取经验估算法的最大值百分数15%。再由海根——威廉姆公式得，

……….①

一区管线改造前，为DN150的旧管线，取C1= C0=C=60；一区管线改造后，为DN200的新管线，取C1= 80；

由算式①，得出一区管线改造前，一区管线改造后

据此，按照求得的流量分配比值，由流体运动连续性原理，得零区和一区的流量分配值。图示如下。

3.2.2最不利情况二：假定DN400管线按二区和五区的最大需水量分配流量，则Q*3-2=280 -（80+60+20）=120 m3/h =0.033m3/s （出水压力保持在0.55Mpa，泵站出水量280 m3/h。）

同理，由海根——威廉姆公式得，h*f3-2=7.47m

故，H*2=H3-h*f3-2=148.82m

同理，由公式①得出在此种总供水量分配前提下的流量分配比值：

一区管线改造前为，一区管线改造后为，

据此，按照求得的流量分配比值，由流体运动连续性原理，得零区和一区的流量分配值。图示如下。

3.3水力计算结果：

一区更换管线前，只有达到情况一的条件，零区和一区的流量分配才能恰好满足二者使用需要；若二区用水，势必造成一区用水紧张。一区更换管线后，对一区和零区水量影响明显，一区增加了39%，零区下降了51%；在总来水量最多140 m3/h的前提下，只能满足一区用水需要，无法满足零区需要。

4.零区和一区缺水原因

根据水力分析结果，综合水网现状，得出以下结论：

4.1系统本身调节能力差。水网是多水源的树枝状管网，管路布置不均衡，而且泵站与管井地形落差达20米，并联运行时，泵站出水阻力必然增加，主要水源---泵站的产水量就会下降，致使系统总水量增长受限。

4.2总用水量增加，系统富余水量减少，造成系统整体调节能力下降。

4.3管网局部改造缺乏系统的考虑，造成改造不合理。一区管线改造后，在不利情况下供水量仍然略微大于用水量，加剧了零区的缺水。

4.4运行压力偏低，主干线流量小，流速低（最高在0.57～0.81 m/s之间），接近正常水质时要求的最低流速0.6m/s），杂物容易沉积在管中，加速管道於塞，增大水头损失。

5. 现场测试验证

5.1测试情况

2005年12月，测试人员对零区进行了实地的流量测试。使用仪器：便携式超声波流量计；测试条件：一区停止用水，其他用户极少量用水。现场测试数据见下表：

5.2测试分析

5.2.1由方案一、方案二和方案三可以看出，采用泵站水泵单机供水方式，在变频器作用下，提高泵站出水压力，泵站排量和零区流量同步增长，增长幅度基本一致。

5.2.2对比方案三与方案四和方案五，发现：在泵站出水压力相同的条件下，开启古城管井后，虽然总供水量增加，但是泵站2#泵排量与单机供水时相比下降明显，下降28.57%，并且零区流量的增长十分微弱，仅仅增加了4.2%。

5.3测试结论

对于多水源树枝状管网，并联运行时，水源间的相互干扰较大。

6.实施对策及效果

主要对策是局部改造管网，从主管线（点0附近）上单独连接一条供应零区的供水管线。根据用户用水量的变换，适时切换水源，同时调节分段阀门（2井附近）的开启度。新建一口管井（产水量15m3/h）。对策实施后，系统能保证用户正常用水。

7.多水源树枝状供水管网的思考

7.1多水源枝状供水管网的布置应尽可能的使产、用水量分布比例相匹配，增强系统本身的调节能力。

7.2多水源管网水泵机组的选型应综合整个管网的布局、各水源水位、地形高差等因素，整体匹配，尽可能的消减各水源间的相互干扰，使并联运行效果最优。

7.3地形高差大的管网，运行中应合理切换水源，充分利用地形高差，减少其负面影响。

7.4管网局部改造时考虑要系统、全面，以减少对其他分支的不利影响。

参考文献：

[1]杨钦 严煦世：给水排水工程 中国建筑工业出版社.

作者简介：

郑玲（1969.3- ）女 毕业于扬州工学院给水排水专业 现任河南石油勘探局水电厂给排水副主任师 给排水工程师。