区块化供水管网系统进水点设计分析

2021-07-07郑杰慧

电子乐园·下旬刊 2021年7期

郑杰慧

摘要：相比于传统供水系统的区域计量分区设计而言，管网区块化供水的模式既能够实现用水量的分区统计，还能实现均衡整体管道内水压和水龄的功能，尤其是在水质优化和降漏止损上的表现更加突出。区块化供水管网系统的设计中，进水点的设计极为关键，地形的变化和管道内各项水质指标的变化都会极大影响到进水点的设计工作。本文以杭州市某区的供水区管网进水点设计为例，在施工设计复盘和施工现场还原中展示管网系统进水点的设计理念、设计技术和设计标准。

关键词：区块化;供水管网;进水点;优化设计

城市供水管网系统的快速扩展和集群化建设是现代化发展的必然趋势，也是提升城市生活质量、建设城市文明的重要途径。对城市供水管网系统来说，供水管网系统内部的水压维持、漏损控制以及日常运营等都是极为重要的保障性项目。为了进一步提升城市供水管网的安全性和经济性，需要在总结国内外实践经验、梳理相关实验研究成果的同时，重视本地供水管网的实际运营情况和发展前景。区块化供水管理不仅可以实现对区域用水量的独立统计，更可以维持管网内部水压和水龄分布的平衡，提升供水质量和供水管网的经济效益。

一、研究对象与研究方法

（一）研究对象

本文以杭州市某区的供水区管网进水点设计为例，结合相关文献记载的供水管网分区管理方案，建立起该区域的立体供水管网模型。（如图1所示）借助这一模型，将该区域进行阶层划分用以确定水压平衡规划模型。

在完成水压阶层概化模型后，进水点的数量和位置确定将有数据化的模型参考，各项地形因素也将呈现在设计人员面前，使得整个工程的设计更加科学、合理。

根据实地考察结果，案例中供水区域的地势相对平坦，区域内部地形高度差保持在20米以下，总供水面积约10k㎡，日常供水量维持在6*104m³，区域内供水节点总计36个。在供水管网建设上，管道总计60根、25个环，管道总长度为29322米。

（二）研究方法

1. 水壓模拟分析法

借助EPANET2.0软件的建模功能，将该区域的管网系统进行数字建模。结合相关给排水单位提供的管网平差结果确定好官网内不同节点的日流量数据，导入软件中进行水压模拟分析。

在本案例的水压模拟分析中，进水点处需要设置供水池和水泵，以此控制管网内最不利点的自由水头。为进一步确保管网内的流速始终保持在合理的范围内，需要强化对水泵扬程的控制，针对进水点的数量和位置的变化进行水压模拟数据采集。控制管网内各个节点的流量不变，整个管网的平均水压和最高水压都要在设计标准内。

水龄模拟分析法

在水压模拟分析的基础上，增加时间控制条件。一般情况下，以1小时为单位，收集乘子在24小时内用水量的变化曲线。针对不同的进水点设计模型进行72小时水质采样分析模拟。绘制72小时内的水龄等值线图，该数值内的平均水龄和最好水龄就代表了整个管网所有节点的水龄情况。

经济性比较分析法

在经济性比较中，主要依据严熙世的《给水工程》管网技术经济算法。在水泵综合运营费用和管网建设投资费用上，则根据当地市政单位给出的建设指导意见进行费用筹备。

二、结果与分析

（一）进水点数量模拟结果

在数字模型的分析中，进水点的数量分别设置了1、2、3、4共四种方案。结合案例区域的实际地理情况，在确保整个管网内供水数据均衡的情况下，将进水点的位置分别部署在：J3，J3和J18，J32、J5和J18，J32、J5、J33和J18。

1.水压分析

根据数据模拟的情况，相比于1个进水点的设计，多个进水点在管网平均自由水头的降低效果上更加突出，且随着进水点数量的增加，降低的效果会各更为突出。多进水点的方案中，最大自由水头的降低效率也在逐步提升，且管网自由水头的平均值和最大值之间的差距会呈现出明显减弱的趋势。

与此同时，多个进水点的设计也能够实现水泵扬程的有效缩短。但值得注意的是，多进水点的设计在水泵扬程缩短效果上的差异并不明显。

除此之外，进水点数量和整体管网水压等值线的关系也极为密切。进水点数量的增多，会导致管网内的整体水压呈现下降趋势，且会使水压的分布变得更加均衡。在1个进水点的设计方案中，有三成多的管网水压维持在36米以上的水平;在多个进水点的设计方案中，这一数值都小于35米，且随着进水点数量的增加，整体水压开始趋向于最不利点水压标准。

2.水龄分析

在本案例的水龄分析中，进水点数量的增加会导致管网内的平均水龄和最大水龄都呈现下降趋势。不仅如此，进水点数量的增加，将造成平均水龄和最大水平的降低幅度逐渐增加。这意味着，进水点数量的增加能够明显提升整个管网的水质，且促使整个管网内的水龄分布更加均衡。但更多的进水点数量并不会带来水龄降低服务的明显减小，甚至在进水口数量达到一定峰值时，水平的降低幅度会进入平台期。

3.经济性分析

在经济性的分析中，相比于单进水点的设计，多个进水点在总投资上有所降低。这种减低在进水点数量为3和4时差异并不明显。而泵站的年运行费的降低则呈现出相对明显的降低趋势。

综合水压的分析结果来看，造成这一现象的根本原因更多集中在水压的稳定性维持上。进水点数量和泵站数量两者之间存在正相关，但水泵扬程的减少是造成总投资降低的关键所在。

4.进水点数量的确定

综合上述分析结果，可以清楚地看到：

当进水点水量不超过三个时，管网建设的总投资相差较小，但进水点数量达到四个后，总投资会明显增加;

进水点数量过多的情况下，整个管网的水压控制将变得更加困难。且在闭合环的影响下，还可能发生倒流的现象。

因此，如果更重视水压分布均衡，应该选择两个进水点;如果更强调水质保持。则应该设置三个进水点。

（二）进水位置模拟结果

本文所举案例中整个供水区域面积相对较小，进水点数量对进水位置选择的影响相对较小。因此，在本文阐述进水位置的研究时默认为单进水点设置。

1.平坦地形

一般情况下，地势平坦区域的进水点位置应优先考虑中部或者边侧，即J3或J8节点。