人均當量法在農村小型供水工程配水管網水力計算中的探討與運用

夏榮鑫

(寧強縣水利水電工作隊 陜西 寧強724400)

1 概述

供水工程的配水管網布置方式一般為樹枝狀管網與環狀管網兩種基本形式，農村小型集中式供水工程布置方式多為樹枝狀。管網水力計算在初步設計工作中占有很大比重，其主要內容是確定配水管道的直徑和管材。正確運用管網水力計算方法，確定合理而又經濟的管徑和管材，是提高工程設計質量、確保工程順利實施的保證。管網水力計算中目前常用的方法主要有單位管長比流量法、面積比流量法和人均當量法，3種方法各有利弊，不同的管網布置形式應區別對待，擇優選用。筆者多年從事農村小型供水工程設計，對農村供水工程配水管網水力計算中常用方法的適用范圍、計算精度及具體計算過程進行了分析，總結出不同方法的使用條件和使用范圍，以供參考。

2 樹枝狀配水管網水力計算的常用方法

2.1 單位管長比流量法

所謂單位長度比流量法是假定設計配水總量沿配水管道總長度均勻分布，則管線單位長度上的配水流量稱為長度比流量，記為，采用公式

式中，Q——管網最高日最高時總用水量，(l/s)；

Σq——集中供水流量總和，(l/s)；

ΣL——供水管道總長度，m。

先計算出單位管長比流量，然后根據管道長度進行線型分攤，計算出各管段的配水流量，進而計算出流入各個節點的集中流量，最后從管網末端節點算起，依據節點集中流量求出各管段設計流量后進行管徑計算。

2.2 面積比流量法

假定沿線流量q1′、q2′……均勻分布在整個供水面積上，則單位面積上的配水流量稱為面積比流量，記作qA(l/s,m2)，按計算，其中ΣA——給水區域內沿線配水的供水面積總和，m2，其余符號意義同前。即先計算出管段所負擔的供水面積的單位面積比流量，然后根據各個供水面積進行分攤計算，得出各面積上的配水流量，進而計算出流入各個節點的集中流量，最后從管網末端算起，依據節點集中流量求出各管段設計流量。

圖1 草壩場村供水工程供水管網水力計算圖

表1 節點流量表

表2 管段流量計算表

表3 管段水力計算表

2.3 人均當量法

人均當量法是將配水流量按設計用水總人口進行均勻分配，用公式計算，其中ΣN為設計用水總人口，人，其余符號意義同前。首先計算出人均當量指標qS(l/s,cap)，進而根據各節點人口計算出節點出流量，然后從距蓄水池(或二級泵站)最遠的管網末梢的節點開始，按照任一管段中的流量等于其下游所有節點流量之和的關系，逐個向蓄水池(或二級泵站)推算每個管段的設計流量。

3 三種方法的優缺點比較

以上方法中，單位管長比流量法采用管道長度的線型分配進行計算，只要在配水管網總體布置完成后，即可通過各管段長度進行流量分配，進而通過節點流量計算出管道設計流量。該方法簡單明了，易于理解掌握，計算簡便。但該方法忽視了管道沿線實際用水人口的多少，會出現管道長計算流量大、管道短計算流量小的情況，在實際中并不是管段長解決的供水人口就多，管道短覆蓋的人口就少。山區農村供水工程配水管道短者幾十米、長者達千米，其沿線所覆蓋的農戶較少而且分散，采用單位管長比流量法會忽視管道實際擔負的供水人口及實際用水量的多少，要么出現“大馬拉小車”現象，要么形成“馬力不足”的惡果，以此進行管道設計，從經濟角度考慮不太合理，但在供水區各管道設計人口較難統計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總面積，進而計算管道設計流量，對于農村小型供水工程因住戶十分離散，供水區總面積很難準確界定，難度很大，對小型供水工程不適用，而在城市或集鎮供水工程中較為適用。人均當量法是按管段實際擔負的供水人口，用當量指標進行計算的，管道計算流量代表了實際用水需求，特別是農村小型供水工程，住戶相對分散但各管段節點處供水人數容易確定，因而按此方法計算的管道流量更為切合實際，精度較高。現通過以下具體實例，對人均當量法的計算過程和步驟進行演算。

4 計算實例

漢源鎮草壩場村飲水安全工程解決項目區現有1450人飲用水問題，依據《村鎮供水工程技術規范》SL310-2004，選取生活用水標準為60l/cap·d、設計年限選取 n=10a、人口自然增長率選取α=3‰，時變化系數Kh=2.0，則設計供水人口為1494人，生活最高日用水量為89.64m3/d，飼養場用水量2.54m3/h，工程供水規模為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，供水管網布置如圖1所示，計算各管段的管徑。

4.1 設計流量

設計配水流量Q=7.47+2.54+10.01m3/h=2.781l/s，其中飼養場集中供水流量為2.54m3/h，即0.706l/s，將設計流量、集中供水流量分別標在平面布置圖中節點、⑥節點。

4.2 設計用水總人口

4.3 人均用水當量

人均用水當量按公式計算：

式中qs——人均用水當量，(l/s·cap)；

Q——最高日最高時總用水量，(l/s)；

Σq——企業、機關、學校等大用戶集中用水量總和，(l/s)；

ΣN——設計用水總人口，人。

4.4 節點流量

各節點流量=(人均用水當量×對應的用水人數)+該節點大用戶用水量

qj=(qs×N)+q，

式中，qj——某一節點流量，(l/s)；

qs——人均用水當量，(l/s·cap)；

N——該節點的設計用水人口，人；

q——某一節點流量處大用戶集中用水量總和，(l/s)。

計算結果見表1。

4.5 管段設計流量

4.6 管網水力計算

5 結語

樹枝狀配水管網水力計算就是根據各管段的設計流量和經濟流速，計算其直徑而選定管材，確定管段設計流量是其核心內容。人均當量法是根據管段節點實際擔負的供水人口按人均用水當量進行節點流量計算，其管段計算流量代表了實際用水需求。小型集中式供水工程，住戶相對分散、但各管段處的節點供水人數較容易確定，用此方法計算的管道流量作為設計成果更為切合實際，精度較高，可作為農村小型供水工程配水管網計算中的最佳方法予以運用。