基于EPANET的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黑月明

摘 要：為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的人口的用水需求，必須通過(guò)設(shè)計(jì)的管網(wǎng)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(wǎng)和水箱等方面基礎(chǔ)屬性對(duì)供水水系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本次工作著重介紹了供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，借助所有這些信息并通過(guò)應(yīng)用EPANET軟件為該地區(qū)設(shè)計(jì)供水方案。本次設(shè)計(jì)的供水方案可以為該地區(qū)提供適當(dāng)?shù)墓┧⒛軡M(mǎn)足該地區(qū)的日常供水需求。

關(guān)鍵詞：EPANET；供水管網(wǎng)；供水方案設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV674 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0107-02

前言

為了滿(mǎn)足持續(xù)增長(zhǎng)的人口的用水需求，需要通過(guò)設(shè)計(jì)的管網(wǎng)來(lái)提供足夠均勻的水量，通過(guò)管網(wǎng)來(lái)提供均勻水量稱(chēng)為供水。供水基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)用水進(jìn)行收集，傳輸，處理，儲(chǔ)存和分配等一系列過(guò)程來(lái)滿(mǎn)足家庭，商業(yè)場(chǎng)所，工業(yè)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(tǒng)也必須滿(mǎn)足公共，商業(yè)和工業(yè)活動(dòng)的要求，在任何情況下，供水必須滿(mǎn)足水質(zhì)和水量的要求。本供水系統(tǒng)計(jì)劃是根據(jù)該地區(qū)供水部門(mén)提供的數(shù)據(jù)和EPANET軟件提供的信息制定的。

1 EPANET

EPANET是一種計(jì)算機(jī)程序，可在加壓管網(wǎng)內(nèi)水壓和水質(zhì)的延長(zhǎng)時(shí)期模擬。管道網(wǎng)絡(luò)由管道，節(jié)點(diǎn)（管道），泵，閥門(mén)和儲(chǔ)罐或水庫(kù)組成。EPANET跟蹤每個(gè)管道中的水流量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的壓力，每個(gè)罐中的水的高度，以及在由多個(gè)時(shí)間步驟組成的模擬期間的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的化學(xué)物質(zhì)的濃度，除模擬化學(xué)物質(zhì)濃度外，還可以模擬水齡和進(jìn)行水源追蹤。EPANET旨在成為一種研究工具，用于提高我們對(duì)配送系統(tǒng)中飲用水組分的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的理解。 EPANET有助于對(duì)管理策略進(jìn)行選擇性的評(píng)估，以改善整個(gè)系統(tǒng)的水質(zhì)，這些功能包括：（1）改善多個(gè)源系統(tǒng)中的水源利用率；（2）改善泵送和罐裝/排空時(shí)間表；（3）使用衛(wèi)星處理，如儲(chǔ)罐再氯化；（4）目標(biāo)管道清洗和更換。

2 設(shè)計(jì)背景

本次設(shè)計(jì)配水系統(tǒng)的地區(qū)是M村。該地區(qū)的人口為990人，這里設(shè)計(jì)的供水分配系統(tǒng)是樹(shù)狀管網(wǎng)。通過(guò)使用EPANET，導(dǎo)入相關(guān)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、需求量、高程、水池和管道數(shù)量的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的分配系統(tǒng)。這里設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為36個(gè)和2個(gè)架空水箱。人口的確定是規(guī)劃中最重要的因素之一，如果項(xiàng)目必須在一定的設(shè)計(jì)時(shí)期為社區(qū)服務(wù)，通常選擇20至40年的設(shè)計(jì)時(shí)間，人口將是設(shè)計(jì)階段結(jié)束時(shí)的基本問(wèn)題。這里設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為36個(gè)和2個(gè)架空水箱，管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系如下圖1所示：

3 人口預(yù)測(cè)

3.1 算術(shù)增加方法

這是人口預(yù)測(cè)最簡(jiǎn)單的方法，盡管它通常得到較低的結(jié)果。在這種方法中，假設(shè)人口從十年到十歲的增長(zhǎng)是不變的。在數(shù)學(xué)上，這個(gè)假設(shè)可以表示為：

從過(guò)去30～40年的人口普查數(shù)據(jù)可以看出每十年人口增長(zhǎng)情況，并可以得出平均增長(zhǎng)量。對(duì)于未來(lái)的每一個(gè)十年，這個(gè)平均增量是相加的。未來(lái)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(shè)從十年到十年的人口增長(zhǎng)率是不變的。從前三，四年人口數(shù)據(jù)看，人口增長(zhǎng)率達(dá)到平均水平。如果Ig是每十年的平均百分比增長(zhǎng)，或rg是以十進(jìn)制表示的每十年的增長(zhǎng)，未來(lái)幾十年的人口可以表示為：

這種方法給出了更準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)樵黾拥陌俜直扔肋h(yuǎn)不會(huì)保持不變，而是隨著城市的增長(zhǎng)達(dá)到飽和而減少。

4 供水系統(tǒng)損失

供水系統(tǒng)的損失包括服務(wù)水庫(kù)的泄漏和過(guò)度流量，主管道和服務(wù)管道連接的泄漏，用戶(hù)房屋的泄漏和損失，當(dāng)他們獲得不定期的房屋供應(yīng)，供應(yīng)儀表的不足注冊(cè)和大量泄漏或浪費(fèi)從公共標(biāo)簽。在維護(hù)良好，配量齊全的配水系統(tǒng)的情況下，損失可能難以超過(guò)總消費(fèi)量的20%。在供應(yīng)不足的系統(tǒng)中，損失可能高達(dá)總供應(yīng)量的50%。

5 管道流量

根據(jù)人口密度，分布區(qū)（住宅，商業(yè)等）類(lèi)型和消防等要求，計(jì)算每條管線(xiàn)的流量。消火栓在直線(xiàn)道路和街道交界處的間隔距離為50至100m。配水管線(xiàn)的尺寸是固定的，使得在所有點(diǎn)保持最小必需的壓頭，承載高峰時(shí)段的小時(shí)流量。管道的設(shè)計(jì)應(yīng)為平均供水量的2.25～3倍。對(duì)于5萬(wàn)以上的人口，配水管道的平均供應(yīng)能力應(yīng)為225%，而人口在5000以下；配水管道的平均供應(yīng)能力應(yīng)為300%。消防所需的流量應(yīng)加到這個(gè)最大流量，以獲得供水管網(wǎng)總流量。管道應(yīng)該能夠承載這個(gè)總流量，而不會(huì)有過(guò)大的壓降。

6 供水管網(wǎng)布局

對(duì)于重型和正常交通，最小溝槽深度應(yīng)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(shí)的覆蓋層厚度，剩余的是回填的壓實(shí)厚度。管道上的最小深度不應(yīng)小于0.8m，以防止交通負(fù)荷，以防止管道中氣候變化對(duì)水的影響。對(duì)于7.5cm至25cm的分布網(wǎng)絡(luò)，溝槽的最小和最大寬度應(yīng)分別為45cm和80cm。

7 結(jié)束語(yǔ)

在本次工作中，配水系統(tǒng)已經(jīng)在EPANET的幫助下進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使用了節(jié)點(diǎn)數(shù)、高程、管道數(shù)量和該地區(qū)的用水需求。首先，我們對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了調(diào)查，并收集了人口和人均需求情況。

在白天的時(shí)段，這是早上時(shí)段的高峰時(shí)段，水的需求比其他時(shí)間更多，所以每天最多供應(yīng)8小時(shí)。從EPANET獲得的圖表中也可以得出結(jié)論，高峰時(shí)段的需求量更多。不同的節(jié)點(diǎn)顯示不同的壓力和需求變化，因?yàn)榕c其他節(jié)點(diǎn)相比，節(jié)點(diǎn)19，24，32，29的需求更多，節(jié)點(diǎn)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(tǒng)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(guò)重力的幫助系統(tǒng)被傳送到主上升管。這里使用的分布布局是根據(jù)M村的布局的樹(shù)狀系統(tǒng)。

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