某市經(jīng)濟(jì)特區(qū)給水方案分析

張 珍 宋學(xué)陽 張 丹

1. 中國城市建設(shè)研究院有限公司 北京 100000

2. 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司 北京 100000

3. 北方集成電路技術(shù)創(chuàng)新中心（北京）有限公司 北京 100000

1 供水現(xiàn)狀

1.1 水源

本項(xiàng)目地域處于西江干流下游，除河江流域外，直接匯入西江流域的集雨面積400km2，其中100km2以上支流主要有沙坪河。水廠水源取水口設(shè)在島嶼東側(cè)，原水水質(zhì)為地表水II類。島內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)、企業(yè)主要采用自備水源。

1.2 現(xiàn)狀水廠

島內(nèi)主要由位移的現(xiàn)狀水廠供水，水源為西江江水，現(xiàn)日供水量為約1.2萬噸，遠(yuǎn)期達(dá)到6.2萬噸/日。

1.3 現(xiàn)狀給水管網(wǎng)

島內(nèi)現(xiàn)狀給水管道較少，主要分布在自來水廠出廠管東側(cè)DN600、主干道DN600、次干路DN300及部分支路，根據(jù)業(yè)主意見和運(yùn)行事故情況，遠(yuǎn)期均新建。

2 用水量預(yù)測

2.1 綜合用水指標(biāo)法

規(guī)劃區(qū)遠(yuǎn)期規(guī)劃人口總數(shù)約為11.0萬人，根據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282-2016)中城市綜合用水量指標(biāo)為0.45-0.75萬m3/萬人·d，參照相關(guān)規(guī)劃和地區(qū)實(shí)際情況等，綜合確定用水量指標(biāo)為0.55萬m3/萬人·d，則規(guī)劃區(qū)最高日給水量預(yù)測約為6.05萬m3/d。

2.2 單位建設(shè)用地給水量指標(biāo)法

遠(yuǎn)期建設(shè)用地達(dá)到約12.68km2，預(yù)測期末用水量約為6.19萬m3/d。具體預(yù)測如下：

表1 居住與商業(yè)水量預(yù)測表

表2 生活水量預(yù)測表

類別需水量預(yù)測數(shù)量 單位 定額 單位 用水量(萬m3/d)3 綠化澆灑 273.90 ha 3 L/m2·d 0.82 4 管網(wǎng)漏失率 以1-3項(xiàng)之和的10%計 0.52 5 未預(yù)見水量 以1-4項(xiàng)之和的12%計 0.69合計 6.44

根據(jù)以上三種預(yù)測方法綜合分析，適度考慮一些未預(yù)見因素，同時留有一定預(yù)量，確定最高日用水量約為6.20萬m3/d ((6.05+6.19+6.44)/3)，日變化系數(shù)取1.4[1]。

3 給水管網(wǎng)工程

3.1 給水管網(wǎng)布置

(1) 管網(wǎng)應(yīng)沿規(guī)劃及現(xiàn)狀道路布置。

(2) 為保障供水安全，管網(wǎng)采用環(huán)狀布置，部分邊緣地區(qū)受道路規(guī)劃影響采用枝狀管網(wǎng)。

3.2 給水管網(wǎng)平差

(1) 根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，現(xiàn)狀水廠遠(yuǎn)期供水量滿足水質(zhì)、水量和水壓要求；

(2) 管網(wǎng)盡可能利用現(xiàn)有的管道；

(3) 配水管網(wǎng)設(shè)計供水水壓在經(jīng)濟(jì)合理的前提下按最不利點(diǎn)服務(wù)壓力(自由水頭)28m考慮；

(4) 管網(wǎng)消防校核時，按同一時間發(fā)生火災(zāi)2起，滅火用水量均為45L/s，最不利點(diǎn)服務(wù)壓力(自由水頭)高于低壓消防要求壓力10m；

(5) 管網(wǎng)事故校核時，考慮輸配水干管發(fā)生事故，全部節(jié)點(diǎn)流量按折減比70%計算，節(jié)點(diǎn)均需滿足服務(wù)壓力(自由水頭)28m。

3.3 管網(wǎng)平差主要方法

管網(wǎng)計算采用管網(wǎng)分析軟件計算，計算采用解節(jié)點(diǎn)水壓方程的節(jié)點(diǎn)方程法。配水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)流量計算采用按管長分配流量的方法計算各個節(jié)點(diǎn)流量。

3.4 管網(wǎng)平差結(jié)論

根據(jù)所有節(jié)點(diǎn)均需滿足服務(wù)壓力為28m的條件，反算水源點(diǎn)水壓為50m。管網(wǎng)平差計算各工況校核結(jié)論如下：

(1) 最高時

最高日最高時設(shè)計秒流量為1000L/s，給水系統(tǒng)時變化系數(shù)為1.4。現(xiàn)狀水廠供水量遠(yuǎn)期為6.2萬m3/d，出廠水壓為50m時，可滿足六層建筑用水要求，即不小于0.28MPa。

(2) 消防時

按目前確定的供水系統(tǒng)，消防水量可由市政管網(wǎng)供水系統(tǒng)供給，消防時校核，消防流量按同一時間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)為2次，用水量標(biāo)準(zhǔn)45L/s，則消防流量2處共計90 L/s。經(jīng)平差計算消防時最不利點(diǎn)水壓不低于0.1MPa?？梢詽M足城區(qū)低壓消防設(shè)計要求[2]。

(3) 事故時

發(fā)生事故管段定義為J-6~J-7管段，事故發(fā)生時段按最高日最高時70%供水量供水，最不利點(diǎn)水壓可滿足六層建筑用水要求，即不小于0.28MPa。

具體平差結(jié)果詳見給水管網(wǎng)平差結(jié)果圖

3.5 管材比選

島內(nèi)現(xiàn)狀給水管管材主要以鑄鐵管和塑料管為主。目前國內(nèi)常用的輸水管材有鋼管、鋼管、玻璃鋼管及PE管等，具體分述析如下：

表3 管材的主要特性比較表

表4 管材技術(shù)性能比較表

比較結(jié)果：根據(jù)以上分析，確定本次工程采用PE給水管，管廊內(nèi)部及管道規(guī)格大于600的給水管道采用鋼管。

3.6 管道接口、連接方式

非管廊段管道，管材采用給水PE管，熱熔連接，管道等級為PE100，公稱壓力PN為1.0MPa；管廊段管道，管材采用給水鋼管，承插連接，管道等級為K9，工程壓力PN為1.0MPa。

3.7 管道溝槽開挖與基礎(chǔ)回填

溝槽槽底凈寬度不小于管外徑加兩側(cè)各0.5m確定，開挖溝槽至基底設(shè)計標(biāo)高0.2-0.3m 的原狀土以上時，應(yīng)在鋪管前人工清理至設(shè)計標(biāo)高；開挖深度小于等于1.5m時采用垂直開挖，管道開挖深度大于1.5m時宜采用放坡開挖，具體放坡系數(shù)應(yīng)根據(jù)本工程地質(zhì)勘查報告選取，一般情況下可采用1:1放坡；局部管道埋深過大時，應(yīng)經(jīng)相關(guān)部門審核深基坑施工方案后才可施工，支護(hù)方案可采用鋼板樁支護(hù)，具體方案應(yīng)以相關(guān)部門審批意見為主[3]。

基坑施工時如坑內(nèi)明水較多，應(yīng)采取切實(shí)有效的排水措施，不得帶水施工；

①管道基礎(chǔ)

非管廊段給水管道采用砂墊層基礎(chǔ)；

管廊段給水管道基座詳見綜合管廊工程相關(guān)設(shè)計內(nèi)容。

②土方回填

土方回填采用中粗砂，具體壓實(shí)度要求應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-2008)和《室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計規(guī)范》(GB50032—2003)等相關(guān)規(guī)范要求。

3.8 附屬設(shè)施

①消火栓布置

消火栓宜布置在非機(jī)動車道內(nèi)或路邊線外側(cè)，間距不大于120m。

②閥門及閥門井

閥門均選用法蘭連接雙偏心蝶閥，閥門公稱壓力PN1.0MPa；

③排氣閥及排氣井

給水管道最高處設(shè)排氣閥，管線豎向布置平緩時，宜間隔1000m左右設(shè)一處通氣設(shè)施，排氣閥需做閥門井。

④排泥閥及排泥井

管道下凹處設(shè)排泥井，溢流管就近接入河道、綠地或雨水檢查井。

3.9 障礙避讓

①工程障礙

本次給水工程穿越河道處，給水管道均采用雙管過河，施工方法采用牽引施工。穿河段管道路由在路面外時，閥門井地面標(biāo)高參考地形圖現(xiàn)狀標(biāo)高及景觀設(shè)計地形標(biāo)高，如施工時與現(xiàn)場情況有沖突時，需按現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整，但必須滿足本說明最小覆土要求。河底段河底設(shè)計高程約為-0.50 - -1.0m。如現(xiàn)場施工時與設(shè)計河底高程不同時，可按圖紙相對覆土調(diào)整管中心高程，但最小覆土不得小于2.0m。

②工程避讓

給水管道避讓排水等重力流管道時，需敷設(shè)于重力流管道下方，并加設(shè)鋼套管防護(hù)，鋼套管采用焊接連接，套管伸出交叉管的長度每邊不小于3m，兩端應(yīng)采用防水水泥砂漿封閉。

3.10 工程質(zhì)量與驗(yàn)收

①管道強(qiáng)度試驗(yàn)

試壓管端分段長度不宜大于1km；本工程給水管道工作壓力P≤1.0MPa，實(shí)驗(yàn)壓力1.5MPa。管道試壓時應(yīng)在預(yù)留支線端頭設(shè)置排氣裝置。

②管道嚴(yán)密性試驗(yàn)

管道嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)應(yīng)按放水發(fā)或注水法進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)應(yīng)做記錄；嚴(yán)密性試驗(yàn)時，不得有漏水現(xiàn)象，管道實(shí)測滲水量應(yīng)滿足《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50628-2008)要求。

③沖洗、消毒

沖洗、消毒前必須安排人員清理干凈管道內(nèi)雜物，并清洗明顯的污點(diǎn)；沖洗應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一般沖洗強(qiáng)度為1m/s，沖洗時間為4-6小時，當(dāng)排出口的水色透明度與入口處目測一致時即為合格；沖洗后，應(yīng)用每升中含20-30mg 游離氯的水灌洗管道進(jìn)行消毒，含氯水在管道中應(yīng)停留24 小時以上，消毒完畢再用生活飲用水沖洗，直到水質(zhì)取樣化驗(yàn)合格為止。

4 其他說明

4.1 管網(wǎng)應(yīng)急保證

(1) 有計劃的分布、分期實(shí)施管網(wǎng)改造和新建計劃，改善管網(wǎng)輸配水水質(zhì)，使用戶飲用的水質(zhì)與水廠出廠的水質(zhì)相近；改善管網(wǎng)服務(wù)壓力，提高輸水能力，降低管網(wǎng)運(yùn)行能耗；

(2) 引進(jìn)先進(jìn)的管道探傷及測漏設(shè)備，定期對城市管網(wǎng)進(jìn)行檢測與維護(hù)，消除易爆管段，降低管網(wǎng)漏損率，防患于未然，力爭杜絕事故隱患，提高管網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性；

(3) 建立專職的管網(wǎng)巡查、檢漏隊(duì)伍，學(xué)習(xí)熟練使用測漏儀器，加強(qiáng)管網(wǎng)的日常查漏工作。

4.2 節(jié)水和節(jié)能

（1）節(jié)水

水資源供需矛盾日益突出。節(jié)約用水、高效用水是緩解水資源供需矛盾的根本途徑。具體節(jié)水措施建議如下：

①加強(qiáng)法制建設(shè)，把節(jié)約用水納入法制管理；②合理調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，推行節(jié)水型工藝技術(shù)。

（2）節(jié)能

管道設(shè)計中，為減少水頭損失，對管道走向和路徑應(yīng)多角度考慮，同事盡量縮短管道長度；選擇管材時，盡可能選擇管道粗糙系數(shù)小的管材，從而減小水頭損失；以經(jīng)濟(jì)流速為基準(zhǔn)確定管徑，使管道設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理。

4.3 爆管防治

（1）爆管原因

①管道及配件材質(zhì)在熱脹冷縮、沖擊、擠壓等應(yīng)力的作用下，不能較好的釋放應(yīng)力而產(chǎn)生破壞，發(fā)生爆管事故；②地面荷載、土體移位；③管道施工質(zhì)量；④溫度及水壓變化影響。

（2）爆管防治措施

①新型材料管道的運(yùn)用，例如鋼管、塑料管、鋼骨架塑料管等。管道連接時，盡量采用柔性接口，消除各種應(yīng)力對管道接口的破壞；②適當(dāng)加大管道埋深和一定的保護(hù)措施，控制外壓的損害；③加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格按給水工程設(shè)計、施工規(guī)范執(zhí)行，全面提高管道施工質(zhì)量；④盡量避免溫度影響和壓力異常波動；⑤根據(jù)歷年修漏記錄，建立管網(wǎng)漏水和爆管的數(shù)據(jù)庫，分析出漏水較多的管段，結(jié)合管材、管齡、道路荷載等信息，優(yōu)化每年的管網(wǎng)更新計劃。

4.4 水錘防治

（1）水錘成因

①閥門突然開啟或關(guān)閉；②水泵機(jī)組突然停車或開啟；③單管向高處(供水地形高差大于20m)輸水；④水泵總揚(yáng)程或工作壓力過大；⑤管道中水流速度過大；⑥管道過長且地形變化大。

（2）水錘防治措施

①采用恒壓控制技術(shù)；②安裝水錘消除器；③在大口徑的水泵出水管上安裝緩閉止回閥；④設(shè)置單向調(diào)壓塔；⑤在泵站內(nèi)設(shè)置旁通管(閥)；⑥設(shè)置多級止回閥。

4.5 撿漏及漏失量控制

（1）管網(wǎng)漏損成因

①管材自身的原因。②使用年限過長。③土壤的腐蝕性和管道自身防腐蝕不良。④管道施工不合規(guī)范，管道基礎(chǔ)和直墩處理不當(dāng)或埋深不夠，管內(nèi)水壓偏高易造成漏損。⑤供水管道的非法私接亂碰也造成水量的流失。

（2）管道漏失的控制措施

①完善供水管網(wǎng)資料的管理，建立合理的資料數(shù)據(jù)和圖紙庫等。②加強(qiáng)維修人員綜合能力并建立一定的考核制度。③加強(qiáng)稽查，杜絕供水管道的非法私接。

5 結(jié)束語

在全島給水方案設(shè)計時，給水管網(wǎng)應(yīng)根據(jù)用水要求合理分布于全部供水區(qū)，在滿足各用戶對水量、水壓的要求以及考慮施工維修方便的原則下，盡可能縮短給水管線總長度；給水管道之間應(yīng)形成環(huán)狀，保證供水的安全可靠性；管網(wǎng)按高日高時水量計算KZ=1.4，管網(wǎng)最不利點(diǎn)服務(wù)壓力(自由水頭)28m。配水管網(wǎng)設(shè)計供水水壓在經(jīng)濟(jì)合理的前提下按最不利點(diǎn)服務(wù)壓力(自由水頭)28m考慮；管網(wǎng)消防校核時，按同一時間發(fā)生火災(zāi)2起，滅火用水量均為45L/s，最不利點(diǎn)服務(wù)壓力(自由水頭)高于低壓消防要求壓力10m；管網(wǎng)事故校核時，考慮輸配水干管發(fā)生事故，全部節(jié)點(diǎn)流量按折減比70%計算，節(jié)點(diǎn)均需滿足服務(wù)壓力(自由水頭)28m。