給排水設計中的輸水方式及管網分區研究

林偉明

深圳市工勘巖土集團有限公司 廣東 深圳 518000

給排水系統作為城市有序運作的基礎，直接關系到人們日常生活質量，所以市政給排水設計要求相關部門及人員對城市用水網絡進行全面分析與科學設計，重視輸水方式的靈活選擇與管網分區的科學設計。因此，為提高城市供水質量，避免水資源的浪費，研究給排水設計輸水方式選擇和管網分區設計要點是必要的。

1 探究給排水設計中的輸水方式

1.1 具體輸水方式

由于當前城市發展、建設水平較高，所以給排水系統結構、部署較為復雜，輸水方式也靈活多變，就目前而言，給排水設計中常用的輸水方式主要有三種，分別為壓力輸水、重力輸水和混合輸水。

1.1.1 壓力流輸水

壓力流輸水方式主要通過施加壓力完成輸水工作，施加對象為水源，使其在壓力的作用下改變位置，以此滿足水資源輸送目的。在該輸水方式下，需要布置相應的加壓設施，多數部署在水源附近，結合當地市政輸水需求和實際情況合理設計、調整水壓數值和相關數據，確保其滿足輸水要求。需要注意的是，壓力流輸水方式下要謹慎選擇管道材料材質，這是因為壓力輸水會給輸水管道帶來一定壓力，為使輸水管道安全、穩定運作，應注重材料的合理選擇[1]。

1.1.2 重力流輸水

重力流輸水主要利用水資源的自重，通過發揮城市地形、地勢優勢特點，讓水源在自重的前提下進行輸水工作，從本質上來看，時間重力轉化為輸送水源的動能。在給排水設計工作中，重力輸水方式要因地制宜，即當地要具備相對應的地勢、地形條件，以此實現水資源的順利運輸。

1.1.3 混合輸水

在當前給排水設計中，混合輸水方式較為常見，簡單來說，這種輸水方式有機整合了重力輸水和壓力輸水，糅雜了其優勢特點，能夠進一步滿足給排水設計網絡、管道基礎、具體需求和實際情況等方面，實現輸水方式的設計優化，設計與輸水流程也更為靈活。

1.2 科學選擇輸水方式

在給排水設計中選擇輸水方式時，應綜合考慮當地的水源情況和地質條件，然后進行公式計算，公式為：Hp=Z1-Z2+h，其中，Hp為泵站揚程，Z1和Z2分別為水源水位和水廠水池水位，h為輸水過程中出現的水頭損失。除了要開展規范的計算工作，還要根據實際情況科學選擇輸水方式，以此增加給排水系統設計的有效性。

1.2.1 長距離輸水方式

雖然我國幅員遼闊、地大物博，從整體上來看具有十分豐富的水資源，但是從地區的角度來看，水資源分布不平均，外加存在不同程度的環境污染問題，可應用水資源處于緊張狀態。因此，為有效緩解地區用水需求，充分供應地區區域用水量，需要采取長距離輸水方式，由于輸水距離較長，因此在給排水設計過程中，需要嚴格落實安全質量要求，綜合考慮不確定因素，以此保證給排水設計方案的可行性。在實際設計過程中，應做好管體結構設計，包括頂管設計、管體部分設計等，以此提升后續給排水工程建設質量，實現水資源的平穩運輸。除此之外，在長距離輸水管線中，往往會存在較多空氣，進而影響輸水效率，因此，應根據實際情況采取相應的有效措施，比如設置空氣閥等，從而提高輸水效率[2]。

1.2.2 山區重力輸水

在給排水設計過程中，輸水方式方面的選擇有可能涉及山區輸水，在該情況下，設計人員應對山區地勢、自然環境和地形等一系列因素進行全面、細致的勘察與了解，以此為基礎選擇合適的輸水方式。山區輸水原理如圖1所示：

圖1 山區輸水原理圖

城市環境與山區環境進行對比，可見山區有著更為陡峭的地形，高度差比較大，可以滿足重力輸水的要求和條件。若是重力輸水管線具有較大的高度差，需要設計相應的減壓閥；若是水區和水源之間的高度差較大，則要合理劃分壓力輸水管等級，并在輸水管線的末級設置泵站，依托于多級別輸水系統確保給排水系統穩定、安全運行。此外，對比分析技術性、經濟性，確保輸水管道增壓方式、加壓泵站所設位置科學、合理。

1.2.3 輸水過河方式

在給排水設計過程中，較為容易遇到輸水管網需要過河的情況，一般出現在特殊地形等場景下，這時可采取兩類設計，一是架空過河，二是河底埋設過河。開展架空過河設計時，應充分發揮現有橋梁的功能作用，即順著橋梁進行輸水管線的鋪設，以此實現輸水管道的架空。但是需要注意的是，橋梁設計、施工均需要考慮受力性能，所以該設計工作最好與橋梁相關作業一同進行，若是條件不允許，則要以橋梁實際情況和水資源運輸需求為基礎，在不影響橋梁受力性能的前提下進行輸水設計，同時根據現行標準嚴格控制輸水管道直徑、尺寸和壓力，從而確保給排水設計方案科學、合理。開展河底埋設過河設計時，主要是將輸水管道設計在合適的河床位置，注重輸水管道材質選用，要具備較強的抗腐蝕性能，避免河水長期浸泡對輸水管道造成的腐蝕和損耗，確保輸水管道中的水質安全。

架空過河方式適合運用于小管徑、運輸量不大的輸水管線，河底埋設過河方式則適用于較大管徑、運輸量較大的輸水管線。除此之外，還要合理設計排氣閥，當輸水管道中的水排放殆盡時，排氣閥會通過大量吸氣避免輸水管道形成負壓，以防止輸水管道的損壞；當輸水管道需要灌水時，排氣閥會通過大量排氣實現輸水管道的快速灌水，因此，作為輸水管道的“呼吸器”，應科學選擇排氣閥，利用合適的排氣閥保證輸水管道安全、平穩運行。通常情況下，最好選用復式排氣閥，依靠其小孔能夠將輸水管道長時間運作后形成的積氣排出，實現對管道氣體的快排和快吸。

2 研究給排水設計中的管網分區要點

2.1 科學明確區域邊界、階層

在開展給排水設計工作時，應明確管網分區的影響因素，主要是城市供水的地形高度、住戶所需以及供水廠供水能力等，所以，在開展管網分區設計工作時，應綜合考慮眾多影響因素，科學劃分管網區域邊界。比如，在開展給排水設計工作時，確定管網分區方案的同時選定管網邊界區域，并對已經選好的區域進行階段性劃分，結合當地現有的輸水影響因素制定合理的管網分區方案。為確保方案質量，設計人員應充分了解整個區域的建設情況，以此為方案制定奠定良好基礎。

在選擇區域系統階層數量時，設計人員應把握以下幾個階段的作業要點，分別為：第一，合理化分配水資源；第二，改壓體制和空壓減漏。多數情況下，供水分區階段分類的決定基礎是給排水管的投資額，但這導致不同規模供水分區的出現。因此，在階級數量實際選擇過程中，給排水設計人員要在全面考察當地環境后，分階段完成各項工作[3]。

2.2 確定規模和管網邊界

在滿足區域用戶用水需求的前提條件下，給排水設計人員應對管網布置長度進行嚴格控制，工作中盡量減少其長度，以此實現對管網水壓的有效把控，進而降低甚至避免因管網壓力過大帶來的管網事故，并實現低壓供水設計目標。在規模確定過程中，給排水設計人員應對城市供水高差、地形等因素進行充分考慮，相對準確的掌握輸水管道的損失，以及工業用水量的實際情況，立足于管道流量損失率的分析結果確定其具體規模。除此之外，綜合考慮工業用水情況，準確記載水的流失量和流入量，并結合當前時代特點，有效結合計算機技術，設計與后續建設過程中不得對制定出的《總體劃定》進行隨意更改，同時加快當地綠地建設，連接和貫通城市內外綠地，從而實現區域規模的有效、準確劃定。管網邊界的確定定需要考慮當地的地質、地形條件、來水廠的供水能力、用戶的數量以及水壓分界線等因素，在綜合衡量、有效設計后科學合理的設計管網區域邊界，以此在最大程度上有效確保管網邊界能夠符合當地的用水特點和地市情況，同時也能夠從根本上有效減少市政供水的投入成本，充分實現經濟的可持續發展。

2.3 確定進水位置、進水點

在確定進水位置和進水點時，應圍繞供水穩定性目標，在合理的情況下盡量減少進水點數量，從目前發展現狀來看，進水點主要分為兩類，一是單點進水，能夠很好的控制進水位置，二是多點進水，能夠為事故多發區用水安全提供保障。若是區域較小，那么小范圍的進水點數量就可以控制在2個，一方面確保進水位置控制良好，另一方面為防止突發事件，及時滿足較大用水量需求，以此滿足用戶用水需求和后期維護需要。除此之外，為降低意外事故的發生概率，應加大力度開展安全設計與建設，定期測量水壓情況，確保其流量和壓力控制滿足運輸標準，需要注意的是，測量范圍要保持在進水點數目的區域中。由于單點進水是水壓控制工作的最佳時期，所以在進水點構建過程中，其數量要比區域內最小范圍要少，同時落實規范的水利模型模擬實驗，從而保證進水點位置、數量的科學合理性。

2.4 完善分區方案

在對分區方案進行完善時，設計人員仍需要對當地特定環境、地勢特點等實際情況與需求進行綜合考慮，合理優化管網分區，降低整體成本。在具體完善過程中，應從多個角度進行，包括輸水管道，排水管道和閘斷等方面的設計，為保證供水安全性，優化設置管網分區方案，尤其是相關技術。除此之外，落實合適的植物配置設計，注重其季節性和層次感，盡可能配置好灌木和開花類植物等等，同時要關注層次變化的舒適性；植物布置可配合景觀構筑物，使植物配置的可觀性和靈活性得到充分提升[4]。

在降低分區方案整體成本時，應從三方面落實工作，分別為給排水管道年造價、泵站年造價和管網動力費用造價。在對給排水管道年造價進行分析與控制時，應立足于管道運營過程中需要落實的具體工作，比如每年開展的大型檢修，這設計土石方開挖費用、這就費用以及路面恢復等其他施工費用，其中，還與管道長度、段數等因素具有密切關系，因此，應充分結合管道使用、運維情況，從而合理選擇給排水設計的造價方案，增強分區方案得到技術經濟性。針對泵站的年造價，其主要由壓力泵站、相關設備折舊等構成，與壓力泵站供水量、大修費用具有密切關系。管網動力費用造價主要是提高水的克服管道摩擦上面，這些都可以在加壓泵站的揚程上具體體現出來。

2.5 應用節水設施與設備

在給排水設計工作中，水資源的節約應從三個方面進行考慮，分別為水資源使用量的減少、用水效率的提高以及水資源浪費的有效防控，在實際設計過程中，應對新型給排水、節水設施以及避免浪費等方面著手，系統地考慮市政管網的節水技術。

由于輸水方式和地形地貌、地區供水能力之間存在相互作用關系，所以應充分發揮輸水方式的優勢特點，在滿足輸水需求的基礎上合理設計應用節水設施與設備，并將其后續建設、運維費用降至最低。具體而言，設計疊壓供水，相較于傳統供水方式，這一供水設施不涉及蓄水池的設計使用，其劣勢得到有效解決，降低給排水工程設計、建設成本的同時，實現低壓供水，還能夠充分利用現有供水廠、一體化供水系統的功能作用，以此規避資源二次污染。不僅如此，更為有利的是疊壓供水還能夠促成封閉循環系統，即自來水廠管路、用戶管路，若是當地條件允許，還可以充分發揮地熱能的功能作用，將其作為熱水生產的能源基礎，從而有效降低設計、施工及后續運營成本，充分利用了項目能源，為達到節能減排，保護自然環境，創造了良好的條件。除此之外，還應積極引進新型節水設備，優先使用具有較高水平的節能環保功能的節水設施與環保材料，從而利用新工藝、新材料優化管網分區整體設計。

3 結論

綜上所述，輸水方式的靈活、合理選擇以及管網分區的科學設計作為給排水設計工作中的重要組成部分，對后續施工、管道使用等方面具有安全質量、節能環保方面的影響。為切實滿足區域內的給排水需求，輸水方式應對當地地質地形條件以及輸水需求進行綜合考慮，節約項目成本的同時充分發揮自然優勢，管網分區設計要做好年費用計算，依托于相對準確的技術經濟對比和當地環境需求做出最后設計決定，以此滿足供水、輸水需求，提升給排水設計的科學合理性。