浅谈农村供水管网的合理设计

2011-04-14郝今

陕西水利 2011年2期

郝今

（湖北省宜城市水务局湖北宜城 441400）

保障农村饮水安全，让群众喝上干净水、放心水，对促进农村经济协调发展,建设和谐社会和建设社会主义新农村将起到十分重要的作用。农村供水管网的勘测、水力计算和管型选择，是影响农村饮水安全工程运行和投资的重要因素。笔者以近几年从事农村饮水安全工作的经验体会，谈谈供水管网的合理设计。鉴于目前管网水力计算理论比较成熟，计算公式已编入各类教科书、规范中，因此不再赘述，本文仅从实践角度来与大家共同探讨。

农村供水管网设计主要依据《村镇供水工程技术规范》、《室外给水设计规范》、《给水排水设计手册》、《给水排水工程管道结构设计规范》等，并结合当地地理、气候特点及运行规程等实际情况，从技术科学性、经济合理性及安全可靠性出发综合考虑，进行设计。农村供水管网的设计内容主要包括管网勘测、管道水力计算、管型选择等。

1 管网勘测

农村供水管网的勘测是管网设计的基础，勘测的管网线路应使整个供水系统布局合理；尽量缩短线路长度，少拆迁、少占农田；尽量满足管道地埋要求，避免急转弯、较大的起伏、穿越不良地质地段，减少穿越铁路、公路、河流等障碍物；充分利用地形条件，优先采用重力流输水；施工、运行和维护方便；考虑近远期结合和分步实施的可能。

1.1 管网勘测的内容

勘测的内容主要包括各节点高程和位置、管线长度等，对数据误差要控制在一定范围内。另外各居民点的人数（包括学生人数）、企业用水量等亦要收集数据。

1.2 管网勘测的方式

节点位置、管线长度等是构成管网图的基础，可用人工勘测或用GPS卫星定位勘测的方法。

人工勘测一般采用测绳测量线路长度，逐一记录，此方法较准确但效率低，另外采用此方法绘出的图难以准确反应各管段、节点的方位。

采用GPS卫星定位测量，测量精度一般1km误差能控制在15m以内，能满足要求，且效率高，该方式测出来的管网图能准确反应各管段、节点、分支点的分布方位，便于与实际地形比较。一般普通手持式GPS定位仪即可。

1.3 管网勘测的方法

进行管网勘测前应先绘制项目区草图，草图可联系项目区各村或乡镇熟悉情况的人员绘制，应将各居民点、分支点和关键点位置标出来，然后按草图逐点、逐线勘测，绘出初步管网图。项目区居民点人数和企业用水量可根据乡镇年报和实地调查确定。节点高程可根据万分之一地图查得，或用高度仪测得。

初步管网图需要进行复核，最好能与万分之一地图进行核对，以求数据准确、线路布置合理。对于线路关键点如穿路涵洞、过沟渠桥梁等应详细记录。复核好后便得到确定的管网图基础数据。

对于采用GPS卫星定位测量的数据可用GPS配套软件将测量数据导入电脑，再导出成CAD数据，经过加工后便得到CAD版管网图基础数据。

2 管网水力计算

管网的水力计算是按照水动力学中有压管理论与方法进行计算，其任务是确定管道的沿程水头损失和局部水头损失，进而求出节点自由水头和水压线标高，最终确定出各管段的合理的管径。设计时，可根据计算公式，分段进行水力计算。本节对于计算公式不再赘述，仅从实践角度探讨一下管网水力计算的方式和修正。

2.1 管网水力计算方式

管网水力计算方式目前主要有三种，分别为手算、电子表格计算、程序软件计算。下面逐一进行介绍。

2.1.1 手算

手算即将管网的水力要素用笔算或计算器计算出来，该方法计算效率低，且容易出错，一般在条件受限且管网较简单时使用。

2.1.2 电子表格计算

Excel作为目前最常用的电子表格软件，其主要特色就是既能按预设的公式进行计算，又能运用各类Excel函数对数据进行选择、条件判断等，并能排版为表格直接复制到word。其计算效率高、出错率基本为零，特别适合做管网计算这类重复性计算。如用预设公式能根据管道流量、管径、管长等参数直接计算出管段水头损失，用“IF”函数可实现选定管道外径及压力等级时自动确定内径。但该方法尚不能完全自动，比如当管网改动后，需重新建立主管道、分支管道逻辑关系才能重新计算控制点自由水头、大用户配水流量分配等。

2.1.3 程序软件计算

管网水力计算亦可编写程序进行计算，语言有多种，如 C、Fortran、VB、VC++ 等，但若不能自动建立管网中各管段的逻辑关系，则其功能基本和电子表格相似。目前已有能够自动建立管网中各管段逻辑关系的专业管网计算软件，通过在软件内绘制管网图即自动建立各管段逻辑关系，然后自动计算管段水头损失、节点自由水头等水力要素，并将各类水力要素自动标于管网图上。使用专业管网计算软件能够大大提高设计工作效率。但熟练使用专业管网计算软件需要相应的专业知识和实践经验辅助，并受到资金、运用条件等限制，目前专业软件普及范围有限。

2.2 管网水力计算修正

目前管网水力计算理论比较成熟，但笔者根据实践发现尚需对计算好的管网进行适当修正才能最终确定管网参数。

管径计算中若完全照搬公式计算，则会在小管径部分产生偏移。如进入一个100人自然村的分支管道，在供水压力较大的情况下，根据公式可能计算出分支管道只需用DN25mm甚至DN20mm的管径。这显然与实际情况不符，因为一般入户管道需要DN25mm（或DN32mm），那么100人的自然村按25户计算所需分支管道则肯定要大于DN25mm，一般为DN40mm（或DN50mm）。

进入寄宿制学校的分支管道，一般需将正常计算出来的管径增大一至两级。因为寄宿学生作息时间非常规律，所以用水时间段特别集中，这就相当于时变化系数要大于工程中所用的，如果仍按照工程中所取的时变化系数计算则管径偏小，将会供水不足。因此进入寄宿制学校的分支管道管径应参考供水压力、学校规模、学校楼层高度并适当放大时变化系数综合确定。实际上小分支管部分由于用户较少，偶然因素大，其时变化系数也应适当放大。

在分支管道修正中应适当考虑水压平衡问题。对于地势较低、自由水头较高的居民点，可适当减小分支管径，一是避免浪费，二是可以避免与自由水头较低的居民点“抢水”。反之可适当增大分支管径。

3 管型选择

目前给水管的类型有多种，各有优缺点。下面列举部分常用的给水管类型供大家参考。

3.1 常用给水管型介绍

PVC-U管：是以卫生级聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料。具有重量轻、刚性好、耐腐蚀、水流阻力小、造价低、使用寿命长等优点。安装采用粘胶连接和胶圈连接，比较方便。缺点是韧性、抗冲击性能差，易产生脆性破坏，需要在运输、安装过程中多加注意。该管型运用历史悠久、技术成熟、配套完善。

PVC-M管：是PVC-U型号的改进型，除了具有PVC-U管道的优点外，它增加了材料的延展性和抗开裂性，具有良好的韧性和高抗压能力，能更有效地抵抗点载荷、地基不均匀沉降和抗水锤能力。其吨价比PVC-U要贵10%～20%，但由于PVC-M管比PVC-U管同压力等级的壁更薄，故同压力等级的PVC-M管更便宜。目前在农村供水管网中推广迅速，运用广泛。

PE管：是由单体乙烯聚合而成。具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、韧性好、使用寿命长等优点。安装采用热熔连接，接头强度强于管材，安全可靠，但需要电源，施工较不方便。PE管道具备独特的柔韧性，其断裂伸长率均超过500%，弯曲半径可以达到管道直径的20～25倍，还有优良的耐刮伤痕的能力，可靠性高，目前主要在市政管网中应用较广。造价一般比PVC管贵40%以上。

PPR管：又叫三型聚丙烯管，具有重量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等特点。价格高，不能弯曲施工，是目前家装工程中采用较多的一种供水管道。

此外还有铸铁管、钢管、砼管等，由于易生锈、不卫生、水流阻力大、安装不方便等缺点在给水管领域已逐渐被塑料管所取代，但在过沟、渠、道路等特殊地段或受条件限制必须明设时仍会使用到。

3.2 给水管型选择

选择何种管型要根据各种管型的特点以及安全可靠性、投资、施工方便程度等方面综合考虑。下面根据笔者近几年的经验总结，与大家探讨如下。

3.2.1 安全可靠

给水管是有压管，一旦漏水爆裂将会给供水厂和用水居民造成损失。管材应能经受得起振动冲击、水锤和热胀冷缩等，并经受时间考验，不会漏水、不爆裂。这就需要所选择的管型要有良好的各项性能，对于同种管型也要对比不同厂家，选择质量合格的产品，严格禁用次品。

3.2.2 经济性

在满足使用安全可靠的前提下，管材价格就成为一个重要因素。如果工程投资较宽松，就可以选择稳定性高的管型，同类管型也可以选择更高压力等级的以提高可靠性。如果工程投资较紧张，则可以选择价格相对便宜的管型，以求达到较高的性价比。

3.2.3 便于施工

供水管网施工也是选择管型时必须参考的一个因素，它在某种程度上也影响了工程造价，需要根据供水管网施工现场地形、地貌等因素综合考虑。地形特别复杂地段可以采用柔韧性能好的PE管，小管径PE管甚至有盘管（300m/盘），避免了采用不能弯曲的PVC管时频繁使用弯头变弯、频繁接头等，节约了安装费。PE管接头需用电热熔焊机来连接，要求施工条件和施工队伍素质更高。