Excel在农村饮水工程设计管网水力计算中的应用

于成科 姚彩升 杜建君

摘要：利用Excel软件进行函数分析、计算、统计和处理，进行饮水工程管网的水力计算，可使管网水力设计表格化，提高了设计的速度、设计质量。

关键词：Excel 管网水力计算

管网水力计算是人畜饮水工程设计中的重要环节，主要是根据最高日用水量，确定供水管网各管段的管径，求得通过设计流量时的水头损失、管网总需水头，然后确定水泵所需的扬程和水塔应有的高度，以满足用户对水量和水压的要求。它在人饮工程设计中，占有十分重要的地位。管网水力计算正确与否，管径、水泵选配是否科学，直接影响到工程造价和运行费用的高低，进而影响到供水质量。目前，管网水力计算需要人工进行大量的、反复的函数运算，计算过程繁琐，不但费时、费力，而且精确度不高。

笔者针对这一问题，在近几年实施的农村人畜饮水工程中，探讨、应用了Excel进行饮水工程设计管网的水力计算，使得管网设计表格化，极大地提高了设计的速度、设计质量，收到较好的结果。

1.Excel功能与特点

Excel是微软公司专门为制作表格设计的软件，它既可以方便灵活地创建表格，存储数据，并能对其中的数据进行函数分析、计算、统计和处理。

利用Excel的编辑、函数分析及运算功能，建立同一工作表内单元格及不同工作表之间的链接，极大地提高了计算的速度和计算结果的准确性、精度，使管网水力计算更具合理性，同时减轻了人工计算的劳动强度。再者，生成图表美观，可读性强，易修改。

2.设计示例

现以沂南县辛集镇镇常胜村饮水工程设计为例，进行简要说明。

常胜村座落于沂南县东部长虹岭贫水区，区域地质为紫色砂岩。受特殊地理环境的影响，人畜饮水困难。二0一0年，该村实施了人畜饮水工程。工程经多方案分析、论证，确定在村南打机井一眼，以此机井为水源，采用变频直供方案，自来水到户。设计中，根据临沂市饮水办公室的规定，人均日供水量40升，大小牲畜、农业用水不予考虑。

2.1计算公式：

2.1.1设计人口：P=P0*（1+r）n（人），设计年限20年，人口自然增长率0.8%。

2.1.2最高日用水量，Qmax=Kd*P*Q（m3/d），人均日用水Q取40l/d；Kd日变化系数，根据规定取1.4

2.1.3配水管网设计流量：Qc=Kn*Qdmax/Tc（m3/h），Kn时变化系数，取2.5；Tc供水时间，取12小时。

2.1.4人均供水量pi=Qc/P0=0.00379（l/s）

2.1.5内径公式D=（4Q/πV）0.5（Q：m3/h、V：m/s）

2.1.6单位长度水头损失I：I=0.000915Q1.774/D4.774（Q：m3/s、D：m）

沿程水头损失hl=I*L（m）

总水头损失hf=1.1*hl（m）

2.1.7水力坡降：i=H首-G末-P末/KL，D=17.731θ0.3716/i0.2096

式中H首：与干管相连节点水压标高，G末：支管末端地形标高，P末：支管末端自由水头（取6米），K：考虑局部水头损失系数。取1.1，L：管道长度m，D：管道内径mm，θ：流量l/s。

2.2需处理的几个问题：

2.2.1根据村居住的情况、水源和地形特点，确定控制点，进行主支管道的布置。

2.2.2结点为与主管道连接的点，节点为与用水户连接的点。

2.2.3流量计算中，人口按照就近的原则分配各支管，主管不进行人口分配。节点流量计算，支管上游部分结点分摊30%，下游部分节点分摊70%。

2.2.4控制点自由水头取6米。

2.2.5经济流速取值在0.75-1.5m/s之间，兼顾前后所选管径。

2.3水力计算表格

利用Excel建立基本情况、节点出流量计算、干管水头损失计算、节点水压标高与自由水头计算、配水支管的水力计算等表。各表格之间及每个表格的内部相互联结，由公式进行编辑计算，只要完成基本情况表，整个管网计算即可完成。

管网水力计算完成后，根据机井的动静水位，考虑机房内水头损失，计算水泵总扬程。根据管网设计流量（机井涌水量需大于管网设计流量，當小于管网设计流量时，以机井实际涌水量为设计流量）和水泵总扬程，选配潜水电泵及电器设备。

2.4土建工程（略）

2.5工程预算（略）

3结语

利用Excel进行管网水力计算，可以提高管网水力计算的速度和计算结果的精度，实现管网水力计算的半程序化，加快设计的速度。沂南县饮水办公室利用Excel进行了管网的水力计算和饮水工程设计，在短的时间内完成了设计任务，取得了很好的效果。

（作者单位： 276300 山东省沂南县辛集镇水利站、沂南县水利局、沂南县水利局）