市政给排水设计中输水方式的选择及管网分区探讨

陶丹

北京中铁生态环境设计院有限公司 北京 102600

给排水输水方式和管网分布是各要素组成的复杂系统，其最终目的就是要在保证健康水质以及水量流通的前提之下，提高水资源的利用率，这需要投入大量的人力、物力以及财力资源，同时要求各环节负责人通力协作，保质保量地完成工作任务，这样才能不断促进城市建设的良性运行。如今，越来越多城市对市政给排水的关注重心逐渐发生了改变，科学的给排水设计不仅涉及到城市美观性和实用性问题，同时还要综合其他各个相应细节的问题。

1 市政给排水设计的主要内容

1.1 给水系统的设计

我国水资源贫乏，加上我国城市化进程的不断加快，很多城市都面临着水资源供应不足的现象。因此，在市政给排水工程的设计过程中，不仅需要确保城市水资源的利用效率能够有所提升，同时还需要做好水资源的回收再利用工作，从而有效节省水资源的消耗应用。这就需要相关的设计人员从实际情况出发，能够实现对雨水的储存、回收和利用。对于水资源消耗量较大的活动，可以安排在雨水充沛的季节进行。在水资源比较匮乏的情况下，则尽量开展一些非用水项目。由于城市的水资源往往分布不均衡，这就需要根据城市的实际发展情况做好预估工作，进而对水资源进行合理分配，以保证城市水资源供应的均衡性。

1.2 排水系统的设计

城市每天都有极大量得生活污水需要排放出去，不然将会严重影响到城市的正常发展。为了将排水设计工作做得更好，需要做好以下几个方面的工作：第一，需要根据实际的生产和生活排水需求进行市政排水系统的设计，另外还需要将防洪排涝设计考虑在内，对于防洪排涝的设计标准要高于十年一遇的标准。第二，需要做好污水的处理工作。这就需要在进行规划的时候，对城市的污水处理能力进行综合考量，并且运用现代化的技术实现对污水的处理再排放，以实现节能环保的目的。第三，为了确保城市的排水系统能够满足日常的污水排放需求，还需要做好污水的核算工作。为了确保污水核算的准确度，在落实核算的过程中，需要运用图形测量的方式来对相应的排水管道的管径和坡度进行测量。第四，还需要做好相应的节水工作。

2 市政给排水设计中输水方式的选择

2.1 输水方式合理选型

城市给排水工程以及管网系统非常的复杂，涉及很多方面的影响因素，因此实践中应当科学选择输水方式，才能提高给排水效率。城市建设过程中的给排水输水方式选择时，应当对市政工程建设布局和市政建设用水实际情况相结合，二者不能出现脱节。目前，国内市政给排水工程项目建设过程中，最常用的输水方式有三种，即压力流、重力流和混合型三种输水方式，具体分析如下：

第一，压力输水型。该种类型的压力输水方式在现阶段市政工程项目建设过程中应用非常的广泛。从原理层面来看，其主要是通过对给水源施加压力使其水位提高，从而实现水源输送之目的。从应用实践来看，若采用压力输水法，则需在水源周围建设加压设施，同时还要全面考察输水情况以及客观需求等，优化整合以及科学设计水压数值。值得一提的是，压力输水方法的应用，对输水管道会产生压力，实践中应当合理选择输水管材，以确保输水管道运行安全可靠性。

第二，重力输水型。市政给排水工程施工建设实践中，给排水管道网络系统对于城市供水而言非常重要，实践中应当充分利用各地区的地势条件，有效发挥重力作用，即重力输水。该种方式本质上就是将重力变成输水动能，在现代市政工程给排水系统设计过程中选择重力输水法，对城市的地形条件有较高的要求。

第三，混合输水型。顾名思义，市政给排水系统设计时采用的混合型输水方式，实际上就是上述两种方式的优化组合应用，即结合地形地貌，采用合理的压力输送水源方式，实现综合供排水。

2.2 合理选择输水方式及注意事项

基于上述三种类型的水源输送方式分析可知，在选择输水方式时应当坚持因地制宜的原则，采用高效方式输送水源。在具体选择输水方式时，应当充分考虑以下两个因素，即坡度、距离。市政给排水工程建设时，应当注重水源直线输送距离的计算，全面分析输水时坡度对其重力产生的作用和影响，结合多方面的因素合理选择最佳输水方式。值得一提的是，选择好输送水源的方式以后，还要注意以下几个方面的事项。

第一，过河法。市政给排水系统设计时，如果需要输水管网过河，则应当考察管道输水压力及其重力情况，优选管道型号以及材质，对输水设施的实际利用情况全面考虑。首先，架空过河。输水管线布设时，进程会跨越复杂的地带，比如过河。针对该种情况，笔者认为应当对输水管道架空过河进行优化设计，输水管道架空过河时需借助桥梁对管线提供铺设作用，以顺着桥梁为宜，从上方通过并对输水管道进行架空。在优化设计输水管道架空过河方案时，应当准确把握输水管道尺寸，特别是其直径、管内压力等，坚决避免对桥梁受力性能产生不利影响。

第二，河底埋设过河。实践中，将输水管道在河床上的适当位置合理埋设，确保输水能够顺利过河。输水管道河底埋设过河过程中，最为关键的是应当选择抗腐蚀性能良好的管道，以免长期浸泡影响管道输水效果和质量。

第三，合理选择排气阀。排气阀是输水管道的重要设施之一，其对管道输水质量和效率所起的作用不可小觑。比如，输水管道内中水快要排尽时，排气阀就会大量吸气，以此来避免管道因负压而受到损坏。如果输水管道需灌水，则排气阀大量排气，可以实现快速灌水。

2.3 长距离输水

我国水资源分布不均，城市给排水系统设计难度较大，部分城市甚至不具有安全无污染的水源。对于上述城市而言，在市政给排水系统建设过程中，应当对长距离输水进行综合考量。目前国内最为典型的长距离输水项目即南水北调，工程建设投资较大，而且技术性和安全性要求比较高。长距离输水过程中，管线内会产生大量空气，不仅影响输水效率，而且不利于安全输水。为此，实践中应当采取针对性措施，有效解决管道中存在空气的问题，比如对空气阀布设位置进行综合权衡[1]。

3 市政给排水设计中管网分区的选择

3.1 管网系统架构

就目前国内市政给排水系统而言，管网设计过程中应当根据实际需要划分层级，并且由主管线逐级向下递减。具体而言，可将首层管网系统根据其功能要求确认为一级管网，二层与三层级管网设计是为了改压、减漏以及空压等。目前国内多数城市给排水系统建设过程中，管网分布一般都保持两个层级数，层级数的确立依据与市政供水管网造价与规模等关系密切。

3.2 管网分区的方案流程要确定

首先应该严格按照我国市政工程管网系统的阶层、各个阶层的使用功能等对管网区域范围内的阶层数进行确定，并且与当地市政给排水管网的投入资金相结合进行成本划分。其次将管网区域和建设规模确定出来，将其与供水区域的地形特征和进水点所在位置等有效结合，科学合理的计算水头损失，并且合理运用节能技术，尽可能使用低压输水方式。最后不断优化和调整区域管网分区的方案，将其与现有的节能技术相结合。

3.3 管网系统的阶层要确定

在对管网系统进行选择设计时，还需要考虑城市的实际发展情况，从而保证所设计的管网系统阶层与城市的实际发展情况相吻合。一般来说，城市管网系统的阶层设计往往会参考管网系统的功能，进行第一阶层管网的系统设计。而对于管网系统中的空压、改压及减漏等方式的设计，则往往在第二或者第三阶层管网中应用。就我国目前的情况而言，我国城市市政管网系统的阶层数确定为两个，这也是结合我国城市的实际情况而定的。

3.4 管网区域边界和进水点要确定数量

在对管网系统的阶层进行确定之后，需要根据实际情况对管网区域边界和进水点进行合理地设计。由于在实际的设计过程中，会存在地形地貌方面的差异，并且不同地区的用水量和供水参数也会存在差异，这就需要确保所进行的管网边界设计的科学合理性，确保管网边界的设计既能够符合当地的地形特点以满足用户的实际用水需求，同时还能尽可能的减少市政供水的设计成本，从而促进城市的更好建设与发展。至于进水点的设计，需要根据实际情况对进水点的数量进行严格控制，既要尽可能少的设计进水点，但必须要保证城市供水的稳定性。一般来说，在大部分的区域中可以采用单点进水的方式，这样有利于对当地的水压和水量进行更好地控制[2]。

3.5 输水管理方案的优化

在设计市政给排水系统时，管网设计是关键，而且也并非一蹴而就的事情。通常情况下，在初步分区方案成型以后，设计人员与决策人员应当对比分析方案，利用计算机辅助技术手段模拟实验，并且深入挖掘设计方案中的问题。通过上述步骤，对各分区输水方案进行细化，在此过程中涉及很多的元素和影响因素，比如输水管道、闸断设施的设置等。同时，还应当严格控制建设成本，其主要部分是指市政给排水系统管线材料和成本，管材成本源于所用的管道材料和长度、横截面积等。实践中应当进行科学合理的规划设计，采用性价比最高的管道材料，尽可能缩短管线，只需满足正常安全输送水源即可。在此过程中，还应当采用先进的技术手段和方法，比如叠压输水方法以及先进的节水设施等，这有利于降低水资源输送过程中的资源浪费，而且有利于水源与终端水用户之间的无缝链接；输送水源在内循环系统中运行，淘汰了以往的蓄水池储水设备，避免出现水资源的二次污染。

3.6 合理设计市政给排水管网分区的规模

水压的平衡是市政给排水管网分区设计的切入点。平衡水压的目标是在满足城市居民用水需求的同时，把排水系统的风险降低到可接受的最低水平。因此，排水系统的设计应该从节水因素出发，采用低压形式避免水资源的浪费。同时，管网分区规模对于科学排水也发挥着十分重要的作用。在多种条件的限制下，工作人员要事先勘察施工地区的地形地质条件，在符合施工要求之后充分考虑人力、物力以及财力资源的投入，有针对性地制定出实用的管网分区规模[3]。

3.7 提升市政给排水设计中管网分区的施工技术

市政给排水系统并不是一朝一夕的工程，为了尽可能地降低风险、节约水资源，必须要提高施工人员的技术水平，要求持证上岗，且必须具备与职位相符的技术资格，同时加强对施工项目的检查与考核，对施工的效果和存在的问题不断进行修改和调整。对施工所用的各种设备也要特别重视，杜绝因设备老化、仪器损坏而造成的损失。除此之外，人工挖掘时要加强对施工流程的分析，根据不同情况选取合适的方法，突破自然因素的限制，使排水设计的效率达到最大化[4]。

4 结语

总而言之，随着社会的不断发展，城市的规模会越来越大。在这样的背景下，做好市政给排水的设计工作是保证人民生活质量水平的基础和前提。所以作为相关部门，应该对市政给排水工程的设计与建设给与足够的重视。在实际的设计施工过程中，需要充分结合当地的实际发展情况，选择最佳的输水方式和管网分区设计，由于市政给排水的输水方式和管网分区是一项长期的复杂工程，涉及的领域极其广泛，需要综合考虑方方面面的因素。特别是近年来，越来越多的城市都在探索更加高效的市政给排水模式，根据施工情况的变化以及检查过程中发现的问题进行针对性的有效调整，及时弥补缺陷，加强管理，规避意外风险带来的排水系统运行的不确定性。