市政给排水设计中的输水方式及管网分区

2021-03-30师凤丽薛杰仁

建材与装饰 2021年10期

师凤丽，薛杰仁

（1.山西省城乡规划设计研究院工程设计中心，山西太原 030001；2.天津城建大学，天津 300380）

在国内经济高速发展的影响下，城市化进程正在不断深入，而且城市居民的用水量也在不断增加，所以市政给排水系统正面临着前所未有的压力。为了更好地满足城市居民的用水需求，需要在市政给排水设计工作中下足功夫、推进其创新改革。具体来说，应当从供水方式选择和管网分区这两个方面着手推进相关细节工作的创新改革，进而保证市政给排水系统的安全稳定运行、提高实际供水服务质量。需要注意的是，输水方式选择和管网分区这两个方面的工作也会直接影响给排水工程的实际造价，而这一特点也说明了关注这两部分工作的重要性。

1 市政给排水设计中输水方式的选择分析

通常情况下，市政给排水工程主要由3 个子系统组成：①供水系统，具体包括生活用水水管、消防用水水管和泡沫消防管道；②排水系统，具体包括雨水排水管、生活污水排水管、生产污水排水管；③循环水系统，具体包括冷却水给水管和冷却水回水管。在上述三种组成要素的作用下，市政给排水工程承担了收集输送雨水、向居民供给生活用水、净化处理污水的任务。

1.1 输水方式种类

根据输水方式的动力差异，我们可以将输水方式分成3 类：①重力输水。简单来说，这是一种利用地势差让水在重力作用下产生水流，进而完成输水作业的输水方式。通常情况下，这类输水方式大都被应用到了水源地地势较高，而且用户分布存在高度差异的区域。重力输水对输水区域的地理环境拥有非常高的要求，所以说它并不能完成所有城市的供水任务，实际应用范围比较有限；②压力输水。这种输水方式是相对于重力输水而存在的，因此这种输水方式比较适用于地势较为平缓，而且水源地地势较低的区域。基于上述情况，由于水流无法将重力转化为输水动力，想要完成输水作业就必须要对水流进行加压处理，进而为管网中的水流提供输送的动力。需要强调的是，虽说压力输水基本可以摆脱输水区域的地理环境限制，但它对于输水管道承受力以及管网压力却有非常高的要求，而这方面的特点也在很大程度上限定了其使用范围；③综合输水[1]。这里所指的“综合输水”主要指的是重力与压力相互结合的输水方式，通常适用于地理环境相对复杂的输水区域。在这部分特殊区域，单独依靠重力输水或是压力输水都无法满足输水需求，所以需要通过两种输水方式联合应用的工作模式来降低输水成本，增强输水效果。与前两种输水方式相比，综合输水方式的适用性、灵活性更强，因此其应用范围最广。

1.2 具体输水方式的选择

在设计市政给排水工程时，对于输水方式的选择通常是以水源地或是输水管网所在地的地理特征为参考来完成的。在此基础上，还需要遵循“成本最优化”以及“因地制宜”的原则。具体来说，如果城市的所在区域为山区，那就宜用重力输水法，采用这种方式可以发挥山区的地理环境优势，进而降低输水成本。如果城市的所在区域为平原地区，那就宜采用压力输水法或是综合输水法完成具体的输水作业，如此才能在保障给排水系统安全稳定运行的基础上节约输水成本。

2 市政给水管网分区方案的确定分析

结合实际工作现状分析，眼下市政给排水设计中涉及的管网分区工作中依旧存在诸多问题，而这也造成了相关供水区域的供水质量下降。由此着手分析，设计人员需要提高对于管网分区工作的关注度，认真做好这方面的设计工作。在设计管网分区时，需要严格参照现行的行业规范并紧密结合特定城市的发展规律，之后还应当做好对于现有管网系统的分区管理，进而营造出分区供水与管网相互独立的管理格局[2]。现有的设计经验证实，规划好管网分区有助于控制特定分区内的供水水压，进而提高供水质量，而在实际设计工作中需要重点关注以下问题：

2.1 选择区域系统阶层数

划分各个分区的功能是确定管网分区方案时首先要完成的工作。通常情况下，应当将“合理分布管网”设定为第一阶层的功能，进而将空压、减漏、改压、提质设定为第二和第三阶层的功能。需要注意的是，国内各大城市的市政给排水管网系统大都只有两个阶层数，确定实际阶层数的标准是供水管网或给排水工程的规模以及整体工程的投资建设成本。

2.2 划定区域规模

划定区域规模主要是为了保证供水稳定性，进而满足用户的用水需求并且让管网内各个用水点的水压都可以保持平衡。此外，划定区域规模还能够降低工程施工阶段的安全事故发生率，并且降低供水管网的耗损水量，对此需摆正认识。首先应当考虑好供水区域的地形及高度差。其次要考虑好区域内进水点的位置以及需水量较大的用户的分布情况。最后需要考虑主线管道的管径流量以及管网造价[3]。此外，为了便于后期对供水方案进行修改完善并优化整体市政给排水工程，还应记录好特定时间段内主线管道的流量及漏失量。

2.3 确定进水管位置及进水点数目

为了提高实际供水的可靠性，需要确定好进水管的位置与进水点数目。实际设计工作中，需要以保证供水稳定性为基础尽量减少进水点。如果是对普通城市区域的供水，则应当尽量使用单点进水模式，主要是为了降低水压及水流的控制难度，一般根据实际水压情况来确定进水管位置。如果供水区域的情况相对复杂，而且经常出现供水故障或是事故，那就应当借助于多点进水模式来保证供水安全性和可靠性。通常情况下，设计人员大都会将供水区域的进水点设置为两个，这样做既可以控制好水压与实际供水量，又能够在发生故障及事故时降低维修难度，保障供水区域内居民的正常生活。需要注意的是，上述经验并不适用于所有情况，如果想要用科学的方法确定进水管位置和进水点数目，就必须要结合供水区域的实际情况开展水利模拟实验。

2.4 划定管网区域边界

实际工作中，在划定管网区域边界时需要重点考虑以下因素：①供水区域的地形地貌特征；②水源和用户的地势差，实际供水参数。只有对上述因素进行系统、全面的分析才能够确定具体的管网边界，进而高效、稳定、有序地完成管网的建设工作。

2.5 对方案进行优化整合

完成上述工作后，设计人员需要加强对于管网分区方案的分析。期间，应当结合特定供水区域的实际情况来通过模拟实验验证方案的合理性，之后应当对经过模拟实验后发现的问题进行分析解决，进而对整体方案进行优化改革。笔者认为，这一环节的优化改革既需要囊括供水管道的设计，又应当涵盖闸断等细节位置的方案设计与实施。

在对管网分区方案进行优化整合时，设计人员除了要关注技术方面的问题，还需要加强对于管网分区以及整体给排水工程设计施工的成本管控。市政给排水工程的设计与施工无疑是一项耗资巨大的工程，因此成本消耗是在所难免的。具体来说，输水管道方面的材料成本支出是这方面成本支出的“重头戏”。输水管材的材料、长度、横截面等因素都会影响到管材的实际造价，所以应当根据实际供水需要做好选择工作。此外，市政给排水工程正式投入使用后也会造成一定的费用支出，主要与泵站等设备的运行有关，因此在优化管网分区方案时同样不能忽视这一环节的工作。

结合宏观环境分析，设计人员在对管网分区方案进行优化整合时需要重点考虑好水资源的节约问题。要在整合各方技术资源的基础上提高市政给排水系统的供水性能，进而提高水资源的利用效率。具体来说，运用节水设备或是叠压输水技术便可以达到良好的输水效果。此外，在条件允许的情况下还应当摒弃原有的蓄水池结构，进而降低水资源的二次污染概率。

3 输水过河的具体措施

实际给排水工程设计中经常会遇到管道需要过河的情况，为了提高整体给排水系统的稳定性、降低后续的故障及安全事故率，需要结合实际情况选择合理的过河方式。常用的过河方式主要有架空过河与埋设过河两种。

3.1 架空过河

它主要指的是借助于桥梁来完成管道过河的输水模式，通常需要沿着桥梁的走向安装、铺设管道，达到架空过河的目的。如果要选择这种过河方式，那就必须要考虑好管径和实际供水量。如果管径过大，内部供水量过大，那么就会影响到桥梁的承重能力，最终造成更为严重的安全事故。在实际工作中使用这种过河模式之前，需要先和桥梁的设计与施工单位做好沟通交流，必要时应当根据桥梁的实际承重能力设计供水方案。

3.2 埋设过河

如果要使用埋设过河法，那么最常用的便是“倒虹吸过河法”。第一步，需要在河底相应位置铺设两根管线，进而设置好检修井。第二步，利用支墩来完成管道的过河工作。实际给排水工程建设施工中，如果要使用这种过河方法就必须要控制好管道的埋设深度，之后还需要尽量选择抗腐蚀性能强的管材。在条件允许的情况下，可以尝试将管道直接铺设在河床岩石层上，以降低架设管道支墩的难度。