市政给排水输水方式及管网分区研究

王彦伟

（泰安市自来水有限公司，山东泰安 271000）

1 引言

随着城市化进程的加快，城市规模不断扩大，市政给排水项目逐渐增多，但基于城市原有给排水管道及实际输水需求的影响，不同市政给排水项目的输水方式不同、管网分区也存在较大差异。当前，国内外针对市政给排水的设计研究已进入白热化阶段，各种先进技术得以应用，理论研究不断深入，为工程项目的实施提供了极大支持。本文结合实际市政给排水项目，探讨市政给排水输水方式选择方法及管网分区设计要点，能为相关理论研究提供实践经验，同时也可为类似工程项目提供实施策略，对于市政给排水工程建设发展具有积极意义。

2 市政给排水输水方式的选择

2.1 输水方式的选择

市政给排水系统主要包括取水、供水、排水及净水系统，详细结构如图1 所示。在实际设计过程中，由于不同城市区域的实际情况不同，其输水方式不同[1]。常见的输水方式包括以下3 种。

图1 市政给排水系统结构示意图

1）压力流输水。这种输水方式主要针对水源水位地域水厂水池水位的情况，通过外力进行加压输水，借助水泵确保水源顺利进入水厂。在输水方式应用过程中，需综合考虑现场地形地势、水文地质及管线长度等影响因素，以确保该输水方案顺利实施，管道能承受相应的输水压力。

2）重力输水。借助水源自身重力势能，达到输水目的，适用于水源水位高于水厂水池的情况，且要求二者高度差满足实际输水要求，避免受水头损失的影响。除此之外，重力输水方式受地形地势影响明显，为保障输水顺利，需加强现场实际情况分析。

3）结合输水。将压力输水和重力输水两种方式结合使用，基于现场实际情况灵活转化输水方式。其优势在于能最大限度地利用自然资源和能量，减少资源消耗，更好地保障输水顺利完成。

2.2 输水方式计算

在输水方式选择过程中，影响因素较多，为保障市政给排水工程顺利实施，需结合实际情况展开计算，确保相应输水方式选择的合理性及可行性。在实际输水过程中，需着重考虑水源位置、供水距离及流量要求3 个因素，通过计算分析，确保市政给排水系统顺利输水。

1）当水源水位低于水厂水位时，无法展开重力输水，因此，需要运用加压水泵。对此，需确保加压水泵满足输水要求，应先确定水泵扬程。水泵扬程计算公式为：

式中，H 为水泵扬程；Z1为水源水位高度；Z2为水厂水池水位高度；h 为输水过程中的水头损失。

根据式（1），实现对于水泵扬程的准确计算，以确保水泵选择的合理性以及科学性。

2）对于水源水位高于水厂水位的情况，应优先选用重力输水方式，以减少能源消耗。但在实际工程设计过程中，为确保重力输水方案的可行性，需对当地输水管水力坡度及地形坡度等进行分析，确保其满足重力输水需要。输水管水力坡度及平均地形坡度满足如下关系：

式中，j 为重力输水管水力坡度；J 为平均地形坡度；I 为输水距离。

值得注意的是，在重力输水建设过程中，为满足水力坡度要求，通常会增加管径及管线长度，导致建设成本过高，因此，在进行重力输水设计过程中，还需加强对建设成本的考量。若重力输水管道的建设费用超过压力输水管道、泵站建设及加压输水运行管理费用之和，则需采用加压输水方式，以节约建设成本。

综上，在采用重力输水方式过程中，不仅要考虑水源水位和水厂水位之间的高度差，还需合理选择输水管径，确保其在满足大流量输水需求的同时，避免水力坡度超过地形坡度，同时还应合理控制工程造价。因此，山区地形的城市在给排水工程建设过程中，通常借助地形优势，选择重力输水方式，以缩短输水管线长度，并借助跌水井等装置进行市政输水[2]。

以某城市南部市政给排水工程为例，整体给排水工程为南北走向，设计流量为2.01 m3/s。根据案例工程实际情况，采用重力输水与压力流输水相结合的综合输水方式。案例工程输水线路全长38.75 km，根据当地地势特点，在节能降耗基本原则的指导下，将施工区域划分为5 个输水阶段，其中前4 段均采用重力输水模式，重力流系统管线纵断图如图2 所示，后1 段由于地势差不满足重力输水要求，因此，采用压力输水方式，结合实际供水需求，确定加压泵站技术参数，详细情况如表1 所示。

表1 案例工程加压泵站技术参数详细情况

图2 重力流系统管线纵断图

3 市政给排水管网分区要点

3.1 分析市政管网系统阶层

在进行市政给排水管网分区设计过程中，需结合现场实际情况及城市发展需求，明确管网系统对应的阶层数，在此基础上展开管网分区规划，以确保管网设计的科学性及合理性。应根据管网系统实际功能需求确定第一阶层管网系统，并根据管网空压、改压及减漏需求，进行管网叠层系统设计，以确保管网设计符合城市给排水发展需求。

3.2 设计管网边界及进水点

根据实际市政给排水需求，确定管网边界，合理设置进水点的具体位置和数量，充分考量当地实际情况及相关影响因素，展开进水点设计。在确定管网边界及进水点时，需充分结合当地情况，确保管网设计规划符合当地用水需求、特点，以及城市未来发展方向，保证管网设计的前瞻性及可扩展性。在进水点设计过程中，需重视以下方面。

1）合理确定进水点数量，在保障城市供水稳定可靠的基础上，尽量减少供水点设置，以达到降低工程成本的目的。

2）为节约工程成本，部分区域可采用单点供水方式，进行系统设计。

3）为保障供水稳定性，事故多发地段应结合实际地形情况，适当增设进水点，保障供水安全、可靠。

3.3 合理选择节能设施设备

市政给排水工程运行时需消耗大量电能，根据相关统计结果显示，我国城市总耗电量处于持续增长状态，详细情况如表2 所示，其中给排水系统能耗占比相对较高，因此，节能设施设备的运用逐渐成为当前市政给排水系统设计的重要内容。例如，采用低压供水模式构建一体化供水系统，加强地热能利用，以达到节约能源消耗的目的。

表2 2000—2020 年我国城市总耗电量情况亿kW·h

3.4 加强分区方案造价分析

在进行管网分区方案设计过程中，为保障建设成本的合理性，需进行造价分析和计算，以确定最优分区方案。主要分析内容包括以下3 个方面。

1）管道造价年费计算。该项费用为给排水系统建设过程中的主要支出，不仅包括管道材料造价，还包括挖沟、填埋、接头及其他零部件、附属工程费用等。根据管径大小，构建管道造价函数，可用于计算管网年造价费用。计算公式如下：

式中，W 为管网年造价费用；m 为大修基金提取率；P 为管网造价动态折算系数；N 为管段数；i 为第i 条管段；Li为第i 条管段长度；D 为管径；a、b、α 均为造价系数，需要根据实际管道材料和施工条件确定。

2）管网年平均动力费用。主要指系统运行过程中消耗的电能，包括水的位能，以及克服管段摩擦阻力消耗的能量。

3）造价年费。包括系统建设过程中相关建筑物、泵站等的折旧费用、供水总量等[3]。

4 结语

综上所述，在市政给排水输水方式选择及管网分区设计的过程中，不仅需充分考虑水源水位与水厂水位高度，还应从建设成本及可行性方面合理进行输水方式的选择。在管网分区方案设计过程中，应先结合管网系统实际功能，对市政管网系统阶层进行准确分析，并明确管网区域边界和进水点位置，确保设计的合理性。此外，为强化管网分区设计的成本控制效果，还应选择节能设施与设备，加强分区方案造价的分析和计算，全面确保市政给排水系统输水及分区设计的科学性和合理性，促进市政给排水工程持续、向好发展。