高乃云 彭海清 范瑾初

　　[提要]本文介紹了現(xiàn)狀管網(wǎng)平差的作用和應(yīng)準(zhǔn)備的原始數(shù)據(jù)及其計(jì)算結(jié)果。
　　[關(guān)鍵詞]現(xiàn)狀管網(wǎng)平差原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果

　　給水管網(wǎng)在供水過程中, 壓力過高, 是造成給水管網(wǎng)能量浪費(fèi)和管道漏失乃至引起爆管的主要原因之一。城市管網(wǎng)合理調(diào)度的前提是掌握整個(gè)管網(wǎng)中的壓力分布狀況,現(xiàn)狀管網(wǎng)平差是了解其分布狀況的途徑。
　　目前, 我國(guó)有些省、市很重視這項(xiàng)工作。譬如,江蘇省把各個(gè)城市自來水公司是否每?jī)赡赀M(jìn)行一次現(xiàn)狀管網(wǎng)平差,作為自來水公司能否達(dá)到某個(gè)企業(yè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)于江蘇省各個(gè)城市節(jié)水、節(jié)能、強(qiáng)化管理將會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用,正在發(fā)揮著舉足輕重的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

一、水壓力與漏失率和能耗

　　節(jié)約用水、降低漏失率, 減少爆管率是擺在我國(guó)大、中城市自來水公司議事日程上的問題。1987 年中國(guó)城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)對(duì)我國(guó)380 多個(gè)城市的管網(wǎng)漏失率進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 平均漏失率為8 % ,最高達(dá)50192 % ,最低則為0121 %。自來水的大量漏失,既浪費(fèi)了水資源,又浪費(fèi)了電能。我國(guó)大、中城市均有一個(gè)多水源的復(fù)雜管網(wǎng)。管網(wǎng)中的水壓力與漏失率有密切的關(guān)系。一般,城市管網(wǎng)供水過程中, 凡壓力過于偏低的區(qū)域, 反響強(qiáng)烈,往往成為應(yīng)該解決的突出矛盾。但壓力過高,卻不會(huì)引起人們的重視。實(shí)際上,壓力過高區(qū)域的供水, 不僅造成能耗的浪費(fèi), 而且會(huì)造成水量的嚴(yán)重流失。管網(wǎng)中的管道、閘門、室內(nèi)給水管道和配件及管道接頭往往承受不了高壓,會(huì)造成管道或配件的損壞,進(jìn)而導(dǎo)致管道局部滲、漏水,甚至引起爆管。給水管道的漏失率與給水壓力成正比,合理調(diào)度是合理供水、科學(xué)供水的關(guān)鍵。了解管網(wǎng)中的水壓力分布情況是合理調(diào)度的可靠依據(jù)。
　　自來水廠二級(jí)泵房的供水壓力一般以250～450kPa 為宜。為了防止城市管網(wǎng)中某個(gè)區(qū)域壓力過高, 必須合理調(diào)度各水廠二級(jí)泵站(或其它向管網(wǎng)供水的增壓泵站、水庫泵站) 中的水泵。
　　通過現(xiàn)狀管網(wǎng)平差計(jì)算,除了可了解水壓力外,還可以了解各個(gè)管段的流速、水力坡降(水頭損失) 等。盡管一個(gè)城市的自來水管網(wǎng)實(shí)際上是動(dòng)態(tài)的, 管網(wǎng)中的水力狀況每時(shí)每刻都在變化,現(xiàn)狀管網(wǎng)平差也可以認(rèn)為是一個(gè)動(dòng)態(tài)擬合。要想詳細(xì)了解某個(gè)城市管網(wǎng),尋找其特有的內(nèi)在的規(guī)律性,就必須進(jìn)行現(xiàn)狀水力分析核算。大、中城市往往具有數(shù)十個(gè)乃至數(shù)百個(gè)環(huán),進(jìn)行現(xiàn)狀水力分析核算,既使所擬的管道粗糙系數(shù)和節(jié)點(diǎn)流量加以適當(dāng)調(diào)整, 使其比較符合當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際; 也是城市管網(wǎng)擴(kuò)建設(shè)計(jì)計(jì)算的可靠數(shù)據(jù),避免管網(wǎng)擴(kuò)建的盲目性。
　　自來水管網(wǎng)在供水過程中,除了保證最小服務(wù)水頭和克服阻力所需的必要能量外,總是存在著相當(dāng)大的被浪費(fèi)的能量。根據(jù)某水廠1995 年二級(jí)泵房的記錄, 每1000m3 水的壓力增高10kPa (1m) ,年平均耗費(fèi)電能4111kW·h ,全年月平均最高為4132kW·h , 最低為4100kW·h ,耗電量最大變化幅度為8%左右, 具體變化曲線見圖1。一天供水量達(dá)幾百萬m3 的城市,倘若不重視供水壓力的調(diào)控,每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的多余壓力僅10kPa , 一天就浪費(fèi)電能幾千kW·h , 一個(gè)月、一年累積起來浪費(fèi)的電能就更可觀。為了減少這不該浪費(fèi)的能量, 應(yīng)通過現(xiàn)狀管網(wǎng)平差, 了解整個(gè)城市管網(wǎng)中水壓力的分布情況,進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

二、現(xiàn)狀管網(wǎng)平差計(jì)算應(yīng)該準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果

　　目前,常用的管網(wǎng)水力分析計(jì)算程序不外乎是用解節(jié)點(diǎn)方程法(求解管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)壓力) 、解管段方程法(求解每個(gè)管段的流量) 、解環(huán)方程法(求解每環(huán)的校正流量) 。不管是哪一種方法,都必須既滿足連續(xù)性方程：

　　Q_i + Σq_ij = 0　　　　　　　(1)

式中 Qi ———i 節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量;
　　 qij ———與i 節(jié)點(diǎn)連接的管段流量。

又滿足能量方程

　　Σh_ij= 0　　　　　　　　(2)

式中∑h_ij ———環(huán)內(nèi)各管段水頭損失之和。

　　要進(jìn)行現(xiàn)狀管網(wǎng)水力分析核算,首先要畫出管網(wǎng)的簡(jiǎn)化圖(即計(jì)算簡(jiǎn)圖) ,并將管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和管段分別排序編號(hào),以使數(shù)據(jù)中的序號(hào)與計(jì)算簡(jiǎn)圖中的編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。倘若一年或兩年做一次現(xiàn)狀管網(wǎng)平差計(jì)算,其水量數(shù)據(jù)應(yīng)是整個(gè)城市年最高日最高時(shí)供水量總和與管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)同步相應(yīng)測(cè)得的節(jié)點(diǎn)流量數(shù)據(jù)。但這一般很難做到精確,只能將城市最高日最高時(shí)抄表流量作為依據(jù),通過計(jì)算比流量→沿線流量,從而得到節(jié)點(diǎn)流量。
　　除了節(jié)點(diǎn)流量之外, 還需準(zhǔn)備管段的管徑(m) 、管段長(zhǎng)度(m) 、管材、管道使用年限(以便確定管道粗糙系數(shù)) 、節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高(m) 等基本數(shù)據(jù)。還需準(zhǔn)備各個(gè)水源(水廠) 在相對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)(最高日最高時(shí)) 的供水量和供水壓力以及泵軸標(biāo)高。
　　經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行水力平差計(jì)算, 可得到: 管段的流量(m3 / h 或L / s) 、流速(m/ s) 、水頭損失(m) 、節(jié)點(diǎn)的壓力高程(kPa) 、各管段的水力坡度( ‰) 、阻力系數(shù)、各節(jié)點(diǎn)自由壓力(kPa) 等。以上這些計(jì)算結(jié)果,可為合理調(diào)度整個(gè)城市管網(wǎng)的水源水泵機(jī)組提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)于節(jié)約能耗、降低漏失率、管網(wǎng)的擴(kuò)建工程有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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