城市供水管网改造工程设计探讨

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摘要：管网改造是降低城市漏损的长远性根本措施通过改造,更换了锈蚀、结垢、

裂损的水泥管和铸铁管,提升了供水设施水平,保障了城市安全供水,社会效益显

著。本文结合管网改造工程实例，分析供水管网的现状，并提出了供水管网改造

设计方法，以期自来水管网的改造工程能够最大限度的发挥经济和社会效益。

关键词：自来水管网；供水管网；改造

中图分类号： TV674 文献标识码： A 文章编号：

自来水管网是城市供水中重要的基础设施，在供水系统中占有举足轻重的位置。一般来说，许多城市的供水管网建设、管护大都滞后于水厂，随着城市的不断发展，城市用水量急剧增长，目前，供水业在输水过程中存在着成本高、水压不足和供水困难等问题。如某沿海城市依据其临海、地势平坦的地理优势，获得了经济的快速发展，但是也像其他众多城市一样面临着给水管网系统改扩建和改造问题。供水管网范围约100平方公里；设计日供水能力57万吨，下设共2个自来水厂及2个给水加压泵站；8个供水营业所；供水管网总长约970公里；服务人口约79.9万人；直接抄表客户9万多户。辖区内供水主管在供水范围内沿主要道路呈井字状连通布置。由于城区部分铸铁主管道老化锈蚀，漏失严重，爆管频发。加上个别地段管径小，部分用户水压不足，出现了有水供不出的现象。供水能力不但没有增加，反而增加了供水成本，严重影响了人民群众的正常供水。又如城市属于“工程性、季节性水质型”缺水的城市。城市一方面闹着水荒，一方面供水系统又不能完全得到保障，既浪费了宝贵资源，同时又严重影响了社会经济的发展。中心城区如香洲、吉大、拱北片区及已建成老旧的大型成熟社区内大部分现状供水管网建设年代久远，且管材参差不齐、多为灰口铸铁、夹砂玻璃钢管、热镀锌钢管等管材，腐蚀、老化、漏损严重，直接影响城市供水水质和供水安全。 为城市提供科学合理、及时有效的供水保障，对中心城区整个供水系统进行缜密分析，同时针对发现的问题进行合理的改造完善尤为迫切、十分必要。

1供水管网的现状分析

1.1管网系统改造的紧急性

目前该城市的给水管网均具规模，由于管网系统运行到一定年限，管道内外腐蚀，渗漏严重，管道内壁结垢，影响给水的水压、水量与水质;同时，旧城区的拆迁、改造、扩建，城市规划方案的分期实施或方案变更，使已有管网系统中的部分管道不能适应当前或规划期内供水的需求，特别是城市遇到自然灾害时，作为生命线工程系统之一的给水管网改扩建工程就更显得刻不容缓。

同时受恶劣天气的影响，供水压力过高、道路的施工措施欠妥、地下管道埋设过浅，抗重压能力较差，在管道上面土层、路面建筑物的净荷和交通车辆的动负荷作用下，导致严重锈蚀、无内腐的陈旧管道因不堪重负而经常发生爆管现象，造成了经济损失。

1.2 管网布局过时已不合理

一是由于在六、七十年代对供水管网缺乏整体的规划控制，供水管网布置只根据当时的需要布置而没有进行远期规划。二是随着国内城镇化的迅速发展与居民生活水平的提高，人们对生活用水的质量和水量要求也逐步提高。三是旧城的经济、文化中心地域规划的调整。随着人口密集度及用水功能的不同，使已建管网不能适应当前的供水要求，部分城市的供水管网出现流速偏低、停留时间长或水厂能耗大、管网压力极不均衡等现象。

1.3 供水现状

根据该市水务集团提供的有关资料，选取某区域。该地区三面环山、一面临海、腹地平坦开阔，海拔多在4-15米之间.占地辖区山!积为72km2。最高日给水量约35000方/d。经简化后的给水管网共有36条计算管段，其中管径最大的为500mm，最小为 150mm，给水节点共有27个，其中两个水源点。此区多水源给水管网，经过调查分析，配水源系统均采用二级泵站给水，二级泵站通过输水管接入1、14号节点。该管网有12个实环，管网实环部分共有节点25个，实环含有36根管段。

2 、供水规划和改造

按2011年的用水总量进行给水管网设施规划，配套服务面积为32.88平方公里，人口20万人，最高日用水量达到8.74万方。在此基础上，兼顾了2015年远期给水要求，保证最大日给水能力为11万方。

2.1数据准备

在整个计算程序运行中，需要准备如下数据:

(l)管网基础数据:包括管长、原管网管径、地面标高、节点流量和管段粗糙度系数等;

(2)管网管道、水塔(水池)造价相关数据，比如不同管径单位管道的价格，得出相应的管道、水塔(水池)造价公式;

(3)管网建设的有关数据:如资金回收现值、投资回收期、本地电费等;

(4)二泵站的相关参数:包括不同型号水泵在高效段内的流量、扬程和效率等。

2.2计算流程

计算流程见图2：

图2给水管网改扩建流程图

2.3管径优化

2.3.1管道造价公式

管道造价由管段材料和施工费用组成，按设计概预算方法进行计算，包括直接费、施工管理费、独立费以及建筑营业税等，还考虑施工期间贷款利息。各地设计概预算方法不一样，计一算时应一该按照当地设计概预算方法进行管网工程造价的计算。利用软件DataFit拟合出管段造价公式曲线，得到：

C(D)=B(1)+B(2)D+ B(3)D2+ B(4)D3 （1）

回归过程建立的方程，并得出该市铸铁管造价公式为:

（2）

2.3.2现状管网和规划管网水力分析

根据城市规划要求，到2010年，市区用水量将增至20976 m3/h，西北城区要发展新用户。为保证给水安全性，宜在水厂输水管旁再铺设一根同样管径的管段。通过2010年管网等水压线图分析，鉴于北部压力不足，且西北处附近要发展新用户。为提高北部地区压力，可采用解决方案有:①增加管网起端的水压;②增加输水管和管网输水能力。例如，为增加管网起端的水压，可将泵站中的现有水泵更换成大泵，以增加流量和扬程，或可在管网中设加压泵站;要增加输水能力，可增设一条输水管，或扩建管网，或将局部管线的管径放大。个别情况下，可刮除管内壁积垢，以恢复输水能力，一般在扩建管网时，都应按具体情况，综合运用上述方法。

此区设置水塔或者高位水池：

通过对2010年管网运行情况的计算分析，为使水厂出水水压标高与现状管网相差不大，可以拟建一调节构筑物来缓解出厂水压，降低能耗。

经验设置水塔(水池)的位置选择应考虑:

(l)水塔应放在给水区内地形最高处，最好选用高位水池来代替水塔;

(2)水塔应靠近最大用户和水压要求较高的用水户;

(3)水塔尽可能放在给水区的中心地段;

(4)水塔位置随给水区的地形坡度I1以及最高用水时从水塔到控制点的坡度I2而定。当I11时可放在水塔给水范围内的中心地区。

3、 供水管网改造措施

3.1管材的选用

（1）城市配水管常用管材及特点

钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、聚乙烯管（PE）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）都是城市给水工程中输水管线普遍采用的管材，这些管材各自都有具有优势的适用范围，也有各自的缺陷。钢管使用范围很广，但防腐要求高，防腐工程质量直接关系着输水工程的寿命；球墨铸铁管中小口径得到广泛使用；PE 管水力特性好，小管径经济优势明显，大管径不经济；PCCP 管重量较大，管材运输和施工安装时相对较为困难，另外对管道基础也有相应的要求。

（2） 管材选用应考虑的问题

一、管道的工作压力：由于各种管材的材质不同，所承受的压力不一，在管材的设计中因根据使用环境制定了不同的工作压力等级。

二、管道铺设的环境状况：管道铺设的环境应包括管道经过地段的地理环境、物理环境、化学环境及植物的根对管道接口的破坏作用。

三、管道所承受的外部荷载以及管材本身刚度的强弱。

四、管材内壁表面的粗糙度，以及旧管材的结垢情况。

五、对输送水质应无不良影响。一般城市供水仍以加氯消毒为主要灭菌手段，为了避免在管道输送中受到二次污染，出厂水应保持一定数量的余氯。因此，要求管材内壁具有耐腐蚀能力。同时，也不会向水中析出有害物质。

（3）给水管网改扩建管材选择

考虑改扩建管网工程实际，PCCP 管因过于笨重运输和管基要求高，不考虑使用，着重对 PE 管、钢管、球墨铸铁管管道进行技术经济比较，综合造价比较如下图所示：

图 1 管道综合造价对比图

由图 1 可见，DN300 为管材综合造价的“分水岭”。根据《城市供水行业 2010 年技术进步发展规划及 2020 年远景目标》，城市供水发展主要是提高供水安全可靠性，对供水水质、水压以及供水安全性等方面有更高的要求，且考虑到给水管网改扩建对供水安全可靠性及使用年限的要求，对给水管网改扩建管材使用建议如下：DN ≦ 300，采用 PE 管；300600，采用钢管或球铁管。

3.2管网阀门的应用

在管网改造过程中，选用的阀门有闸阀和蝶阀。

①闸阀选型说明：在管网改造中，闸阀使用的比例相当大，一般采用的闸阀为软密封闸阀(亦称“弹性座封闸阀”)。DN100～DN600mm 管道中主要采用软密封闸阀。软密封闸阀现在已经广泛应用在新装管网上，并且逐步将陈旧及漏水严重的阀门给予更换。②蝶阀选型说明：蝶阀一般用于管径大于 DN600mm的管道上面，并且 DN600～DN1200mm 采用软密封的蝶阀，而 DN＞1200mm 时则选用硬密封的蝶阀。

3.3管网系统改造

（1）管道更新改造的方法。管道更新改造的方法包括非结构性更新和结构性更新两个方面.非结构性更新主要是对输水的管道补作衬里,采用环氧树脂衬里或水泥砂浆衬里.另外,人工磁场法及投加缓蚀剂也属于非结构更新方法.

（2）管道更新改造的途径。根据该城市管网的现状,管网的改造应从以下几方面实现:首先,维护好现有管道,保证其供水功能;第二,对于管道结垢、输水能力下降的情况,可通过刮管、冲洗和补做衬里等措施恢复管道原有的输水能力;第三,对于钢管等管道外腐蚀问题,可采取添作阴极保护、管道修漏、加固等措施来延长管道的使用年限;第四,若是管道修复费用已接近管道的更新费用,应力求更换管道;最后,若是原管道材质不好、管道口径急需改大时,应重新铺管。该城市现在需更新的管道材料大多是普通铸铁管和钢筋混凝土管,在管网的改造中可以考虑使用新型供水管材.另外,由于道路及障碍的赔偿费用已占工程总造价的较大比例,应采用不挖土更换管道的各类新方法,降低管道改造费用。

4、结束语

城市供水管网改造工程作为城市供水系统建设的重点和难点，要想确保城市供水管网改造工程的顺利实现，就必须从施工方位勘察，管线设计、管材选用、施工方法等多个方面进行综合考虑，此外作为市政工程建设的重要基础工程，国家与地方政府还必须对城市供水管网改造工程继续加以重视和支持，相信通过各方面的共同努力，我国城市供水管网改造工程一定能够取得成功。该项目已经通过了竣工验收，经过一年的使用，改善了城市管网供水压力不足的状况，满足城区及周边地区用户的水压需求；为逐步建设形成中远期规划给水管网打下基础。

参考文献：

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[3]杨开林，马吉明.给水管网非线性规划的新模型[J]水利学报，1995, 5