重力供水模式在城市供水系统中的应用浅析
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摘要：在城市建设发展中供水模式一般采用的是加压泵组供水，但是该模式在使用过程中往往存在能源的消耗。因此，新时期为便捷使用，降低能源消耗，重力供水模式的使用逐渐被人们提及。本文就重力供水模式在城区供水系统中的应用现状进行了分析研究，以备参考。
关键词：重力供水模式；城区供水；管网；水池
中图分类号： B834 文献标识码： A
在城区的供水系统中，很多城区的供水系统的水源是在地势较高的地方，过去大部分的城区供水系统都是利用水泵机组的工作来完成供水系统的运转，水泵机组在运行的过程中会消耗巨大的能量，造成能源的浪费，如果能够很好的利用水库的地理优势，采用重力供水模式来进行城区的供水，将会起到很好的节能减耗的效果，本文结合A市企业的某水库重力供水模式的研究，来探讨城区供水系统的重力供水模式。
一、重力供水模式中高地水池的位置的确定
本次研究中，以A市企业的供水系统作为实例来进行分析，A市企业的供水系统所处的位置为南北方向基本没有高度差，东西方向为东低西高，其主要的水源是某水库，A市企业与云台水库之间有较大的坡度，采用重力供水模式就是要再水库与A市企业之间铺设一条管道，利用其中的自然的地理位置差，来取代现有的水泵机组中的加压设施，实现重力供水，采用重力供水模式，需要建造重力给水系统的水池，这就需要通过计算对给水系统的水池的位置及容积予以确定，下面予以详细的分析。
在A市企业现行的供水系统模式中，生产有水在输入生产用给水管网时，首先要经过加压泵机组的加压，在进入给水管网时的压力为0124~0126MPa，在供水系统中，通常有两条从
配水厂输向生产给水管网的出水管道，型号均为DN800，在供水系统的阀门室中会使用一条DN800 配水母管将其分配成三条管道，将这三条管道分别标记为a、b、c，具体的如图1 所示。
供水系统的运行方式改变之后，新增的配水母管在图中表示为图中虚线框内的粗虚线，图中生产用水的入口1 阀井S1-5到阀门室外的距离为1390 米，管径参数为DN800，图1 所示即为水库的重力供水模式的供水管道的平面图，当供水管道接通开始工作时，如果水流的流向顺序是先流进阀门室，再通过阀门室内的配水母管分配至b、c 管道中，这时会加大管道的局部的阻力，使水流的水力条件处于较恶劣的环境中，很容易造成水击现象及局部漩涡现象的产生，严重影响到了供水系统的运行稳定性，为了避免此种现象的产生，在阀门室外又建立了一条如图中虚线框中粗虚线所示的配水母管，型号为DN800，该管道的建成，可以将云台山的水直接输送至新建的配水母管当中，然后再将水向b、c 管道中进行分配，这可以提高供水系统的稳定性，减小了管道的局部阻力。在这种新的供水模式之下，原来的供水模式中的管线a 的水流方向同样会发生变化，这会对给水环网水量的分配产生一定的影响，但是在供水系统中的水管网的结构大都采用的是环状、网状的结构，水流的速度较小，水管的径通常是比较大的，管网的水流量具有较好的自平衡能力，水头的损失值保持在较低水平，因此，只要流入管网中的水流量的总流量能够满足供水系统的要求，对供水系统的运行稳定性不会造成太大的影响。
1、重力供水模式中输送管径的确定
对过去水厂中的供水量进行分析，发现供水量比较稳定并没有明显的季节性的波动，通过记录、计算得到最大的日用水量为Qd=37100m3/d，最大时用水量表示为Qh=KhQh/24=1546m3
/h，在管道的铺设过程中，如果选择管径比较大的管道进行铺设，能够有效的减少水头的损失，但是这会增加铺设管道的成本，选用管径较小的管道来进行铺设，能够减小每米管道铺设的成本，但是这会增加水头的损失，因此，在确定重力模式下的输送管道的管径值时，要综合考虑各种因素来进行合理的确定。
在本次工程中，通过对各种管道规格、价格等进行分析比较，对各种方案进行了全方面的对比，最终确定出了最为经济合理的方案，选用
2、重力供水模式中管道长度的确定
要确定管道的长度，首先要对水流的总能量进行分析，水流的总能量有三部门组成，分别为；动能、压力势能、位置势能，在一定的条件下，这三部门的能量是可以相互转化的，同时水头的损失还会造成水流的能量向其他形式的能量的转换，造成水流能量的损失，在本次计算过程中假设水池液面处的水平断面为1 断面，阀门室外的管道的垂直断面为2 断面，实际
液体的总流量方程可以由下式来进行计算：
将断面2处管道的中心水平面作为基准面，则z2=0，P1 表示的是水池的自由液面的相对压强，因此P1=0，P2表示的是阀门室外生产用水的过程中所需要的最大压强，P2=0126MPa（216@105N/m2），在本次计算中A1、A2 的值取动能的修正系数，其值都为1，g 表示的是重力加速度，C 表示的是水的容重，取值为9800N/m2。拟铺设管道的沿程水头损失可以根据达西公式来进行计算，具体的计算公式如下式所示：
上式中K表示的是沿程水头的损失系数，v 表示的是流速，v=4Q/pd2，A表示的是比阻，通过对给排水设计的手册进行查阅，DN600 的钢管的比阻的值为0102384s2/m6。局部水头损失的计算可以表示为：
通过以上的计算得到，水流的总得水头损失为：
将所有数据代入方程中计算得出，1c=2770m，所以得到螺旋焊接钢管的长度为11=1c+400=3470m。
二、重力供水模式中高地水池容积的确定
由于对供水系统的用水量进行分析发现，用水量比较稳定没有出现明显的突发性变化，所以在水池容积的建设过程中，不用选择较大的水池容积，为了降低工程的造价，水池的容积只要能够满足供水安全系数就可以了，对安全用水的流量进行调控需要的时间较长，本次计算中选取1 小时的安全供水作为整个计算的依据，生产用水不能中途中断，此时选取安全系数K的值为112，对水池的容积的计算可以表示为：
由以上的分析可知，水池可以选择参数为10m@10m@315m的矩形水池，水池的局部进水口，可以考虑为415m。
三、重力供水模式的运行方式的分析
在重力供水模式中，供水系统中的加压泵机组可以作为供水系统运行的备用设备，当重力供水模式中遇到特殊情况，无法正常运行时，可以将储水池的进水阀门打开，将S1-5 阀门
的给水管道阀门进行关闭，即可恢复原有的供水模式，对整个供水系统的运行不产生影响。
四、重力供水模式的经济效益分析
在城区供水系统中采用重力供水模式，能够大大的节省供水系统运行过程中的电能的消耗，节省了系统运行过程中的一大笔电费，同时，节省了加压泵机组在运行过程中的维修、检
查费用，不用安排专人对加压机组设备进行管理维修，还节省了人力资源费用，由此可见，在城区供水系统中采用重力供水模式，能够极大的提高供水企业的经济效益。
五、结束语
城区的供水系统是保证城区日常生活的关键设施，在一些地理位置因素允许的城区，采用重力供水模式对供水系统进行改造，能够大大的降低供水系统的能耗，降低供水系统的运行成本，提高供水系统运行的经济效益，在地理位置满足的城区，值得推广应用。
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