高乃云 彭海清 范瑾初

　　[提要]本文介紹了現狀管網平差的作用和應準備的原始數據及其計算結果。
　　[關鍵詞]現狀管網平差原始數據計算結果

　　給水管網在供水過程中, 壓力過高, 是造成給水管網能量浪費和管道漏失乃至引起爆管的主要原因之一。城市管網合理調度的前提是掌握整個管網中的壓力分布狀況,現狀管網平差是了解其分布狀況的途徑。
　　目前, 我國有些省、市很重視這項工作。譬如,江蘇省把各個城市自來水公司是否每兩年進行一次現狀管網平差,作為自來水公司能否達到某個企業等級的標準。這對于江蘇省各個城市節水、節能、強化管理將會起到巨大的推動作用,正在發揮著舉足輕重的經濟效益和社會效益。

一、水壓力與漏失率和能耗

　　節約用水、降低漏失率, 減少爆管率是擺在我國大、中城市自來水公司議事日程上的問題。1987 年中國城鎮供水協會對我國380 多個城市的管網漏失率進行統計, 平均漏失率為8 % ,最高達50192 % ,最低則為0121 %。自來水的大量漏失,既浪費了水資源,又浪費了電能。我國大、中城市均有一個多水源的復雜管網。管網中的水壓力與漏失率有密切的關系。一般,城市管網供水過程中, 凡壓力過于偏低的區域, 反響強烈,往往成為應該解決的突出矛盾。但壓力過高,卻不會引起人們的重視。實際上,壓力過高區域的供水, 不僅造成能耗的浪費, 而且會造成水量的嚴重流失。管網中的管道、閘門、室內給水管道和配件及管道接頭往往承受不了高壓,會造成管道或配件的損壞,進而導致管道局部滲、漏水,甚至引起爆管。給水管道的漏失率與給水壓力成正比,合理調度是合理供水、科學供水的關鍵。了解管網中的水壓力分布情況是合理調度的可靠依據。
　　自來水廠二級泵房的供水壓力一般以250～450kPa 為宜。為了防止城市管網中某個區域壓力過高, 必須合理調度各水廠二級泵站(或其它向管網供水的增壓泵站、水庫泵站) 中的水泵。
　　通過現狀管網平差計算,除了可了解水壓力外,還可以了解各個管段的流速、水力坡降(水頭損失) 等。盡管一個城市的自來水管網實際上是動態的, 管網中的水力狀況每時每刻都在變化,現狀管網平差也可以認為是一個動態擬合。要想詳細了解某個城市管網,尋找其特有的內在的規律性,就必須進行現狀水力分析核算。大、中城市往往具有數十個乃至數百個環,進行現狀水力分析核算,既使所擬的管道粗糙系數和節點流量加以適當調整, 使其比較符合當時現場的實際; 也是城市管網擴建設計計算的可靠數據,避免管網擴建的盲目性。
　　自來水管網在供水過程中,除了保證最小服務水頭和克服阻力所需的必要能量外,總是存在著相當大的被浪費的能量。根據某水廠1995 年二級泵房的記錄, 每1000m3 水的壓力增高10kPa (1m) ,年平均耗費電能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。一天供水量達幾百萬m3 的城市,倘若不重視供水壓力的調控,每個節點上的多余壓力僅10kPa , 一天就浪費電能幾千kW·h , 一個月、一年累積起來浪費的電能就更可觀。為了減少這不該浪費的能量, 應通過現狀管網平差, 了解整個城市管網中水壓力的分布情況,進行優化調度。

二、現狀管網平差計算應該準備的數據和計算結果

　　目前,常用的管網水力分析計算程序不外乎是用解節點方程法(求解管網的節點壓力) 、解管段方程法(求解每個管段的流量) 、解環方程法(求解每環的校正流量) 。不管是哪一種方法,都必須既滿足連續性方程：

　　Q_i + Σq_ij = 0　　　　　　　(1)

式中 Qi ———i 節點的節點流量;
　　 qij ———與i 節點連接的管段流量。

又滿足能量方程

　　Σh_ij= 0　　　　　　　　(2)

式中∑h_ij ———環內各管段水頭損失之和。

　　要進行現狀管網水力分析核算,首先要畫出管網的簡化圖(即計算簡圖) ,并將管網的節點和管段分別排序編號,以使數據中的序號與計算簡圖中的編號一一對應。倘若一年或兩年做一次現狀管網平差計算,其水量數據應是整個城市年最高日最高時供水量總和與管網中各節點同步相應測得的節點流量數據。但這一般很難做到精確,只能將城市最高日最高時抄表流量作為依據,通過計算比流量→沿線流量,從而得到節點流量。
　　除了節點流量之外, 還需準備管段的管徑(m) 、管段長度(m) 、管材、管道使用年限(以便確定管道粗糙系數) 、節點地面標高(m) 等基本數據。還需準備各個水源(水廠) 在相對應的時間內(最高日最高時) 的供水量和供水壓力以及泵軸標高。
　　經計算機進行水力平差計算, 可得到: 管段的流量(m3 / h 或L / s) 、流速(m/ s) 、水頭損失(m) 、節點的壓力高程(kPa) 、各管段的水力坡度( ‰) 、阻力系數、各節點自由壓力(kPa) 等。以上這些計算結果,可為合理調度整個城市管網的水源水泵機組提供科學依據。對于節約能耗、降低漏失率、管網的擴建工程有重要意義。

參考文獻

[1]嚴煦世、范瑾初主編, 《給水工程》,中國建筑工業出版社, 1995 年。
[2]厲靜明、馬福康、宋仁元,“對我國供水管網漏損水平的評價”, 《中國給水排水》,1990 年,第2 期。