李連偉

(廊坊市水務(wù)局水利規(guī)劃設(shè)計(jì)處，河北廊坊 065000)

國家對農(nóng)村安全飲水問題高度的重視，投入大量資金改善農(nóng)民不安全飲水問題，興建集中供水工程，既解決了農(nóng)民安全飲水問題又實(shí)現(xiàn)了水源的統(tǒng)籌規(guī)劃，避免了地下水的亂開采問題。配水管網(wǎng)的投資在水廠的投資當(dāng)中占40%～60%，因此管網(wǎng)的水利計(jì)算優(yōu)化非常重要。

管徑的確定:

管網(wǎng)中各管段的管徑，是按照最高時(shí)用水量確定的。當(dāng)流量已定時(shí)，管徑可按下式計(jì)算:

式中:d——管段直徑，m;

Q——管段的設(shè)計(jì)流量，L/s;

v——流速，m/s。

由上式可看出，管徑不但和管段流量有關(guān)，而且和流量的大小有關(guān)。如流速未定，則管徑無法確定，因此還需選定流速。

農(nóng)村供水中，最高流速限定在1.0 m/s～2.0 m/s的范圍內(nèi)。因此技術(shù)上允許的流速幅度較大，還需根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展情況，對管網(wǎng)造價(jià)和經(jīng)營管理等費(fèi)用進(jìn)行綜合考慮，來選出合適的流速。

圖1 方案一管網(wǎng)示意圖

由公式:

式中:A——管線年成本，元/(m·年);

Q——管道設(shè)計(jì)流量，m3/d;

n——計(jì)算期，n=20 年;

i——基準(zhǔn)收益率，按6%計(jì);

H——每米管道水頭損失，m/m;

C——單位長度管道綜合投資，元/m;

S——電費(fèi)，元/(kW·h)。

根據(jù)上式，分別計(jì)算同種材質(zhì)、不同管徑的Q—A曲線，相同流量下，不同規(guī)格管道對應(yīng)的A值不同，A值最小者為經(jīng)濟(jì)管徑。從上式可以看出，影響管線年成本的主要因素為管道綜合投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，其中關(guān)鍵參數(shù)的確定為H值，H為每米管道的水頭損失。最不利管線水頭損失與最不利點(diǎn)自由水頭之和為水泵揚(yáng)程。

現(xiàn)以舉例來說明。由于圖比較大，截取一部分來說明。此部分日用水總量600 m3/h。

方案一管網(wǎng)圖見圖1。

水力計(jì)算表見表1。

表1 方案一最不利外管網(wǎng)水力計(jì)算表

計(jì)算出的水頭損失為6.0 m，最不利水龍頭水壓采用12 m水壓，控制村內(nèi)管網(wǎng)損失8 m水頭，即村口總接口水壓不小于20 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。考慮水池水位與最不利點(diǎn)4 m高差，則加壓泵揚(yáng)程需要6+20+4=30 m，因此選擇水泵揚(yáng)程32 m滿足設(shè)計(jì)需要。

為近遠(yuǎn)期結(jié)合和水泵的靈活調(diào)度，設(shè)3臺水泵，2用1備，單泵所需流量為25 m3/h，設(shè)計(jì)選用DFG65-160/2/4離心水泵，單泵流量25 m3/h，揚(yáng)程32 m，配用電機(jī)功率4 kW。為節(jié)約電能，其水泵控制采用變頻。

農(nóng)村飲水管道壓力等級為工作壓力的1.5倍，32 m×1.5=48 m，因此管道壓力等級選用0.6 MPa的就能滿足要求。電費(fèi)按照0.52元/度計(jì)算。動(dòng)力費(fèi)用按照每臺工作泵乘以系數(shù)0.8計(jì)算:4 kW×2臺×24 h×0.52元×365 d=2.92萬元。方案一管道投資見表2。

圖2 方案二管網(wǎng)示意圖

表2 方案一管道投資表

方案二管網(wǎng)圖見圖2。

水力計(jì)算表見表3。

表3 方案二水廠最不利外管網(wǎng)水力計(jì)算表

表4 方案二管道投資表

計(jì)算出的水頭損失為14.9 m，則加壓泵揚(yáng)程需要14.9+20+4=38.9 m，因此選擇水泵揚(yáng)程為40 m滿足設(shè)計(jì)需要。設(shè)計(jì)選用DFG65-400/4/11離心水泵。電機(jī)功率11 kW。管道選用壓力:38.9 m ×1.5=58.35 m，因此管道壓力等級選用 0.6 MPa 的也能滿足要求。動(dòng)力費(fèi)用按照每臺工作泵乘以系數(shù)0.8計(jì)算:11 kW×2臺×24 h×0.52元×365 d=8.0萬元。方案二管道投資見表4。

由以上兩個(gè)方案可以看出不同的方案投資相差非常大，兩個(gè)方案中方案二更能節(jié)約投資。這并不是說選擇高流速就一定是經(jīng)濟(jì)。不同的水廠，不同地域要綜合考慮，確定其最優(yōu)方案。因此作為設(shè)計(jì)人員我們必須嚴(yán)格、認(rèn)真做好水利計(jì)算，確定合理的管徑，利國利民。