劉梓霖

韶關(guān)市規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 韶關(guān) 512000

1 供水現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

某高校位于郊區(qū)，市政給水管網(wǎng)供水的中末端（地面高程92-126m），高校北側(cè)的市政路下敷設(shè)有DN500市政給水管（高峰期管道供水高程可達(dá)107-110m），開(kāi)了一條DN250給水管接入校區(qū)現(xiàn)有的加壓泵房?jī)?nèi)，現(xiàn)有的高校二次加壓泵站規(guī)模是建有2000m3蓄水池，加壓泵站日供水量為1500m3/d，通過(guò)二次加壓后對(duì)校區(qū)已建區(qū)域進(jìn)行供水。

現(xiàn)校方計(jì)劃把現(xiàn)有生活給水系統(tǒng)改為消防系統(tǒng)。因此，此次項(xiàng)目為校區(qū)新建生活用水管網(wǎng)，與消防系統(tǒng)相獨(dú)立。

現(xiàn)狀二次供水系統(tǒng)由于各方面條件限制，存在設(shè)施老化、水池蓄水量不足，給二次管理工作帶來(lái)了很多困難。在長(zhǎng)期的使用中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）現(xiàn)有的二次加壓泵站選址位于地勢(shì)最低處，導(dǎo)致加壓設(shè)備的揚(yáng)程增加，長(zhǎng)期使用能耗高。年運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用約48萬(wàn)元。（2）現(xiàn)狀市政路下的給水系統(tǒng)為樹(shù)狀供水管網(wǎng)，還未形成環(huán)狀供水，當(dāng)市政管網(wǎng)及附近泵站需要維修維護(hù)時(shí)，對(duì)學(xué)院需停止供水1天，因現(xiàn)有的2000m3蓄水池?zé)o法滿足校區(qū)日常運(yùn)行所需用水量，若自來(lái)水公司不提前1天通知學(xué)校將要停水，將影響學(xué)校日常教學(xué)和學(xué)生及教職工的生活用水。（3）校區(qū)內(nèi)將新建教學(xué)綜合樓、辦公樓、學(xué)生宿舍及教師值班用房等建筑物群，新建區(qū)域內(nèi)沒(méi)有敷設(shè)供水管網(wǎng)。

2 項(xiàng)目建設(shè)的目的

2.1 提升二次供水設(shè)施質(zhì)量，保障高校供水安全

通過(guò)泵站、高位水池的改造，完善管網(wǎng)布局及泵站附屬設(shè)施，加大二次供水設(shè)施管理力度，可明顯改善二次供水狀況。杜絕水質(zhì)二次污染，保障供水水質(zhì)；增加二次供水水壓，解決水壓不足，吃水難的問(wèn)題；提高供水壓力，擴(kuò)大二次供水范圍；提高供水安全性。

2.2 節(jié)約水資源，降低綜合能耗

通過(guò)對(duì)二次供水設(shè)施的改造，提高水泵的運(yùn)行效率，降低舊管網(wǎng)漏損率，可降低泵站運(yùn)行費(fèi)用、減少二次供水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修工作，達(dá)到節(jié)約水資源，降低綜合能耗的目的。

2.3 緩解供水壓力

通過(guò)二次供水工程建設(shè)，集中規(guī)模，適當(dāng)又有統(tǒng)一管理的供水系統(tǒng)，這樣有效地保證了管網(wǎng)的供水壓力并減少了運(yùn)行費(fèi)用。

通過(guò)該項(xiàng)目的建設(shè)，可以解決二次供水系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，建立校區(qū)二次供水系統(tǒng)，進(jìn)行集中管理，提高供水質(zhì)量。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 高校校區(qū)生活給水系統(tǒng)選擇

由于高校的用水較集中，高峰期管網(wǎng)流量大，再加上校區(qū)市政引入管水量有限，難以滿足瞬時(shí)高峰的水量及水壓的要求[1]。所以高校普遍需要進(jìn)行二次加壓供水，校區(qū)生活給水系統(tǒng)主要存在以下幾種形式：

3.1.1 市政管網(wǎng)直接供水

市政管網(wǎng)直接供水方式適用于市政管網(wǎng)水量和水壓充足，能夠全天保證絕大部分建筑物用水要求，個(gè)別建筑物可自行加壓的地區(qū)。它的優(yōu)點(diǎn)是給水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資少，安裝維修方便，充分利用市政水壓，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)儲(chǔ)備水量，當(dāng)市政管網(wǎng)停水時(shí)，室內(nèi)系統(tǒng)立即停水。這種在以前很常見(jiàn)，由于現(xiàn)在高校建筑高度增加，使市政水壓壓力很大，已很少有高校校區(qū)采用市政管網(wǎng)直接供水形式。

3.1.2 分區(qū)供水方式

在多層建筑中，市政供水管網(wǎng)只能滿足建筑物下面幾層水壓和水量時(shí)，為了充分利用市政水壓，可將建筑物供水系統(tǒng)分為上下兩區(qū)。較低樓層（如1-3層）采用市政管網(wǎng)直接供水，較高樓層由泵加壓直接供給或者由泵提升至高位貯水設(shè)備供水。該種給水方式充分利用市政管網(wǎng)水壓，泵站運(yùn)行費(fèi)用較低，但是需要敷設(shè)兩套給水管網(wǎng)，投資費(fèi)用較大，多為新建校區(qū)中常見(jiàn)的給水形式。

3.1.3 水泵水箱（水池）聯(lián)合給水方式

當(dāng)市政供水管網(wǎng)水壓經(jīng)常不足、校區(qū)用水不均勻時(shí)可采用的水泵水箱（水池）聯(lián)合給水方式。市政水源引入管連接水箱（水池）儲(chǔ)存水量，水源通過(guò)泵加壓后輸送給用戶?，F(xiàn)高校就是采用這種方式供水，未能充分利用市政管網(wǎng)水壓，泵站運(yùn)行費(fèi)用較大。

3.1.4 變頻調(diào)速給水方式

變頻恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網(wǎng)的出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。

變頻調(diào)速水泵工作原理：當(dāng)給水系統(tǒng)中流量發(fā)燒變化時(shí)，揚(yáng)程也隨之發(fā)生變化，壓力傳感器不斷向微機(jī)控制器輸入水泵出水管壓力的信號(hào)，如果測(cè)得的壓力值大于設(shè)計(jì)給水量對(duì)應(yīng)的壓力值時(shí)，則微機(jī)控制器向變頻調(diào)速器發(fā)出降低電流頻率的信號(hào)，從而使水泵轉(zhuǎn)速降低，水泵出水量減少，水泵出水管壓力下降，反之亦然。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。

3.1.5 無(wú)負(fù)壓供水方式

無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備又叫疊壓供水設(shè)備，水源為自來(lái)水充分利用市政管網(wǎng)自身壓力，實(shí)現(xiàn)“差多少，補(bǔ)多少”的二次供水供水方式。優(yōu)點(diǎn)是充分利用自來(lái)水管網(wǎng)自身壓力，節(jié)能省耗；節(jié)省占地，避免二次污染；避免系統(tǒng)頻繁工作，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。缺點(diǎn)是因?yàn)闊o(wú)負(fù)壓供水沒(méi)有水箱，雖能儲(chǔ)水，但水量極少，一旦市政管網(wǎng)停水，用戶很快也跟著停水，所以在選擇無(wú)負(fù)壓供水時(shí)，也可以考慮箱式無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備，增加蓄水量，以滿足不同用戶的需求[2]。

上述供水方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)某高校的實(shí)際建設(shè)情況選擇合理的供水方式，既能節(jié)約能源也可以防止水質(zhì)二次污染。結(jié)合某高校二次供水現(xiàn)狀，根據(jù)泵站所處位置的不同，二次供水系統(tǒng)方案采用“無(wú)負(fù)壓泵站+水池調(diào)蓄+變頻供水”形式。泵站考慮供水時(shí)變化系數(shù)大的特點(diǎn)，在水泵的選用上選擇安全、可靠、運(yùn)行平穩(wěn)的水泵，并采取變頻調(diào)速措施，滿足不同用水量的需求。

3.2 高位水池設(shè)計(jì)

由于某高校位于S市的最東端，屬于市區(qū)供水管網(wǎng)的末端，供水管道單一，但其卻肩負(fù)著學(xué)院近3萬(wàn)師生的飲水需求，供水安全性尤為突出，因此業(yè)主方面特別強(qiáng)調(diào)必須在供水工藝中額外增加高位水池的容量，以確保學(xué)院的供水安全。

在高校高處（現(xiàn)B園附近圍墻北側(cè)）新建山頂高位水池一座，由三個(gè)尺寸為B×L×H=19.5m×27.3m×4m的矩形蓄水池構(gòu)成，有效容積為6000m3，占地面積約1600m3，地坪標(biāo)高約125m。水池規(guī)格滿足設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《矩形鋼筋混凝土蓄水池》（05S804）。

3.3 泵站參數(shù)計(jì)算

3.3.1 無(wú)負(fù)壓加壓泵站設(shè)計(jì)給水流量

根據(jù)某高校提供的校園給水管網(wǎng)現(xiàn)狀情況分析，擬從室外DN500給水管上接出一根DN250管進(jìn)入無(wú)負(fù)壓加壓泵房，管網(wǎng)流速按照經(jīng)濟(jì)流速取1.4m/s時(shí)，泵房接入管的流量約250m3/h，特選無(wú)負(fù)壓加壓泵站流量：250 m3/h。

3.3.2 變頻供水設(shè)備流量計(jì)算：

計(jì)算公式如下：

Q—小時(shí)用水量

q0—最高用水日的用水定額，按表3.1.9[3]取用，取120L/d

N0—用水總?cè)藬?shù)，近期按15000人計(jì)算，遠(yuǎn)期人數(shù)按32000計(jì)(校區(qū)擴(kuò)建后總用水人數(shù))

Kh—小時(shí)變化系數(shù)，取2.5

T—用水時(shí)數(shù)（h），取24

帶入數(shù)據(jù)得：帶入數(shù)據(jù)得近期Q=190m3/h、遠(yuǎn)期Q=400 m3/h。

3.3.3 系統(tǒng)揚(yáng)程計(jì)算

加壓泵站所需壓力

Hb≥（Hy+Hc+∑h）-Ho

其中：Hb—水泵滿足最不利點(diǎn)所需水壓[4]；

Hy—最不利配水點(diǎn)與引入管的標(biāo)高差（從室外地坪算起）；

Hc—最不利點(diǎn)配水點(diǎn)所需流出水頭；

Ho—市政最小水壓；

∑h—泵房與最遠(yuǎn)建筑物間管線的水力損失，含沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd。

①無(wú)負(fù)壓揚(yáng)程計(jì)算

無(wú)負(fù)壓泵房地面高程92m，高位水池地面高程125m。市政管網(wǎng)壓力約0.15MPa。無(wú)負(fù)壓至高位水池管長(zhǎng)L約為1000m。

給水管DN250,v=1.426m/s，i=0.0131

Hy=125-92=33m

hf=il=0.0131×1000=13.1m

hd=20%hf=0.2×13.1=2.62m

h水池≈3.8m h富余=2m

∑h=hf+hd+h水池+h富余=21.52m

Ho（市政壓力）=15m

揚(yáng)程：Hb=Hy+∑h-Ho=33+21.52-15=39.52m，揚(yáng)程按結(jié)果取整為40m。

②高位水池泵站揚(yáng)程

最不利供水高度為137m，最遠(yuǎn)距離約長(zhǎng)1200m。

給水管DN300,v=0.747m/s，i=0.00319

Hy=137-125=12m

hf=il=0.00319×1200=3.828m

hd=20%h1=0.2×3.83=0.77m h富余=2m

∑h=hf+hd+h富余=6.6m

揚(yáng)程：Hb=Hy+∑h=12+6.6=18.6m，揚(yáng)程按結(jié)果取整為20m。

3.3.4 設(shè)備參數(shù)

①無(wú)負(fù)壓給水泵站

1、泵站設(shè)計(jì)規(guī)模：泵站設(shè)計(jì)規(guī)模Q=250m3/h。

2、揚(yáng)程：采用補(bǔ)償式疊壓供水設(shè)備，進(jìn)水管道設(shè)計(jì)壓力為15m，設(shè)計(jì)離心泵揚(yáng)程為40m。

3、泵房位置：泵站選址于現(xiàn)西區(qū)泵站取水口旁空地處。

4、設(shè)備選擇：采用補(bǔ)償式疊壓供水設(shè)備，其中設(shè)備含水泵4臺(tái)、補(bǔ)償罐一座。

泵型號(hào)：Q=90m3/h，H=40m，N=19kw。數(shù)量4臺(tái)（三用一備）。

補(bǔ)償罐型號(hào)：容積2.8m3。

外電源：供電為二級(jí)負(fù)荷，一用一備兩路電源引入。

②變頻供水泵房

1、泵站設(shè)計(jì)規(guī)模：泵站設(shè)計(jì)規(guī)模Q=190m3/h，揚(yáng)程20m。

2、泵房位置：泵站選址于西區(qū)丁香苑以東現(xiàn)東南園附近圍墻北側(cè)。

3、設(shè)備選擇：采用變頻供水設(shè)備，配隔膜氣壓罐一臺(tái)。

泵型號(hào)： Q=100m3/h，H=20m，N=11kw。數(shù)量3臺(tái)（兩用一備）。

氣壓罐型號(hào)： 總?cè)莘e750L。

外電源：供電為二級(jí)負(fù)荷，一用一備兩路電源引入。

4、備注：遠(yuǎn)期流量400m3/h。考慮使用變頻穩(wěn)壓設(shè)備，預(yù)留遠(yuǎn)期泵組位置。

3.3.5 給水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)給水系統(tǒng)現(xiàn)狀并結(jié)合用水量計(jì)算結(jié)果，總體方案采用“無(wú)負(fù)壓泵站+水池調(diào)蓄+變頻供水”形式，具體方案為從市政給水管網(wǎng)引一條DN250給水管至西區(qū)泵站取水口旁空地的無(wú)負(fù)壓泵房，經(jīng)加壓后由DN250給水管輸送至西區(qū)A苑以東,現(xiàn)B園附近圍墻北側(cè)的高位水池，再通過(guò)給水加壓泵組輸送至西片校區(qū)建筑物，詳見(jiàn)圖1給水管道總平面圖、圖2無(wú)負(fù)壓給水泵房工藝圖、圖3高位變頻供水泵房工藝圖。

圖1 給水管道總平面圖

圖2 無(wú)負(fù)壓給水泵房工藝圖

圖3 高位變頻供水泵房工藝圖

具體工程內(nèi)容為：

①無(wú)負(fù)壓給水泵站一座，設(shè)計(jì)規(guī)模Q=250m3/h，揚(yáng)程40m；選址在現(xiàn)西區(qū)泵站取水口旁空地，泵房用地面積250m2，建筑面積約60m2，地坪標(biāo)高約92m（黃海高程，以下同）。②在西區(qū)A苑以東,現(xiàn)B園附近圍墻北側(cè)新建山頂高位水池一座，由三個(gè)尺寸為B×L×H=19.5m×27.3m×4m的矩形蓄水池構(gòu)成，有效容積為6000m3，占地面積約1600m2，地坪標(biāo)高約125m。

③在高位水池北側(cè)新建西區(qū)管網(wǎng)變頻供水泵站一座，近期設(shè)計(jì)規(guī)模Q=190m3/h，揚(yáng)程20m，遠(yuǎn)期規(guī)模Q=400m3/h，預(yù)留遠(yuǎn)期水泵基礎(chǔ)位置。泵房包括設(shè)備間、監(jiān)控室及工具間，建筑面積約80m2，地坪標(biāo)高約124m；泵房及高位水池用地面積3154m2。④新建二次供水管網(wǎng)系統(tǒng)4313m，從市政給水管網(wǎng)引一條給水管至無(wú)負(fù)壓泵房，經(jīng)疊壓后輸送至高位水池，再通過(guò)給水加壓泵組給西片校區(qū)建筑物供水，給水管徑DN100—DN300。二次供水管網(wǎng)DN300管長(zhǎng)約945m，DN250管長(zhǎng)約1186m，DN200管長(zhǎng)約1830m，DN150管長(zhǎng)約17m，DN100管長(zhǎng)約335m。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著某高校發(fā)展的日益加快，學(xué)校規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，原有的供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足學(xué)校發(fā)展的需求。為解決某高校的供水不足、二次供水管網(wǎng)不完善等問(wèn)題，提出二次供水方案。在接到任務(wù)后，單位成立專項(xiàng)設(shè)計(jì)小組，多次到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，詳細(xì)了解學(xué)院內(nèi)的管網(wǎng)現(xiàn)狀，在聆聽(tīng)業(yè)主的具體要求后，針對(duì)管網(wǎng)路由、無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備選型等兩大重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究分析。

為確保學(xué)院的供水安全，設(shè)計(jì)小組在供水工藝中額外增加高位水池的容量，并本著合理設(shè)計(jì)，節(jié)約投資的原則，對(duì)供水工藝的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)多個(gè)不同的設(shè)備供應(yīng)廠家進(jìn)行咨詢。研究認(rèn)為，在高位水池能確保供水安全的前提下，輸水管路上的兩座無(wú)負(fù)壓泵房的供水安全性可適當(dāng)降低，通過(guò)采用定時(shí)提升和低峰期抽水的策略，解決高峰時(shí)期學(xué)院供水與外單位供水搶水、形成管道負(fù)壓的矛盾，緩解了該片區(qū)的市政供水壓力。二次供水系統(tǒng)建成運(yùn)行至今，節(jié)能節(jié)水效果顯著，改善了校區(qū)的供水水質(zhì)，保障了用水安全，對(duì)國(guó)內(nèi)其他高校或者小區(qū)管網(wǎng)改造工程設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。