大型小区供水管网系统改造设计研究

大型小区供水管网系统改造设计研究

黄辉 肖星 范雪美 邓喆

广州市设计院集团有限公司 510000

摘要:基于JIETU市政管线协同设计软件开展研究工作，建立多水源环状管网平差计算模型，与用户实际用水情况相结合，得出最具供水经济性的给水改造方案。在满足消防等工况用水外，同时保证终端用水安全性和可靠性。该改进不仅能有效的解决传统供水系统改造设计过程中的不合理之处，还能降低后期管网维护难度和节省工程建设成本，为类似的供水管网改造工程提供参考价值。

关键词：大型小区；供水；管网改造；水力计算；经济；优化设计

1引言

城市供水是城市赖以生存的命脉，是保障城市居民生产生活以及城市发展建设的重要基础建设。而供水管网系统则是城市供水的重要组成部分，是直接关系到终端用户的实质的生产生活中。目前随着国家的经济腾飞，城市区域快速扩张，城市人口急剧增加，导致城市用水量以及供水系统终端用户量也急剧增加，这对城市供水系统来说是一个持续的压力和挑战。虽然供水管网系统的改扩和新建会紧跟城市发展的需要，但是供水管网系统是一个整体工程，新建系统往往会与旧系统相连，而其中存在有老旧破损或设计不合理的输水管线，导致旧系统产生供水漏损现象严重，其极大的影响了用户的用水可靠性，并对我国本不丰富的水资源造成严重的威胁。而大型小区的供水管网系统是城市供水管网系统的缩小，其较普通小区的用水情况更为复杂，加之用水量基数大，若遇到用水高峰期或火灾，极大的可能会影响其内部及周边用户的用水可靠性^【1】。管网改造既可以满足用水需求、提高管理水平，而且有助于节能降耗，保障供水系统长期运行的安全可靠性^【2、3】。因此面对新建或改建大型小区的供水管网系统，有必要优化现有的管网水力计算方式，综合考虑多种用水情况，如消防等极端的用水情况。

本文以华南农业大学为研究对象，利用JIETU市政管线协同设计软件建立多水源环状管网平差计算模型，基于校园现状供水管网布置情况，对比传统供水管网改造方案，提出最具供水经济性供水方案，本次供水改造方案较具有研究意义和实际应用价值。

2.工程概况

本项目位于华南农业大学校园内，土地总面积8306余亩，其中天河五山校部4443余亩，增城教学科研基地3863余亩。现有全日制在校生4.3万余人，教师职工约3400人，本项目以五山校区为研究对象。

2.1供水水源

五山校区内除五山分区由广园路市政单独供水，整个校区按两路市政供水考虑，水源分别引自农科院内及岳州路上的DN600市政自来水管，市政压力为0.108MPa；引入管上设阀门、水表及倒流防止器，作为本校区生活及消防用水源。

2.2现状给水水源

校园内共有两个供水设施点，即两座调蓄加压泵站；另外，校区中央高处设置有调蓄构筑物，即一座高位水塔及一座高位水池。具体参数如下：

表1 现状水源设施

2.3现状供水量

根据校方统计，近些年华南农业大学抄表水量如下。

表2 近些年华南农业大学抄表水量数据统计表

• 年份	2015	2016	2017	2018	2019	平均值（m3）
  年总用水量（m3）	66459993	6574458	6415455	6302491	6098523	6407384
  平均每月用水量（m3）	553833	547872	534621	525208	508210	533949
  平均每日用水量（m3）	18461	18262	17821	17507	16940	17798

2.4现状存在问题

校区内供水管网管径为DN25~DN500，主体为环状布置，个别分区为支状布置。通过现场踏勘了解和现状管网初步平差分析，存在以下问题：用户供水压力不足、高峰需水量时已超负荷运行、供水保障率较低。

3供水系统改造

3.1改造原则

（1）考虑运营管理要求，集中设置自来水加压站，采取市政水泵加压供水方式。各供水片区压力控制在0.20MPa~0.45MPa，根据管网水力计算，确定加压站水泵杨程。

（2）根据所需水池调蓄容积计算，扣除现有水池的有效容积，确定新建水池容积。

（3）根据管网水力计算，局部管径水头损失较大，影响末端用户水压的管段将进行管网改造。

3.2设计供水量

本次供水改造范围包括启林区、五山区、燕山研究生区、新宿舍区、华山区等片区的供水管网。校园内采用集中供水方式供水，园区给水系统设计用水量包括生活冷、热水及消防用水，设计用水量分布如下：

表3 设计用水量

校园内总人口约4.64万人，室外消火栓按30L/s，火灾持续时间按3h考虑，一次火灾总用水量648m³。

3.3平差过程及分析

管网平差是在初步分配流量，确定管径的基础上，重新分配各管段流量，经平差反复计算，直至同时满足连续性方程组和能量方程组的计算过程。管网计算目的在于求出各个水源节点（如泵站、水塔等）的供水量、各管段的流量和管径以及全部节点的水压^【4】。

根据校方提供的供水管线物探资料，供水管网管径范围为DN25~DN500，管线布置错综复杂，笔者需对根据实际情况，以DN150~DN500供水主管为研究管段，进行平差分析。针对现状供水管网，管网平差分析如下图所示。

图1 改造前管网平差分析示意图

经平差计算，改造前现状全校环状管网最不利点最低水压为0.20MPa（节点JA186），无法满足48#楼第6层24m的用水压力需求。通过现状加压泵站和水塔改造、新建加压泵站及新建供水连通管，改造后管网平差分析如下图所示。

图2 改造后管网平差分析示意图

经平差计算，改造后全校环状管网最不利点最低水压为0.26MPa时，本次平差提出接入点所需的自由水头为加压站①位置64.936m（节点JA1）、65.192m（节点JA45）、65.424m（节点JA52），加压站②位置44.210m（节点JA36），水塔位置27.922m（节点G215）。

设计各水源点水压：加压站①三个位置均约为65m，加压站②位置为44.21m，水塔位置为27.922m，管网平差再计算后，均满足事故校核及消防校核工况要求。

事故校核时，最不利点（节点JA186）自由水头为26.422m，满足不小于26m的最低水压要求。

消防校核时，最不利点（节点JA148）自由水头为22.496m，满足不小于10m自由水头要求。

3.4设施改造及费用

加压站①内现有四台水泵，单泵Q=280 m³/h，H=55m，N=70.8kW。更换水泵，扬程提高至70m。加压站②内现有六台水泵，三台主泵Q=400m³/h，H=40m，N=90kW，三台副泵Q=150 m³/h，H=40m，N=37kW。更换水泵后总流量为Q2=900m3/h，扬程改造为50m。

水泵扬程及流量满足需求，故不作改造，但水塔及高位水池进水管为加压站①供水，容易形成短路。因水塔高约30m，拟将水塔进水管改造为水塔下泵房抽高位水池水加压进水，再由水塔的静水压力供管网用水。新建加压站采用地上式一体化箱式泵房，水泵总流量Q=593m3/h，扬程H=65m。

传统供水改造方案一般是针对管径较小难以满足水量要求的管段，以扩管或增设并联管段方式

^【5、6】，改造内容包括现状加压泵站和水塔改造、新建加压泵站，同时新建较多的并列主管及支干管，估算总投资约1800万。采用管网平差计算分析后得出的改造内容包括主要包括现状加压泵站和水塔改造、新建加压泵站及新建供水连通管，减少了并列主管的敷设，以较为经济有效的改造方案，提高了现状供水管网的供水能力及安全性，该方案估算总投资约929万，比传统改造方案节省约50%造价，较为经济。

4.结语

本工程以华南农业大学为研究对象，基于JIETU市政管线协同设计软件的管网平差分析，获得较为经济有效的供水设施改造方案，有效解决现状供水系统水压水量不足的问题，同时降低后期管网维护难度，为类似的供水管网改造工程提供参考价值。

参考文献：

[1]许玫，市政给排水设计与城市规划研究[J].科技致富向导,2012(5).

[2]张卫金，王晓兰，李晰.小区庭院给水管网改造设计优化[J].给水排水，2016,42(7).

[3]马海宁.给水管网水力建模的用水模式研究[J].给水排水，2008.34(1).

[4]郑波等.基于供水管网建模的管网改造方案研究[J].给水排水，2019,(4).

[5]黄慧娴.关于城市给水管网改造若干问题的探讨[J].广东建材,2008(2).

[6]张东波，徐海燕，肖敏杰.某高校给水管网改造工程方案设计[J].给水排水，2014,40(1).