给水管网设计的几点体会

摘　要：为了更加深刻了解给水管网设计计算原理及其相关规定，本文就管网定线、消防流量、大用户、消防校核和管网平差几个问题谈了实际管网设计过程中的几点体会，并给出了详细的解释。

关键词：给水管网; 管网定线; 大用户；管网平差
　　前言：城市给水管网设计步骤衔接紧密，通常要经过确定供水方案、管网定线、计算节点流量、分配管段流量、初选管径、管网平差、管网校核等步骤。作为工程设计人员，要想做出优秀的设计，对于每一步都应该有深刻的理解，不仅知道如何做，更应该知道为什么要这么做。下面就谈谈给水管网设计过程中的几点体会。
　　1、 管网定线时要注意间距的要求
　　《给水工程》对于给水管网定线有这样的规定：按先大后小的原则，沿着水流方向相隔一定距离平行的布置主干管，然后相隔一定距离在主干管之间布置连接管，形成环状。一般规定主干管之间的距离是500-800米左右，连接管之间的距离是800-1000米左右。[1]那么这样距离的规定是基于什么理论呢？给水管网设计的一个重要内容就是确定各管段的管径，管径的确定依据是管段中的管段流量，管段流量是以节点流量和连续性方程为依据进行分配的，节点流量是由沿线流量转换而来的。这里又提出一个新的问题，沿线流量为什么要转换成节点流量？由于管段两边用户的存在，管段需要沿途配水，由于管段沿线向外配水，所以沿着水流方向管段中的流量是减少的，根据管径是由流量来决定的，所以管径也应该是逐渐减小的，理论上最经济的管径应该是喇叭口形状（管段连续均匀配水）或者是阶梯形状（管段不连续配水），如图1所示,但是，实际的管段并没有喇叭口形状的，管径也是不连续的，所以，仔细去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只有当其累积到一定量，足以引起管径变化的时候计算起来才有实际意义。这样，就可以不考虑实际沿线配水的情况，而把一定长度管段上的沿线流量用一个等效的流量来代替，即节点流量，这个等效代替的过程就是把沿线流量转换成节点流量。在这个解释过程中，实际上也解释了管

图1




网定线中距离的规定。管网定线距离的规定其实质是对管段长度的规定，划分设计管段时，若管段长度取值太小，该管段上的沿线流量累计值不足以引起管径的变化，计算起来没有实际意义，若管段长度取值太大，则沿线流量的累积值早已引起管径的变化，就应该在引起管径变化处增加节点，把该管段划分为两个设计管段。实际设计中，可能由于街道的限制无法增加连接管，使得单个设计管段太长，通常的做法是直接增加节点。这里仅仅讨论了管网定线时为什么要规定距离，没有讨论距离取值的合理性。
　　2、管网设计流量计算时不加入消防流量
　　管网设计是按照最高日最高时流量进行的，最高日最高时流量中是不包括消防流量的。按照工程设计最不利原则，仅从流量来考虑应该是最高日最高时发生火灾时为最不利情况。但是，我们国家执行的是低压消防模式，在着火点只需要满足10米服务水头就可以了，所以从服务水头的要求上来看这比生活服务水头要低。这种规定笔者认为是很有道理的，一方面，如果管网设计时就加入消防流量，势必增大管网的规模，增大投资，另一方面，城市发生火灾的概率是很小的，发生火灾时，牺牲一部分利益（服务水头降低，部分用水点断水）用水户基本能够接受[2]。
　　3、消防校核其实质就是一种验证
　　消防设计一直是给水排水专业设计工作中的重中之重，消防校核也是管网设计中的一个重要内容和步骤。由于给水管网设计时没有考虑消防流量，消防校核其实质就是一种验证，验证按照最高日最高时流量设计的管网和所选水泵能否满足消防时最不利点10米服务水头的要求。这里要强调的是消防校核是一种验证，而不是重新设计，有些设计人员在做消防校核时以最高日最高时流量加上消防流量，然后重新选管径、重新进行水力计算和重新选水泵，这其实是对消防校核的错误理解。这里提出一种建议：随着社会经济的发展，用户对供水安全性要求的提高，即使发生火灾时也不希望停水，经济因素不再是主导因素，用户需求是主导因素，管网设计就应该以最高日最高时流量加上消防流量作为设计流量了，这样虽然增大了工程投资，但可以带来两个好处，一是火灾时不停水，二是不发生火灾时管网水头损失下降，对节省运行费用是有好处的。消防校核这个步骤就可以省略了。
　　4、管网平差的目的是使设计更加符合实际情况
　　管网平差是给水管网设计计算中最不好理解的一个环节，现在计算机平差取代了原来繁琐的手工平差，设计人员操作起来简单多了，但是很少有人去想为什么要进行管网平差。实际的管网水流中，总是自动的同时满足能量方程和连续性方程，而设计时，无论是初分流量还是初定节点水压，仅仅是满足连续性方程或者能量方程。这就说明我们设计的这种情况在实际管网水流状况中永远都不会发生，也就说明我们的设计偏离了实际情况，符合实际情况的设计才是最合理的设计。既然偏离了实际情况，所以我们就不能根据初分流量或者初拟压力进行后续步骤的计算，这就要求对初分流量或者初拟压力进行调整，使之趋向或者接近实际情况。这种调整的过程就是管网平差。所以管网平差的目的就是使得我们的设计接近于实际情况。管网平差可以调整流量，也可以调整管径，因为管径是不连续的，而流量是连续的，调整流量便于操作，所以实际管网平差通常是调整流量。
结束语：
　　知其然且知其所以然，才能融会贯通。设计中碰到的实际情况是千变万化的，能够根据实际情况合理的选择设计方案，在不违背设计原则的前提下灵活有效的采取各种措施，使得设计符合实际情况，这对于工程技术人员做出优秀的设计是至关重要的。
参考文献:
[1] 严煦世. 给水工程[M]第四版. 北京:中国建筑出版社. 1999
[2] 金建华. 给水管网计算中若干问题的讨论[J]. 建材高教理论与实践.1997.4. 62-63
[3] 杨玉奎. 规划设计中给水管网计算方法的改进. 广州大学学报[J]  2004.5  466-469