刘桂香,刘 静
(1.青岛市工程咨询院,山东 青岛 266061;2.青岛青咨工程咨询有限公司,山东 青岛 266061)
在村镇供水工程中,设计流量的计算成果对管网管径的选择起着决定性作用,而管径选择是否适宜不仅影响供水工程投资,而且会影响运营期间使用效果。从近几年审核的村镇供水工程设计中,设计流量的计算主要选用了两种方法:人均用水当量法、出流概率法。本文以青岛市村镇供水工程设计中常采用的这两种方法、并结合实例,对两者的适用性进行探讨。
人均用水当量法是根据人均用水当量、各管段用水人口及用水大户的配水流量计算确定个管段的沿线出流量,计算公式如下:
式中:q为人均用水当量,L/(h·人);W为村或镇的最高日用水量,m3/d;w1为企业、机关及学校等用水大户的用水量之和,m3/d;Kh为小时变化系数;P为设计用水人口数,人。
人均用水当量确定后,管网沿线流量根据Q=q·P公式计算。
采用出流概率法计算设计秒流量是目前《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2009)(以下简称《建筑规范》)推荐使用的方法。此规范适用于居住小区、公共建筑区、民用建筑给水排水设计。此方法使用平均出流概率和同时出流概率的概念计算管段的设计秒流量。
1)最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率:
式中:U0为生活给水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率,%;qL为最高用水日的用水定额;m为每户用水人数;Kh为小时变化系数;Ng1为每户设置的卫生器具给水当量数,一个卫生器具给水当量的定额为0.2 L/s;T为用水时数,h。
2)管段上的卫生器具给水当量的同时出流概率:
式中:U为计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率,%;αc为对应于不同U0的系数,根据《建筑规范》附录C查表;Ng为计算管段或节点的卫生器具给水当量总数。
3)管段的设计秒流量
以青岛市某村内供水工程为例进行说明,设定该村的人口数和用户数简化为每1户3.5人(比实际偏大),根据青岛市村镇供水的实际情况,地域分区按三区取最高日居民生活用水定额70L/人·d,小时变化系数取 2.5。
根据《村镇规范》,公共建筑用水量取居民生活用水量的5%,管网漏失水量和未预见水量取10%,不计企业、机关及学校等用水大户的用水量,求得人均用水当量为8.385L/(h·人),并计算出相应的流量、管径。
根据《建筑规范》,每户设置的卫生器具给水当量数取 1.5,得 U0=4.051%,αc=0.0465,并计算出相应的流量、管径。
现状条件下,农村人口正在向城市和小城镇转移,留在村内的人口大多是常年在家、年龄偏大者,达到最高日用水量的工况一般为特定节假日,并且三餐时间节点用水均匀。经调查走访,3口之家的月用水量最大为 9.0 m3,8.0 m3、7.0 m3、6.0 m3居多,最少的达到3.5 m3。
根据《村镇规范》《建筑规范》计算的实例中的 15户、36户、56户、76户、98户、131户、226户、326户的设计流量进行对比分析。《村镇规范》中采用人均用水当量法计算的设计流量成果最接近于实际调查最大值,倍数在0.95左右。而平均出流概率法计算的设计流量是实际调查最大值的9.45~2.44倍,平均出流概率法计算的设计流量是人均用水当量法的10.25~2.62倍,并且户数越少相差倍数越大、户数越多相差倍数越小。经试算,两种方法计算成果的切合点在户数为6 860户时,流量相同为55.93 L/s;在户数为1 500户时,平均出流概率法计算的设计流量是人均用水当量法的1.5倍。
当采用的设计流量远远大于实际用水流量的情况下,导致拟定管径偏大,实际流速偏小,容易造成管道内的水停留时间过长,造成水质污染,长时间会导致管道通水能力逐渐变小。此外,管径设计偏大,增加供水管网工程投资。
考虑到工程供水安全的重要性,以经济合理、贴合实际为原则,适当预留一定的安全系数,建议当村镇户数小于1 500户时,优先采用人均用水当量法;当户数大于1 500户,优先采用平均出流概率法。