对农村供水工程重力输水技术探讨

【前言】对农村供水工程重力输水技术探讨由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。一是在供水区域较大时,管网首末高差大，压力不稳定，合理分配和控制管内压力难度大，压力保护设施失灵时容易发生爆管等破坏现象。二是管网所经地段地形复杂，铺设管道起伏不平，输水过程中容易产生气阻等不稳定因素。三是农村群众居住分散，输配水管道长，投资大，用...

摘要：重力式输水是给水工程中一种比较理想的供水方式，它具有省电、节能、投资省、成本低、运行管理简单、方便等优点，本文着重介绍了重力流输配水过程中存在的主要问题,提出了解决思路和具体措施，以供在解决农村饮水问题时参考。

关键词：农村供水 重力流输水重要性

0引言

某县地貌为以县城为中心的凹陷盆地,四周是海拔高达1000多米的大山,具有山溪水多，水库多等特点；为了解决农村饮水安全问题，充分利用水源条件，选择小溪水、水库水作为供水水源，采取重力流进行输配水，已建成了几处供水工程，解决了本区几万人的饮水不安全问题，取得了较好的社会效益和经济效益。通过不断的探索和实践，积累了一定的经验。

一、利用重力流供水时存在的主要问题

一是在供水区域较大时,管网首末高差大，压力不稳定，合理分配和控制管内压力难度大，压力保护设施失灵时容易发生爆管等破坏现象。二是管网所经地段地形复杂，铺设管道起伏不平，输水过程中容易产生气阻等不稳定因素。三是农村群众居住分散，输配水管道长，投资大，用水量小，单方水成本、费用高。

二、主要解决途径

（一）合理确定管径，减小工程造价

在工程设计中通常采用通用程序对管道阻力进行计算，如假设一个流速，计算管径和阻力损失；或者假设一个管径， 计算流速和阻力损失。但对于重力流管道没有引起足够的重视，只是根据经验估计流速来确定管径， 没有根据具体情况作具体的分析计算， 容易造成设计失误。因此，有必要对其进行深入的分析，找出正确合理的计算方法。

第一，确定输水管道内径。管道设计内径d(m)，应根据设计流量和设计流速确定。

式中：D-管道计算内径(m)；Q-管段设计流量(m3/S)；Ve-流速(m/s ) 。

重力流输水时，我们不主张采用经济流速，而是使用安全流速，即管网运行安全的流速，要比经济流速大的多，从上式可以不难看出，当流速增大时管径自然就小了。

第二，水头损失计算。沿程水头损失，按下式计算：

h1 =i×L

PVC-U硬塑料管的单位管长水头损失计算：

式中: h1-沿程水头损失(m)；L-计算管段的长度(m)；i-单位管长水头损失(m／m)；d-管道内径(m)。

从表1可以看出，根据地形，重力流输配水时，大都因纵坡比较大，有效水头比较富余，采用了较经济流速大的安全流速，选取DN160作为我们设计的取用值，这样，合理地减小了管径，节省了投资。

(二)适当设置镇墩，确保管网运行安全

为保证管网稳定运行，要在管道沿线的长水平段、斜坡道、拐点等必要位置设置镇墩。同时在供水管网线路选择时，应力求直线，但在安装管道中根据管材的弯曲自然摆放，这样可以省去伸缩节，既方便施工，又节省造价。

(三)合理安装进(排)气阀，提高输水效率

由于农村供水受劳动时间和用水习惯的影响，用水时段相对集中，管内流量、流速不断变化，管道需要频繁排气、充气，而且当进、排气不畅时，容易形成负压，对管道的破坏性极大，因此进、排气问题是重力流输水安全运行的最主要问题。而在管道长水平段、上坡段、下破段以及管线高点、管线低点和变坡转折点合理安装进(排)气阀，即可有效地减少气囊对管道的破坏作用和堵水现象，解决有压管道在重力流输水效率不高和管网运行不稳定、不安全问题。

因利用重力流输配水的农村供水工程大都地形复杂多变，在工程施工时为了减小工程量，通过压力输水管道沿地标埋设在最大冻土层以下，随地形起伏变化大，当管道系统在充水、泄水至正常运动中的气运动、气水混合运动、水运动呈现多种复杂的运动形态，应按各处特点分类进行进（排）气阀的设计安装。在上坡管段以排气为主、进气为辅，下坡管段以进气为主、排气为辅；水平管段应按流速计算适当设置。高点处为上坡管段终止点，应设排气阀，低点处不设空气阀门，变坡转折点为下坡的起点应重点设置空气阀。进（排）气阀设计可按下式计算:

式中：do-进排阀通气直径（mm）；Do-被保护管道内径（mm）；v-水流速度（m/s）；v0-进排气阀排出空气流速（m/s）,计算时可取45m/s。

(四)通过安装减压设备；确保供水压力合理

规范规定高差超过40m或管网水头超过60m设置减压阀,必要位置设置安全阀。在利用重力流输配水时动水压力可以通过减小管径,有效地增大沿程水头损失来控制,但静水压力只能通过减压井、减压阀来控制。减压井工程量大且自控程度不高，当流量等变化时调节不灵敏，容易溢水。在我们的实践中发现可选择能减动水压力和静水压力的200XP型的减压阀，自控程度高，调节压力灵活便利，保证率较高。安减压阀要注意以下事项:

1、减压阀可垂直或水平安装，安装中应注意减压阀进出水方向，不可颠倒。

2、减压阀前应设计和安装过滤器，以便保护减压阀，延长使用寿命。安装减压阀之前必须对管路系统进行冲洗清理，以防止焊渣等脏物流入阀门，影响阀门正常工作。

3、减压阀前应设截止阀，一般安装在过滤器前，便于维修时切断水源。为保证用户的不间断供水，必要时应采用并联安装方式，此时减压阀前后都应设置截止阀。

4、减压阀前后如设置压力表，压力表与减压阀门进口或出口端应保持5DM以上距离。

5、减压阀出水端可设置软接头，便于安装维修。

6、减压阀内部为精密组件，运输及安装过程中切不可用力摔打。减压阀内部有橡胶材料，运输、存放及安装时均应远离炽热环境（如电气焊等），防止橡胶过早老化。

(五)通过各种措施，减小水锤危害

在正常运行过程中，还需要考虑水流瞬变状态水锤对压力管道的影响，事实上很多管道破坏与水锤有直接关系。水锤对管道的危害，可以采取有效保护措施。水锤水头分为直接水锤水头和间接水锤水头，分别可按下式计算：

式中：Hd-直接水锤水头(m)；Hi-间接水锤水头(m)，关闭为正，v0-开阀为负；v0-阀门前水的流速(m/s)；g-重力加速度,g=981m/s；Tg-关闭阀门时间(s)。

从水锤计算公式表明影响水锤压力的主要因素有阀门启闭时间、管长、管内流速，可针对以上因素在管道设计和运行管理中采取以下措施避免和减小水锤危害。一是由于水锤压力与管道长度成正比，因此在设计时可隔一定距离(最长不超过500m)设置具有自由水面的进(排)气阀或安全阀，以缩短长度削减水锤压力。二是在设计和施工时为了方便检修和管理，可隔一定距离安装检修或节制阀门。三是由于水锤压力与管内流速成正比，因此在设计时应控制管内流速不超过最大流速限制范围。四是操作运行时应缓慢启闭阀门以延长阀门启闭时间，从而避免产生直接水锤并可降低间接水锤压力。

（六）管道附件的设置

在一定长度的输水管道中要设置检修阀门。检修阀门的间距应根据管路复杂情况、管材强度，事故预期概率以及事故排除难易等情况确定，每5-10KM设置一个，在安装水力控制阀时，如单向阀、减压阀、空气阀等各阀门处，宜安装检修阀。

在输水管道安装各类管道处，宜安装伸缩器（或柔性接头），为防止管道地基不均匀沉降和温差应力威胁管道，可应考虑安装伸缩器。

三、主要成效

在沿山农村供水工程中利用重力流输配水，供水覆盖面大，每座水厂主管网长度都在几十公里，地面纵坡约为l/20～1/30，管网首末高差大， 水量、水质、水压保证率都极高，符合规范规定,且使用方便可靠。

有效安装进(排)气阀、减压阀、安全阀等管网保护设备，有效地减少了气囊对管道的破坏作用和堵水现象，解决了有压管道在重力流输水效率不高和管网运行不稳定、不安全问题。

利用重力流输配水,具有有利的水力条件,流速受经济流速的限制小,只要选择合适的安全流速,可减小管径约1/3左右，实现了最大程度上节省建设成本。

通过合理布置管网，整个管网系统中形成重力流输水，整个管网系统中不用任何动力提水，最大程度上节省了运行费用，而且方便了管理。

四、结语

解决农村饮水安全问题是当前水利工作的重中之重，但农村供水工程规模较小，用水户经济条件和用水设施相对较差，居住分散，用水量小。按照科学发展观的要求，为切实解决农村群众的饮水问题，工程设计和实施中充分考虑了管理方便、运行费用低等因素，在本文中沿山农村饮水安全工程中应用重力流输配水。实践证明，重力流输配水具有投资省、运行费用低、管理方便简单等优点，在农村供水工程中具有广泛的推广应用价值。

注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开