在输水工程中,安全供水非常重要,因此本条例制定了严格规定。
本条文规定了“输水干管不宜少于两条,当有安全贮水池或其他安全措施时,也可修建一条”。采用一条输水干管的规定,适用于输水管道距离较长,建两条管道的投资较大,而且在供水区域输水干管断管维修期间,有满足事故水量的贮水池或者或其他安全供水措施的情况。采用一条输水干管也仅是在安全贮水池前,在安全贮水池后,仍应敷设两条管道,护卫备用。当有其他安全措施时也可修建一条输水干管,一般常用的为多水源,即可由其他水源在事故时补充。
输水干管断管的事故期间,允许降低供水量,按事故水量供水,事故水量是城镇供水系统设计水量的70%。因此,无论输水干管采用一根或者两根,都应进行事故期供水量的核算,都应满足安全供水的要求。
日本水道协会2004年版《水道设施设计指针》中规定“当输水设施发生事故时,会导致大范围停水或输水量下降,要求输水设施在保证必要输水量的同时,其可靠性要强,输配水设施有无形成网络系统的,都应设置两条以上输水管线”。
7.1.4 关于输水管道运行中,应保证各种工况不出现负压的原则规定。
输水管出现负压,水中的空气易分离,形成气团妨碍通水,同时还会造成水流的不稳定,另外也可能造成管外水流的渗入,造成污染。一般输水管线宜埋设在水力坡降线以下,这样可保证管道水流在正压下运行。
7.1.5 关于输水形式的规定。
采用明渠输送原水主要存在两方面的问题,一是水质易被污染,二是容易发生与工农业争水,导致水量流失,因此本条文中规定原水输送宜选用管道或暗渠(隧道);采用明渠输水宜采用专用渠道,如天津“引滦入津”工程。
为防止水质污染,保证供水安全,本条文中规定清水输送应选用管道。若采用暗渠或隧道,必须保证混凝土密实,伸缩缝处不透水,且一般情况是暗渠或者隧道内压大于外压,防止外水渗入。
7.1.6 关于输水管道输水方式的规定
输水方式的选定一般应经技术经济安全比较后确定。近年来国内有些城市出现“重力流现象”,即重力流水厂随着供水区域的扩大,用不断降低水力坡度方式来适应供水区域的扩大,形成大管径地留宿的现象,管道的流速经常在低于经济流速的状态下进行,这是不合理的。
7.1.7 关于长距离输水工程的原则规定。
由于经济的发展和人民生活水平的提高,城镇用水量随之增加,同时供水水源水质污染也日
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趋严重,形成一些城镇附近的水源已不能满足所需水量和水质的要求,因此近年来长距离输水工程愈来愈多,技术问题也愈来愈复杂,有必要在规范中增列相关规定。
长距离输水是一项复杂的综合性工程,如天津引滦入津工程,工程规模50m3/s(隧洞设计流量为60m3/s),输水距离234km。工程内容包括:隧洞、河道整治、修建调蓄水库、建专用明渠、加压泵站、输水管道和净水厂。目前国家计划建设的南水北调工程更为复杂,涉及问题更多。另外长距离输水工程尚未有确切的界定,因此本条内容适用范围是:城镇生活用水,输水形式为封闭式(管道或暗渠等),并且一般指输水距离较长,断面较大,压力较高的工程。
长距离输水工程应遵守本规范第七章输配水中相关条款的原则规定。又从长距离输水工程的重要性、安全性、复杂性和合理投资的需要,制定了管线选择、输水系统优化、管材设备比选、经济管径的确定、水锤分析计算和防护,以及测流河测压点、遥测、遥讯、遥控等设置内容的各项规定。
长距离输水工程设计原则为:
1 根据本规范7.1.1条规定,对拟定的管线走向,渗入实地调查研究,并进行技术经济比
较,选择安全可靠的输水线路;
2 对选定的输水管线绘制管线纵断面图,根据本规范第7.1.2条规定计算设计水量,按照
本规范第7.2节规定的水力计算方法,对各种运行工况(设计工况、流量大于或小于设计时的工况、事故工况等),在输水方式(加压或调压)、管线根数和本规范第7.1.3条安全供水的规定进行水力计算和绘制水力坡降线,初定管材和管压,进行输水系统的技术、经济、安全方面的综合比较,选择运行可靠的输水系统。
3、根据本规范第7.4.1条规定,对管材进行技术、经济、安全方面的比较优化。 4、对已选定的管材,按“现值法”或“年值法”进行经济流速的计算,确定经济管径。 5、长距离输水管道由于开(关)泵,开(关)阀和进行中流量调节引起流速变化产生的
水锤,危害更大,往往是爆管的主要因素,因此必须进行水锤分析计算,研究消减水锤的方法,并对管路系统采取水锤的综合防护措施。一方面控制管道的实验压力;另一方面防止管道隆起处和水压较低处的水柱被拉断,避免水柱弥合时产生断流水锤的危害。防止管道断流弥合水锤的有效办法是设置调压塔注水和空气阀注气。调压塔注水的方法效果好,但比较麻烦,空气阀注气的方法简单,但是排除管道中的气体困难,特别是在可能出现水柱弥合处,排气必须缓缓地进行,否则引起的压力升高危害也很大,甚至造成爆管。
长距离输水管道水锤的分析计算可根据工程的规模、重要性以及不同的设计阶段采用相
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应的方法,目前采用电算方法比较普遍。
6、应根据本规范第7.4.4条规定设置管道的支墩,根据本规范第7.4.5条、第7.4.6条、
第7.4.7条、第7.48条、第7.4.9条和第7.4.10条规定确定管道附属设施。
7、应根据本规范第7.4.4条规定的原则设置通气设施。长距离输水管道中水的流动是很
复杂的,经常出现水气相间甚至气团阻水的现象,影响输水能力,增加能耗和危害管道的运行安全。管道中设置的空气阀,可在管道系统启动(充水)时排气,检修(泄水)时向管道体注气,防止管内出现真空,在管路进行时,又能及时地排除和补充管道内的气体,使输水管道安全进行。
长距离输水管道应根据管线的纵向设计、管道的断面、设计设计水量、工作压力和功能
的要求,分析计算确定空气阀的位置、数量、型式和口径。
8 应根据本规范第11.2.3条规定设置测流、测压点,根据本规范第11.3.2条规定设遥测、
遥讯、遥控系统,为工程的安全运行和科学的管理等创造条件。
9 应根据本规范第7.3.7条、第7.3.8条规定,研究穿越工程的设计和施工方法。 10 应根据现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268规定,进行管道
水压试验及冲洗消毒的设计。
10 重要的和大型的长距离输水工程应做数学水力模型,验证输水工程的设计合理性和安
全可靠性。
2 对于管道根数(如采用单管时,必须考虑设置调蓄水池或其他安全措施)和输水方式(重
力流、压力流或二者并用)等,按不同工况分析(设计流量,大于或小于设计流量及事故状态等),进行系统方案设计比选;
3 根据工程的具体情况进行管材、设备的比选;
4 计算分析比较不同管径的流速,选择经济流速,确定经济管径; 5 大型长距离输水工程宜做数学水力模型试验。 7.1.8 关于配水管网布置的原则规定。
城镇供水安全性十分重要,一般情况下宜将配水管网布置成环状。考虑到某些中、小城镇等特殊情况,一时不能形成环网,可按枝状管网设计,但是应考虑将来连成环状管网的可能。
7.1.9 关于严禁生活饮用水管网与非生活饮用水管网连接的规定。
我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749)明确规定“各单位自备的生活饮用水供水系统,不得与城市供水系统连接”,结合国内发生的由于管道连接错误造成的饮用水污染事故,故作出本条文规定。
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7.1.10 关于配水管网设计水量和设计水压计算及校核的规定。
为合理确定配水管网的管径、水泵扬程及高地水池的标高等,必须进行配水管网的水力平差计算。为确保管网在任何情况下均能满足居民的用水要求,配水管网除按最高日最高时的水量及控制点的设计水压进行计算外,还应按发生消防时的水量和水压要求、最大转输流量及干管事故水量等三种情况进行校核;如校核结果不能满足要求,则需要调整某些管段的管径。
7.1.11 关于管网优化设计的规定
管网优化设计是在保证城市所需水量、水压和水质安全可靠的条件下,选择最经济的供水方案及最优的管径或水头损失。设置和运行都会影响管网的经济指标。因此,要对管网主要干管及控制出厂压力的沿线管道校核其流速的技术经济合理性;对供水距离较长或地形起伏较大的管网进行设置加压泵站的必选,对昼夜用水量变幅较大供水距离较远的管网比较设置调节水池泵站的合理性。
7.1.12 关于压力输水管道削减水锤的原则规定。
由于开泵、停泵、开阀、关阀等造成管内水流速度的急剧变化,从而产生水锤,危及管道安全。因此,压力输配水管道应进行水锤分析计算,采取措施削减开关泵(阀)产生的水锤,和防止在管道隆起处和压力较低的部位产生水柱拉断,产生的水柱弥合水锤。工艺设计一般应采取措施,使管道在削减后的残余水锤作用下的设计压力小于管道试验压力。
7.1.13 按现行国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16)中“室外消防给水管道的最小直径不应小于100mm”和“室外消火栓的间距不应超过120m”的相关规定。
7.2 水力计算
7.2.1 关于管道水头损失计算的规定。
管道总的水头损失计算,通常把沿程损失和局部水头损失分别计算,而后把二者进行叠加,即为管道总的水头损失。
7.2.2 关于给水管道沿程水力计算的规定。
改革开放以来,给水工程所用管材发生很大变化。灰口铸铁管逐步淘汰。塑料管材(如热塑性的聚氯乙烯管、聚乙烯管和热固性的玻璃纤维增强塑料加砂管等)品种愈来愈多,规格愈来愈齐全,在给水工程中得到了愈来愈广泛的应用。近年来我国成功引进了大口径预应力钢筒混凝土管道生产技术,其管材已广泛应用在输水工程上。此外应用历史较长的钢管的防腐技术也有了长足进展,
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目前较普遍使用水泥砂浆内衬。这样原规范中所使用的以旧钢管和旧铸铁管为研究对象建立的舍维列夫水力计算公式的适用性愈来愈小。《建筑给排水设计规范》(GB50015)对原采用的水力计算公式进行了修正,已发行和正在修编的塑料管规程也规定了相应的水力计算公式。
欧美国家采用的水力计算公式和配水管网计算软件(一般多采用海曾-威廉公式),已在有些设计单位的工程实践中应用。该公式也在国内一些工程实践中应用,效果较好。基于上述原因,对原规范采用的水力计算公式进行了修改和补充。
由于各种管材的内壁粗糙程度不同,以及受水流流态(雷诺数Re)的影响,很难采用一种公式进行各种材质管道沿程水头损失计算。根据国内外有关水力计算公式的应用情况和国内常用管材的种类和水流流态的状况,并考虑与相关规范(标准)在水力计算方面的协调,本次修订制定了3种类型的水力计算公式。
lv21 塑料管的沿程水头损失计算采用魏斯巴赫—达西公式,即,hy?λ??,魏斯巴赫—
dj2g达西公式是一个半理论半经验的水力计算公式,适用于层流和紊流,适用于管流和明渠。已发行和正在编制的塑料管技术规定都采用了该公式。因为塑料管材的管壁光滑,管内水流大多处在水力光滑区和紊流过渡区,所以沿程阻力系数λ的计算,应选择相应的计算公式。《埋地硬聚氯乙烯
0.304λ?Re0.239计算。给水管道技术规程》(CECS17)规定水力摩阻系数λ按勃拉修斯公式《埋地硬聚
乙烯(PE)管给水管道技术规程》规定水力摩阻系数λ宜按柯列布鲁克—怀特公式
12.51△??2log[?]3.72djλReλ计算。此外内衬与内涂塑钢管也可参照公式(7.2.2-1)计算。
2 混凝土管(渠)及已做水泥砂浆内衬的金属管道,仍采用舍齐(CHEYY)公式,即
hyν2i??2lC?R,C?1Ry。y值的计算可根据水力条件,选用巴甫洛夫公式,即
n111/6y?2.5n?0.13?0.75R(n?0.1),或者y取6,选用曼宁公式即C?nR计算。管道水力计算一
般情况下多采用曼宁公式。公式(7.2.2-2)国内多用在输水管道。
对于管道水力计算,n值的选取是关键。由于近来制管工艺和技术的进步,管壁的光滑程度愈来愈好,因次n值也随之降低。已经发行的《埋地给水钢管水泥砂浆衬里技术标准》CECS-10:89规定粗糙系数n值不大于0.012。美国发行的《混凝土压力管》手册(M9)对于PCCP管建议:v为3ft时n取0.011,v为5ft时n取0.010。另外我国有些工程,如大连“引碧入连”工程、北京第九水厂等对水泥砂浆衬里钢管的n值进行了测试,设计人员可根据工程具体情况,结合有关资
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