張 杰，殷 政

（湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

在國家大力推動鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的背景下，作為鄉(xiāng)村重要基礎(chǔ)設(shè)施的農(nóng)村供水工程在全國范圍內(nèi)正如火如荼地建設(shè)著。在農(nóng)村供水工程中，由于地形復(fù)雜、用戶分散，給供水工程的設(shè)計增加了不少難度。

輸配水管道工程在農(nóng)村供水工程中所占的投資比例大、分布面廣、布置形式多樣、運行工況復(fù)雜，對農(nóng)村供水工程的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。近年來，農(nóng)村供水工程中的城鄉(xiāng)一體化、區(qū)域規(guī)模化等較大規(guī)模供水工程建設(shè)越來越多，出現(xiàn)了很多供水規(guī)模較大、供水距離較長的輸配水管道工程，對這類輸配水管道工程設(shè)計中的重難點進行梳理、總結(jié)很有必要。

1 重點難點探討

筆者結(jié)合多年來在農(nóng)村供水輸配水管道工程設(shè)計中的一些經(jīng)驗，就輸配水管道工程設(shè)計中較重要且容易出現(xiàn)偏差的五個環(huán)節(jié)（管道線路選擇、流量的確定、管材選擇及水力計算、管道附件的設(shè)置、工程量計算及概預(yù)算編制），從設(shè)計的一般原則、設(shè)計工作流程及設(shè)計中需要重點注意的事項幾個方面進行了歸納總結(jié)。

1.1 管道線路選擇

1.1.1 一般原則

輸水線路的選擇應(yīng)根據(jù)輸水方式、地形、工程地質(zhì)、交通運輸?shù)葪l件，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟比較后確定，并應(yīng)遵循以下原則：

1）盡量沿現(xiàn)有或規(guī)劃道路敷設(shè)，在避開毒害物污染區(qū)以及地質(zhì)斷層、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)構(gòu)造處，線路力求順直，盡量縮短管線的長度。

2）減少拆遷、少占良田、少毀植被、保護環(huán)境。

3）施工、維護方便，節(jié)省造價，運行安全可靠。

4）在規(guī)劃和建有城市綜合管廊的區(qū)域，優(yōu)先將輸配水管道納入管廊。

5）輸水線路應(yīng)盡量避免與河流、高等級公路、鐵路、堤防等發(fā)生交叉或重疊，當(dāng)輸水線路必須與河流、高等級公路、鐵路等交叉時，應(yīng)盡量利用現(xiàn)有設(shè)施進行穿越或跨越。

1.1.2 工作流程

1）根據(jù)項目確定的輸水管道起點和終點，在1∶10 000 地形圖或其他電子地形圖上按上述原則初步選定管道線路。

2）根據(jù)初選線路到現(xiàn)場進行察勘，察勘過程中如涉及公路、鐵路、堤防等情況時，應(yīng)邀請相關(guān)管理部門人員一同參與。

3）綜合現(xiàn)場察勘各方意見對初選線路進行調(diào)整并形成最終線路方案。

1.1.3 注意事項

輸水管道線路方案的確定是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了提高工作效率，減少返工等情況的出現(xiàn)，以下幾點是需要設(shè)計單位重視并嚴格做好的。

1）線路方案確定后，應(yīng)對建設(shè)單位及相關(guān)職能部門的會議紀要予以確認。

2）管道系統(tǒng)的輸水方式根據(jù)項目實際情況可采用重力式、加壓式或兩種結(jié)合的方式，并應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較后選定。

3）管道線路選取需考慮滿足單、雙管等施工條件的要求。

4）管道線路穿越鐵路、公路、高壓線、燃氣、地下國防光纜、河道等設(shè)施時，應(yīng)及時與相關(guān)主管部門溝通并按其行業(yè)要求進行穿越部分的專項設(shè)計。

1.2 流量的確定

1.2.1 輸水管流量

輸水管流量是從水源地通過取水構(gòu)筑物由管道輸送至水廠的流量。輸水管流量按最高日平均時供水量確定，并計入水廠自用水量和輸水管的漏損水量，即供水規(guī)模（水廠規(guī)模）+廠區(qū)自用水量+輸水管道漏損。

1.2.2 配水管流量

配水管流量通常是指水廠清水池的凈水經(jīng)水泵加壓或重力自流由管道供出的流量。根據(jù)是否直接供水到戶和供水量的大小，農(nóng)村供水工程中的配水管流量可以分為三類。

1）直接供水入戶的管道。當(dāng)配水管的供水人口較少、范圍較小時，配水管流量按《室外給水設(shè)計標(biāo)準》（GB 50013-2018）規(guī)定的最高日最高時流量計算將會小于實際需要的流量。此時配水管的流量類似于一個較小的建筑小區(qū)的室外配水主管，配水管流量應(yīng)采用《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準》（GB 50015-2019）規(guī)定的設(shè)計秒流量計算。隨著配水管的供水人口和范圍逐漸增加，計算出的最高日最高時流量也會隨之增大，當(dāng)增大到一定程度時，最高日最高時流量將會大于設(shè)計秒流量。此時配水管流量則應(yīng)采用最高日最高時流量。

由上述關(guān)于配水管流量的變化規(guī)律分析可知，當(dāng)配水管直接供水到戶時，配水管流量的計算應(yīng)取計算出的設(shè)計秒流量與最高日最高時流量之大者。

2）非直接供水入戶的管道。當(dāng)水廠的配水管道未直接供水到戶，而是輸送至高位水池或中途調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，再由高位水池或其他調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的出水管輸送至用戶。從水廠輸送至調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的進水流量應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的容積和調(diào)節(jié)構(gòu)筑物實際供水的流量曲線分析確定，如無實際用水流量曲線資料，一般按最高日平均時流量計算。從調(diào)節(jié)構(gòu)筑物輸送至用戶的配水管流量計算與前述直接供水入戶管道情況相同。

3）直接供水入戶與非直接供水入戶相結(jié)合的管道。當(dāng)水廠的配水主管既有直接供水入戶又有輸送到調(diào)節(jié)構(gòu)筑物間接供水入戶的情況時，供水主管的設(shè)計流量應(yīng)按前文兩種情況分別計算流量之和確定。

1.3 管材選擇及水力計算

管道線路和流量確定后，管材的合理選用是工程安全運行的重要因素。其工作流程和注意事項如下。

1.3.1 工作流程

1）根據(jù)經(jīng)濟流速（加壓輸水時）或安全流速（重力供水時，不宜大于3 m/s）初步計算所需管徑。

2）根據(jù)初步計算的管徑，結(jié)合工程壓力等級、管道線路的施工條件等因素初步確定可選用的2～3 種管材。

3）根據(jù)初步選定的管材，進行詳細水力計算確定管徑，并結(jié)合施工難度及投資等進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定所用管材。

4）按選定的管材，根據(jù)項目的具體情況進行不同工況的水力計算，并確定管徑。

1.3.2 注意事項

1）管材選擇的一般經(jīng)驗：入戶管道一般選取PPR給水管，小于等于DN200 的供水管可選取PE 給水管、球墨鑄鐵管，大于DN200 的供水管可選用PE 給水管、球墨鑄鐵管、鋼管、涂塑鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等管材。大于等于DN1000 的供水管可選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管、涂塑鋼管。

2）管道沿線地形較為平整的可采用球墨鑄鐵管或涂塑鋼管；管道沿線地形起伏較大，轉(zhuǎn)彎較多或穿路、穿河等特殊地帶可采用鋼管或涂塑鋼管。

3）水力計算的工況：輸水管道包括設(shè)計工況、事故工況（采用雙管時）、水錘工況三種工況的計算；配水管網(wǎng)分環(huán)狀管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)兩種情況。環(huán)狀管網(wǎng)包括設(shè)計工況、事故工況、消防工況、轉(zhuǎn)輸工況（管網(wǎng)中有水塔等調(diào)節(jié)構(gòu)筑物時）四種工況的計算，枝狀管網(wǎng)一般包括設(shè)計工況、消防工況、轉(zhuǎn)輸工況（管網(wǎng)中有水塔等調(diào)節(jié)構(gòu)筑物時）三種工況的計算。

4）管材的壓力等級應(yīng)按設(shè)計工作壓力和管道夜間靜壓的大者確定并留有余度。

5）改造項目，從便于統(tǒng)一維護角度考慮，如無特殊情況則盡量采用原設(shè)計管材。

6）穿越高速、鐵路、河道、堤防等特殊管段，應(yīng)根據(jù)主管部門要求選取管材并做好相應(yīng)技術(shù)方案。

1.4 管道附件的設(shè)置

輸配水管道工程中常用的附件有空氣閥、泄水閥、檢修閥門、減壓閥、泄壓閥、伸縮器等，它們數(shù)量、種類眾多，分布于管道的不同部位，對工程的安全、穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。因此，合理地確定管道附件的參數(shù)和安裝位置十分重要。

1.4.1 一般原則

管道附件應(yīng)嚴格按照供水工程相關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準進行設(shè)置。并應(yīng)遵循以下原則：

1）以項目所在區(qū)域地形、水力計算結(jié)果及管道材質(zhì)等為依據(jù)確定附件設(shè)置的位置和參數(shù)。

2）附件的參數(shù)、材質(zhì)的確定應(yīng)保證項目安全可靠并兼顧經(jīng)濟效益。

1.4.2 注意事項

1）空氣閥是管道工程中設(shè)置較多的一種附件。應(yīng)在管道每一個局部高點安裝，當(dāng)管線豎向布置平緩時，應(yīng)間隔1 km 左右設(shè)一處空氣閥。

2）泄水閥設(shè)置應(yīng)考慮工程運行及檢修需要，DN200 以上管道的每一個局部低點宜安裝，DN200 以下管道可根據(jù)檢修需要安裝，并應(yīng)安排好泄水出路。

3）檢修閥門設(shè)置應(yīng)考慮工程運行及檢修需要，一般可考慮1 km 左右設(shè)置一處，并可兼做管線打壓試驗時使用。

4）減壓閥參數(shù)的選擇要考慮設(shè)計工況和夜間凈水壓力較高工況時都能滿足要求。

5）泄壓閥參數(shù)應(yīng)根據(jù)水錘計算結(jié)果設(shè)置。

6）伸縮器主要設(shè)置于閥門，不同管材連接處及其他管道溫度應(yīng)變較大處，伸縮器的設(shè)置數(shù)量及參數(shù)應(yīng)通過計算確定。

1.5 工程量計算及概預(yù)算編制

工程量計算和概預(yù)算報告的編制是設(shè)計單位內(nèi)業(yè)工作的最后一道工序，準確計算工程量、合理確定投資規(guī)模是控制項目投資，順利推進項目的重要一環(huán)。

1.5.1 工作流程

1）由設(shè)計人員根據(jù)施工圖計算所有設(shè)備材料工程量和土建工程量，并應(yīng)包括施工組織設(shè)計相關(guān)工程量。

2）工程量計算成果經(jīng)校審后提交造價專業(yè)。

3）造價專業(yè)按審查單位確定的定額進行概預(yù)算報告編制。

1.5.2 注意事項

1）工程量的計算要實事求是，按圖計算。土方工程量應(yīng)根據(jù)地勘成果確定土石方比例，并應(yīng)適當(dāng)考慮擴大系數(shù)。設(shè)備材料清單應(yīng)仔細核對，切忌漏項，尤其是單價較高的設(shè)備材料應(yīng)加強審核。

2）施工臨時用地等有關(guān)工程量應(yīng)按施工組織設(shè)計圖紙進行計算。

3）管道沿線破壞道路、渠道、邊坡等的恢復(fù)工程量要根據(jù)現(xiàn)場勘察情況計算并考慮充足。

4）工程量的計算應(yīng)包括環(huán)評、水保及復(fù)墾等工程。5）概預(yù)算編制軟件應(yīng)根據(jù)審查單位要求選用。

2 結(jié) 論

根據(jù)前文的探討可知，輸配水管道工程的設(shè)計是一項系統(tǒng)工程。重點難點貫穿管道線路的選擇、流量的確定、管材選擇及水力計算、管道附件的設(shè)置、工程量計算及概預(yù)算編制等工程設(shè)計的全過程。農(nóng)村供水輸配水管道工程設(shè)計除了要嚴格按相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準執(zhí)行外，還應(yīng)不斷總結(jié)實際工程經(jīng)驗，才能確保設(shè)計工作高質(zhì)量完成。