供水管道安装工程冲洗水量计算.docx

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供水管道安装工程冲洗水量计算

供水管道安装工程冲洗水量计算

俞良协胡子刚涂立俊

（武汉市水务集团有限公司管网管理部430034）

[摘要]在现行的给水工程设计手册或标准规范中没有管道冲洗水量计算的具体方法，本文根据实际供水管道安装工程中管道冲洗消毒采用的方式，结合水力学理论原理，推导出了管道冲洗消毒水量的基本计算公式，通过对管道冲洗水量计算的实例分析，说明了在制定管道冲洗消毒方案中应注意的问题，提出了应用计算机对供水管道冲洗水量计算及冲洗消毒工程项目信息管理的方法。

[关键词]供水管道冲洗消毒冲洗水量计算方法冲洗水量管理

一、概述

    在新装管道、维修管道、新装水表工程完工时，都要对新装管道进行冲洗消毒，每年用于供水管道冲洗消毒的水量在管网总供水量中占有相当的比例，由于供水管道安装工程的特点，难以在施工过程中安装水表（管道冲洗时流速超出水表技术参数范围）或计量装置来计量管道冲洗消毒时所消耗的自来水用量，影响了供水企业在统计供水管网漏损水量的准确性。

按《城市供水管网漏损控制及评定标准（CJJ92-2002）》统计要求，管道冲洗用水量列入到有效供水量中，管道冲洗水应按放水管直径及管道压力推算。

如何推算管道冲洗水量？

在现行的给水工程设计施工手册或标准规范中没有给出具体的计算方法，需要根据水力学基本原理来推导计算。

    供水管道安装工程中所消耗的水量可分为试压水量、冲洗水量、消毒水量和泄空水量。

试压水量是在安装完工后，新装管道试压时消耗的水量；冲洗水量是指管道交付使用前（管道并网运行前）冲洗新装安装或维修管道时消耗的水量；消毒水量是指管道冲洗后进行含氯水浸泡消毒时消耗的水量；泄空水量是指供水管道安装及维修工程时引起正在运行中的管道停水（如新旧管道连接、维修时的关闸管段），将停水管道系统内存水放空时的水量。

二、计算模型

    根据《工程流体力学》理论，管道冲洗水流运动属恒定有压流自由出流问题，管道冲洗时进水端接有压水源管道，水流经过冲洗管道后水头损失下降，在管道出水端放水，其出水端流量计算可按管嘴出流公式计算，冲洗管道沿程水头损失可按达西公式计算。

管道冲洗水量计算公式推导过程如下：

（1）管道两端水压和管道水头损失的关系为：

式中Hi、Hj—管道进、出水两端的水压（米水柱）

hij—管道水头损失（米水柱）

（2）管道沿程水头损失可按达西公式计算：

式中λ—阻力系数

g—重力加速度（m/s2）

L—管道长度（m）

d1—冲洗管道口径（m）

Q—流量（m3/s）

（3）出水端流量计算按管嘴出流

式中μ—流量系数（圆柱形外管嘴取值为0.82）

d2—出水（放水）管道口径（m）

（4）管道冲洗水量：

式中Qc—管道流量（m3/s）

T—管道冲洗时间（s）

管道冲洗水量按放水管口径及管道压力推算，将（2-1）、（2-2）、（2-3）代入（2-4）式后，可得出以水压Hi为自变量的管道冲洗水量公式为：

（5）试压水量、消毒水量、泄空水量等于管道的容积：

式中：

D—管道口径（m）

L—管道长度（m）

三、参数确定

（1）阻力系数λ

管道沿程水头损失计算的达西公式中λ值由柯尔勃洛克式求出：

式中k—绝对粗糙度

Re—雷诺数

求λ值的柯尔勃洛克公式为隐函数式，手工运算较为复杂，宜于用计算机求解，计算方法可采用牛顿迭代法和枚举法。

牛顿迭代法在笔者实际求解λ值方程中发现，其收验速度变化较大，收验区间呈跳跃性变化，求解过程有时不够稳定；枚举法求解λ值在计算机上容易实现，对于枚举多个λ值，使得柯尔勃洛克方程式最接近于0的λ值即为求解值。

在柯尔勃洛克公式中，绝对粗糙度k值主要与管材有关，通过规定对照表就可查出k值。

供水管网中的雷诺数的范围一般为5×104～4×106，计算中取平均值时的结果见表3-1。

（2）管道长度L

    试压、冲洗、消毒水量计算中的新装管道长度与管道工程的来源密切相关，管道工程来源分为用户工程和基建工程，用户工程中的私人用户工程的管道长度一般为10米，单位用户工程和基建工程的管道长度按供水管道试压验收标准中试压管段长度要求，并结合阀门设置间距综合取定管道工程计算长度。

一般情况下的管道工程计算长度如表3-2。

（3）冲洗时间T

    管道冲洗时间通过收集近年来实际发生的报装用户管道工程完工后管道冲洗时间的记录资料和跟踪基建工程并网前冲洗消毒的工程实例确定如表3-3。

四、冲洗水量计算

    按上述确定的计算参数和（2-5）、（2-6）公式，在放水管口径和新装冲洗管道口径相同时，可计算出在提供冲洗水量来源的供水管网压力不同情况下的管道冲洗水量和试压消毒水量，例如DN300的管道冲洗水量计算结果见图4-1。

    图4-1DN300的管道冲洗水量与压力关系图

    上述的冲洗水量计算中管长、冲洗时间、放水管口径是在单根供水管道工程下计算出的冲洗水量作为管道冲洗消毒时的参照。

在实际管道冲洗消毒过程中，应根据各项管道安装工程的管道安装长度、具体冲洗时间、不同管道口径串并联冲洗情况、冲洗进水管和放水管口径、放水点数布置情况计算冲洗水量，计算时要反复组合运用公式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）联立成方程组求解，方程组为非线性方程组，难以手工计算，宜用计算机求解出管道冲洗水量，利用计算机上开发出的程序计算供水管道冲洗水量时，只需按规定格式填写管道冲洗水量时的现场基本数据（如分段管径、管长、实际冲洗时间等现场记录），计算机可自动完成冲洗水量、试压消毒水量的计算，并将计算结果保存到冲洗水量历史档案数据库中如图4-2，数据库具备按时间、区域等不同查询条件统计总的冲洗水量，为供水管网漏损率的月度统计和年度统计提供准确的数据来源,利用供水管道冲洗水量计算机管理系统功能，还可以对预定的多种冲洗方案进行模拟，指导管道安装工程中管道冲洗消毒方案的制定。

    图4-2冲洗管道工程冲洗水量管理

    例如某项新装管道工程如图4-3，准备接原DN500管道水冲洗新装管道，冲洗水排放点选在新装管道末梢节点6。

在计算机上计算，输入表4-4基本数据，计算出的结果见表4-5。

    图4-3某项新装管道工程冲洗方案示意图

    从表4-5中可看出DN300管道的冲洗流速为0.85米/秒，未到国家标准规范要求的管道冲洗消毒的流速须大于1米/秒的规定，说明预选方案不合理，须调整冲洗方案，在节点2处增加冲洗排放点（节点2原为消火栓，在消火栓出水口上接临时软管排放到市政雨水井）后，计算出DN300管道的冲洗流速为2.29米/秒，DN150管道的冲洗流速从3.39米/秒降为2.95米/秒，说明改进的冲洗方案合理。

五、结束语

    在推导管道冲洗水量计算公式的过程中，沿程水头损失具体计算中采取了柯尔勃洛克公式，沿程水头损失计算公式还有舍维列夫公式、巴甫洛夫斯基公式、海曾威廉公式等，在现行的一些给水规范中所推荐的水头损失计算公式也不一致，例如《室外给水设计规范（GBJ1997年版）》中指定沿程水头损失计算公式为舍维列夫公式，《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ101-2004）》中推荐柯尔勃洛克公式，《建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）》和《建筑给水聚乙烯管道工程技术规程（CJJ/T98-2003）》采用海曾威廉。

笔者在计算管道冲洗水量过程中，曾尝试过分别采用这些公式计算管道冲洗水量，其计算结果略有不同，但总体趋向一致。

    实际新装供水管道工程中规模都各不相同，管道冲洗水量的计算应根据实际管道布置情况运用本文中的基本公式组合计算，宜采用计算机技术对供水管道工程冲洗水量进行计算和管理。

管径较大、安装距离较长的新装管道工程冲洗消毒时，对原供水管网压力、流量的影响较大，运用管道冲洗水量计算的基本公式结合给水管网平差或给水管网计算模型，可仿真出整个给水管网的工况，以便供水管网运行调度方案的制定。