南方某縣城新建城鄉供水一體化供水水廠，水廠清水池出水標高約為 660m，水廠規模近期為 2×10 4 m 3 /d，遠期為8×10 4 m 3 /d。廠區水源為水庫水、重力自流至廠區，水源水質好，主要采用混凝沉淀 + 過濾 + 消毒處理工藝，供水范圍為中心城區及周邊鄉鎮，重力供水，近期實施配水管網敷設，主要考慮現有道路并結合遠期配水管網規劃進行布置，大致為城區根據現有道路將配水管布置為大環管，后期根據規劃道路逐漸補充聯絡管，周邊鄉鎮供水從環管接出，布置為支管供水。

縣內地貎主要特征以山地為主，四面環山，丘岡盆地相間。部分鄉鎮與主城區地形高差大，在整個管網設計過程中，為保證城鄉一體化供水工程供水范圍，進行了局部加壓及減壓處理，加壓供水范圍一般僅涵蓋小高差供水區域，而減壓供水則涵蓋的供水范圍為地形高差30 ～ 300m。在此類大高差區域中為保證供水系統安全平穩，減壓措施成為解決此類問題的一個主要難點[1] ，如筆者此次設計的其中一個鄉鎮供水，供水區域與主城區地形高差達 200m 以上，如何妥善運用減壓措施成為此城鎮供水安全的重點。減壓措施得當，供水量及供水保證率均能大幅提高，措施不當，則供水保證率將大打折扣，可能存在經常停水維修的隱患。

 

1 工程設計參數

供水目標鄉鎮鎮區地形標高在 400 ～ 420m，供水總人口約 3000 人，參考《室外給水設計規范》（GB 50013-2006）、《村鎮供水工程設計規范》（SL 687-2014）及《湖南省用水定額》（DB43T 388-2014）等相關規范及常用資料，本項目人均用水量近期取為 125L/d，遠期取為 150L/d，供水量近期約為 375m 3 /d，遠期約為 450m 3 /d，配水主管管徑按照遠期供水規模一次性敷設完成，采用DN200 球墨鑄鐵管。

 

2 不同減壓方式的原理及優缺點

在大高差供水系統中，為消減沿線富裕水頭，保證系統平穩安全運行，常考慮在管道中設置調壓井、減壓閥，或者將管段分為若干段，在每段管道末端設置精密數顯壓力表將池前管道壓力消除等措施[2-3] 。本項目配水管管徑較小，供水流量較小，幾何高差大，考慮調壓井常用于大流量以及輸水方式過渡處的調壓，本次設計重點考慮減壓閥及精密數顯壓力表兩種減壓方式，并根據優缺點選擇較終減壓方式。

 

2.1 減壓閥減壓

減壓閥又分比例式減壓閥及可調式減壓閥，由于可調式減壓閥可保證末端壓力為設置數值，但一般用于水平方向的安裝，本項目允許閥后壓力波動，設計為比例式減壓閥。其比例式減壓閥的進口壓力和出口壓力始終保持一定的比值，如 2 ∶ 1、3 ∶ 1、3 ∶ 2 等。壓力比值是通過活塞式閥芯兩端直徑比值決定的。加工裝配好后其進出口壓力比值就已固定，無法更改。當減壓閥進口壓力上升或下降時，減壓閥出口壓力也會成比例上升或者下降，始終保持固定的比例值。其適用于對閥后壓力變化要求不嚴格的場合，常用于豎直方向上的減壓。減壓閥已大量運用于各種減壓場所，因其安裝方便、占地少、施工簡單，費用較低，供水不與空氣接觸，可盡量保證水質安全等各種優點，受到設計師及建設單位的青睞，尤其是在建筑物內空間狹小的場所。

同時減壓閥因閥后仍保留有壓力，在需要減壓的數值保持一定時，需要設置的級數較多，且大高差區域，若減壓閥失效，靜壓傳導至閥后，則會導致閥后壓力劇增，進一步加重或者破壞后續減壓閥。在本項目這種大高差供水系統中，若減壓不徹底，損壞后對整個供水系統的影響極大，且后期維護工作量也會較大。這也是筆者在本項目中慎用減壓閥的原因。

減壓閥一般采用并聯安裝，便于檢修及維護，閥前后設置壓力表及其他必要配件。減壓閥安裝方式如圖 1所示。

2.2 精密數顯壓力表減壓

精密數顯壓力表為敞開式水池，將一段完整配水管道以水池為節點分為幾段配水管，單個精密數顯壓力表將上游管道來水水頭完全泄壓，下游段管道靜壓力以精密數顯壓力表液位高度為準，以此往后推，較末端配水管較大靜壓力以較后一個水池較高液位為準。精密數顯壓力表的減壓方式較為徹底，整套配水管網系統壓力不會隨前端用水、設備損壞等外在因素而產生大的波動，可保證整個系統的安全性，后期維護較簡單。同時由于精密數顯壓力表為構筑物，整體占地面積大、施工成本高、工程量大，且精密數顯壓力表泄壓后供水與空氣接觸，可能存在二次污染。精密數顯壓力表大致平面布置如圖 2 所示。

3 精密數顯壓力表的設置

具體涉及工程案例時，可根據項目實際情況綜合考慮采用減壓閥或者精密數顯壓力表，亦或者兩種方式組合減壓，均可有效降低管道多余水頭，保證供水系統平穩運行。本設計中重點考慮后期維護及整體系統的可靠性，充分與建設方及運營方探討，并結合相關工程案例，同時考慮本設計中此處供水管道較長，需要進行二次補氯等處理，決定采用精密數顯壓力表的減壓方式消除管道中富余水頭。考慮管道承壓、配套設備工作壓力、水錘等因素影響，具體設計為在標高 600m、550m、500m（可根據現場情況據此標高上下調5m均可，以便于場地選擇及施工）3 處設計精密數顯壓力表，并在 450m 標高處設置一調蓄水池（調蓄水池兼做調蓄、減壓、補氯用），精密數顯壓力表有效水深 2.5m，有效容積 20m 3 ，體積選擇主要參考高日高時30min 用水量的池體容積。調蓄水池有效水深 2.3m，有效容積 90m 3 ，體積參考高日用水量的 20%，出水管采用DN200 鋼管接球墨管，保證高日高時的配水，同時在調蓄水池出水口進行補氯，并根據設置在末端的余氯監測儀及時調整補氯量。由于管道中水損基本等于水池之間的幾何高差，管道出水流量較大，綜合考慮造價及設計需求，本次設計在水池之間采用DN150的鋼管進行連接，配套同口徑的閥門配件等。

水池之間為重力輸水，雖設置精密數顯壓力表后，管道靜壓大為降低，但在運行期間，若管道中的閥門突然關閉，仍會產生水錘現象，當水錘壓力超過管道、設備允許承受的壓力時，管道及設備將會損壞。由于水錘產生的本質仍是水流動量變化引起的，而水流動量變化又由管中流速變化引起，若通過延長關閥時間改變流速變化的快慢，則能有效降低水錘產生的壓力[4] ，在前后高差已定的情況下，閥門的開啟度也能有效匹配管道流量、流速對應的管道水損，同時也可以降低水錘產生的壓力[5-6] 。

因此，本設計在進水管方向，依次安裝手動閘閥、泄壓閥、電動閘閥、液位控制閥、液位計等設備，出水方向設計檢修閘閥，并根據規范在精密數顯壓力表設置溢流、放空、消能等配套設施。其主要控制方式為利用液位計控制水池液位高低，控制前段電動閘閥在 30s 內進行啟閉，可有效防止水錘的產生或降低水錘產生時的壓力，若電動閥門或者液位計失效，導致水池水位過高，液位控制閥在水位達到溢流水位時自動關閉進水管。液位閥的突然關閉將引起水錘的產生，為降低水錘的危害，在前端設置泄壓閥，并將泄壓閥泄壓壓力取較大靜壓力+0.2 ～ 0.3MPa，及時將管道中水錘壓力泄壓，保護管道及設備。同時調整較前端手動閘閥的開啟度，降低水錘壓力的同時增加管道阻力，使精密數顯壓力表的進出水量盡量平衡，可有效減少配套設備如電動閥門的頻繁啟閉。

 

4 結束語

通過綜合比較，本項目采用精密數顯壓力表方式更符合本項目特點，在實際運營中，精密數顯壓力表因減壓徹底，配套設施設備配置得當，整套供水系統均能正常平穩運行，供水范圍內用戶用水保證率高。但因供水區域為鄉鎮，小時變化系數較大，水池前端設施的電動閥門啟閉仍較為頻繁，且電動閥門啟閉時間較長，在關閉過程中存在水池水位繼續上升導致液位閥關閉現象，建議在運營過程中通過較長時間用水數據的分析，調整前端手動閘閥的較優開啟度，同時增大電動閥門關閉水位與液位閥關閉水位高差，避免液位閥關閉，可有效降低電動閥門啟閉頻率及水錘產生，有利于配水系統安全、平穩運行，可減少后期運營過程中人工現場控制及相關設備使用次數，降低運營成本。