摘 要：城市供水管網改造是提升水質的重要保證，加強水質監管力度是開展供水管網改造的推動力，是實現“城市供水一張網”的重要保障。推動城市供水管網改造，避免水質在管網中受二次污染，解決水壓低問題，從而保障城市居民飲用水安全。
關鍵詞：供水管網；用水量；樹狀管網；中小城市
1 供水管網現狀
隨着改革開放不斷深入，城市化規模不斷擴大，人民生活水平不斷提高，用水量也在不斷增加，使得原有的供水管網已不能滿足用水的要求。城市供水管網需要大幅度地進行改造，以達到節水、節能、節資的目的。目前，中小城市大多采用樹狀管網的供水方式，其具有管線短、投資省等優點，但供水安全性較差。樹狀管網設計和改造中，常出現以下問題：其一，局部改造只將舊鋼管更換爲同直徑的塑料管，原供水壓力不變，致使供水時總水量大大增加，用水量超標，造成水資源浪費；其二，在供水端水塔高度設計時，根據設計原理，考慮了最不利管線的用水壓力和用水量的要求，但在管路執行時，卻出現有的出水量超標，有的用水量不足的問題。
2 樹狀管網計算實例
2.1實例資料
給水系統管網布置及供水點的用水量和供水末端高。原管材爲鋼管，管網改造中採用新型管材UPVC管（其與傳統的金屬管、水泥管相比，具有重量輕、耐腐蝕、水流阻力小、綜合節能性好、運輸安裝方便、使用壽命長等優點）。要求各供水點自由水頭爲8.0m，確定各管段的直徑d和供水頭H。方案一：考慮使用原水塔供水；方案二：重新設計新的供水壓力。
2.2樹狀管網計算程序要點
計算程序主要有：首先，根據供水區域的`供水要求及地形情況，做好管網布置，確定各管段長度；其次，調查用水情況，確定各供水點所需水量，由連續性條件確定各管段流量和供水總量，正確選用經濟流速，計算和選用管材和管徑，然後計算各支管的水頭損失；最後，根據各支管的水頭損失、端點所需自由水頭和地面高程，確定最不利管路，計算供水點的水頭H。
2.3計算公式
對於管徑的確定需要正確選擇經濟流速。採用一定的流速使供水的總成本（包括管網建設費用和管網執行費用）最低，這種流速稱爲經濟流速。經濟流速涉及的因素很多，綜合實際設計經驗及技術經濟資料，對於中小直徑的給水管路，當直徑D爲100～400mm時，Ve=0.5～1.0m/s；當直徑D>400mm時，Ve=1.0～1.4m/s，但這也因地因時而略有不同。
爲保證各管路的供水量及端點水頭，以各分叉串聯管路計算中所需水頭最大的管線作爲設計管路或稱爲設計最不利管路。最不利管路上水源與該管路自由端點的能量方程爲：H=hfj+he+ze。
H爲供水點到某一基準面的總水頭，m；hfj爲支管j管段的水頭損失，m；i爲1m管長的水頭損失，m；Q爲管段計算流量，m3/s；dj爲管道內徑，m；Lj爲j段管長，m；he和Ze爲計算管路上端點自由水頭、地面高程。
2.4管材爲鋼管時管徑及水頭損失計算
具體計算公式如前所示，計算結果。初選經濟流速爲：Ve=1.0m。
對於線3-2-1-A：H=hfj+he+Ze=9.09+1.08+1.09+8+15=34.26（m）
對於線4-2-1-A：H=hfj+he+Ze=8.50+1.08+1.09+8+14=32.67（m）
對於線5-1-A：H=hfj+he+Ze底=1.91+1.09+8+12=23.0（m）
由上述計算可知，管線3-2-1-A的總水頭最大，則以此爲設計依據。考慮局部水頭及流速水頭的影響，計入沿程水頭損失的5%～10%，則供水水頭爲34.83～35.4m。
2.5管材爲UPVC管時管徑及水頭損失計算
當管材爲UPVC管時，各管段的直徑及水頭損失計算。
對於線3-2-1-A：H=hfj+he+Ze=4.10+0.52+0.53+8+15=28.15（m）
對於線4-2-1-A：H=hfj+he+Ze=3.78+0.52+0.53+8+14=26.83（m）
對於線5-1-A：H=hfj+he+Ze=0.90+0.53+8+12=21.43（m）
管線3-2-1-A總水頭28.15爲最大，以此作爲設計依據。考慮局部水頭及流速水頭的影響，計入沿程水頭損失的5%～10%，總水頭爲28.41～28.66m。
3 結果分析
3.1鋼管和UPVC塑料管材的比較
鋼管供水水頭爲34.26m，所需水塔高度爲14.26m，而UPVC塑料管材需要的供水水頭爲28.15m，水塔高度只需8.15m，比鋼管小得多。這是由於糙率減小、水流能量損失減小所致。對於UPVC塑料管材。
各用水點的出口自由水壓he、高程Ze和管長L、管徑不變時，供水頭H與流量Q成一定的比例關係，當水頭增大，流量也增大。如果還用原來的供水水頭34.26m，則各用水點的出水量增加，必然造成水量和電力資源的浪費。特別是學校、醫院、賓館等公共場所，水管出口用手動閥控制流量，出水量增加很多，用水超標最爲嚴重。因而對於供水管網，只要增加和減少一個支線管路均要重新進行管路計算，採取有效措施，保證正常供水。
3.2校覈各出水點的水頭
採用UPVC塑料管材，供水水頭取28.6m。但還有新的問題，在28.6m供水水頭作用下，計算各支線末端剩餘水頭，發現有兩個支線超過要求的出口自由水頭8.0m，特別如支線A-1-5，5出口水頭爲15.17m，超出要求的自由水頭7.17m。
對於管段1-5，當hfj=7.17+0.9=8.07（m），Lj=200m，d=150mm=0.15m，代入式得流量Q=52L/s，大大超出了原來要求的出水量，因而必須對該管道進行調節。首先考慮調節直徑。取供水位爲28.6m。對於本例各個支管超出水頭的計算。管5-1直徑由原來的150mm調爲100mm，可改變水量的不平衡狀態，而且節省了管材的費用。因而在管路設計時，對於樹狀管網，必須覈算各個管段，將輸入流量大於所需流量的管道直徑重新設計、調整。必須注意的是，有時超出水頭並不大管徑不能調節，則可在各個支管處安裝調節閥，調節流量使其達到設計要求即可。
4 結論
4.1樹狀管網供水系統的改造和重建工程，要正確選用供水水量、供水水頭，必須重新設計。
在設計時，必須計算校覈各支線及出口的供水水頭是否與原計算相符，如有變化應及時調整管徑或採用其他措施，以達到滿足供水且節水、節資的要求。
4.2在樹狀管網執行中，只要有一個單位的用水量超標，就會波及別的用戶的用水量，因而還需要採取以下措施：
一是加強用水管理，加強城市各方面用水監測和用水量控制。二是在管網的各支管處和各個用戶取水處加設調節閥，既可以在檢修時使用，也可以起到調節水量和壓力的作用。三是大力宣傳節約用水，發揮城市生活用水水價的調控作用，加強節水宣傳和梯級水價的實施，強化節水措施。四是大力推廣節水器具，如節水衛生器具和節水龍頭等。
參考文獻
[1]張耀先，丁新求.水力學[M].鄭州：黃河水利出版社，2002：149-150.
[2]上海工程設計研究院.給排水設計手冊：城鎮給水[M].北京：中國建築工業出版社，2004：24-25.
[3]呂宏興，裴國霞，楊玲霞.水力學[M].北京：中國農業出版社，2002：152-153.
[4]吳季鬆，馮廣志.水利技術標準：供水節水卷[M].北京：中國水利電力出版社，2002：525-526.