專題講座資料（2021-2022年）供水管道安裝工程沖洗水量計算

1、供水管道安裝工程沖洗水量計算俞良協(xié) 胡子剛 涂立?。ㄎ錆h市水務(wù)集團(tuán)有限公司管網(wǎng)管理部 430034）摘要 在現(xiàn)行的給水工程設(shè)計手冊或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中沒有管道沖洗水量計算的具體方法，本文根據(jù)實(shí)際供水管道安裝工程中管道沖洗消毒采用的方式，結(jié)合水力學(xué)理論原理，推導(dǎo)出了管道沖洗消毒水量的基本計算公式，通過對管道沖洗水量計算的實(shí)例分析，說明了在制定管道沖洗消毒方案中應(yīng)注意的問題，提出了應(yīng)用計算機(jī)對供水管道沖洗水量計算及沖洗消毒工程項目信息管理的方法。關(guān)鍵詞 供水管道 沖洗消毒 沖洗水量 計算方法 沖洗水量管理一、概述    在新裝管道、維修管道、新裝水表工程完工時，都要

2、對新裝管道進(jìn)行沖洗消毒，每年用于供水管道沖洗消毒的水量在管網(wǎng)總供水量中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，由于供水管道安裝工程的特點(diǎn)，難以在施工過程中安裝水表（管道沖洗時流速超出水表技術(shù)參數(shù)范圍）或計量裝置來計量管道沖洗消毒時所消耗的自來水用量，影響了供水企業(yè)在統(tǒng)計供水管網(wǎng)漏損水量的準(zhǔn)確性。按城市供水管網(wǎng)漏損控制及評定標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 92-2002）統(tǒng)計要求，管道沖洗用水量列入到有效供水量中，管道沖洗水應(yīng)按放水管直徑及管道壓力推算。如何推算管道沖洗水量？在現(xiàn)行的給水工程設(shè)計施工手冊或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中沒有給出具體的計算方法，需要根據(jù)水力學(xué)基本原理來推導(dǎo)計算。    供水管道安裝工程中

3、所消耗的水量可分為試壓水量、沖洗水量、消毒水量和泄空水量。試壓水量是在安裝完工后，新裝管道試壓時消耗的水量；沖洗水量是指管道交付使用前（管道并網(wǎng)運(yùn)行前）沖洗新裝安裝或維修管道時消耗的水量；消毒水量是指管道沖洗后進(jìn)行含氯水浸泡消毒時消耗的水量；泄空水量是指供水管道安裝及維修工程時引起正在運(yùn)行中的管道停水（如新舊管道連接、維修時的關(guān)閘管段），將停水管道系統(tǒng)內(nèi)存水放空時的水量。二、計算模型     根據(jù)工程流體力學(xué)理論，管道沖洗水流運(yùn)動屬恒定有壓流自由出流問題，管道沖洗時進(jìn)水端接有壓水源管道，水流經(jīng)過沖洗管道后水頭損失下降，在管道出水端放水，其出水端流量計算可

4、按管嘴出流公式計算，沖洗管道沿程水頭損失可按達(dá)西公式計算。管道沖洗水量計算公式推導(dǎo)過程如下：（1）管道兩端水壓和管道水頭損失的關(guān)系為：式中 Hi、Hj管道進(jìn)、出水兩端的水壓（米水柱）hij管道水頭損失（米水柱）（2）管道沿程水頭損失可按達(dá)西公式計算：式中 阻力系數(shù)g重力加速度（m/s2）L管道長度（m）d1沖洗管道口徑（m）Q流量（m3/s）（3）出水端流量計算按管嘴出流式中 流量系數(shù)（圓柱形外管嘴取值為0.82）d2出水（放水）管道口徑（m）（4）管道沖洗水量：式中 Qc管道流量（m3/s）T管道沖洗時間(s)管道沖洗水量按放水管口徑及管道壓力推算，將（2-1）、（2-2）、（2-3）代入（

5、2-4）式后，可得出以水壓Hi為自變量的管道沖洗水量公式為：（5）試壓水量、消毒水量、泄空水量等于管道的容積：式中： D管道口徑（m）L管道長度（m）三、參數(shù)確定（1）阻力系數(shù)管道沿程水頭損失計算的達(dá)西公式中值由柯爾勃洛克式求出：式中 k絕對粗糙度Re雷諾數(shù)求值的柯爾勃洛克公式為隱函數(shù)式，手工運(yùn)算較為復(fù)雜，宜于用計算機(jī)求解，計算方法可采用牛頓迭代法和枚舉法。牛頓迭代法在筆者實(shí)際求解值方程中發(fā)現(xiàn)，其收驗速度變化較大，收驗區(qū)間呈跳躍性變化，求解過程有時不夠穩(wěn)定；枚舉法求解值在計算機(jī)上容易實(shí)現(xiàn)，對于枚舉多個值，使得柯爾勃洛克方程式最接近于0的值即為求解值。在柯爾勃洛克公式中，絕對粗糙度k值主要與管材

6、有關(guān)，通過規(guī)定對照表就可查出k值。供水管網(wǎng)中的雷諾數(shù)的范圍一般為5×1044×106，計算中取平均值時的結(jié)果見表3-1。（2）管道長度L    試壓、沖洗、消毒水量計算中的新裝管道長度與管道工程的來源密切相關(guān)，管道工程來源分為用戶工程和基建工程，用戶工程中的私人用戶工程的管道長度一般為10米，單位用戶工程和基建工程的管道長度按供水管道試壓驗收標(biāo)準(zhǔn)中試壓管段長度要求，并結(jié)合閥門設(shè)置間距綜合取定管道工程計算長度。一般情況下的管道工程計算長度如表3-2。（3）沖洗時間T    管道沖洗時間通過收集近年

7、來實(shí)際發(fā)生的報裝用戶管道工程完工后管道沖洗時間的記錄資料和跟蹤基建工程并網(wǎng)前沖洗消毒的工程實(shí)例確定如表3-3。四、沖洗水量計算    按上述確定的計算參數(shù)和（2-5）、（2-6）公式，在放水管口徑和新裝沖洗管道口徑相同時，可計算出在提供沖洗水量來源的供水管網(wǎng)壓力不同情況下的管道沖洗水量和試壓消毒水量，例如DN300的管道沖洗水量計算結(jié)果見圖4-1。     圖4-1 DN300的管道沖洗水量與壓力關(guān)系圖    上述的沖洗水量計算中管長、沖洗時間、放水管口徑是在單根供水管道工程

8、下計算出的沖洗水量作為管道沖洗消毒時的參照。在實(shí)際管道沖洗消毒過程中，應(yīng)根據(jù)各項管道安裝工程的管道安裝長度、具體沖洗時間、不同管道口徑串并聯(lián)沖洗情況、沖洗進(jìn)水管和放水管口徑、放水點(diǎn)數(shù)布置情況計算沖洗水量，計算時要反復(fù)組合運(yùn)用公式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）聯(lián)立成方程組求解，方程組為非線性方程組，難以手工計算，宜用計算機(jī)求解出管道沖洗水量，利用計算機(jī)上開發(fā)出的程序計算供水管道沖洗水量時，只需按規(guī)定格式填寫管道沖洗水量時的現(xiàn)場基本數(shù)據(jù)（如分段管徑、管長、實(shí)際沖洗時間等現(xiàn)場記錄），計算機(jī)可自動完成沖洗水量、試壓消毒水量的計算，并將計算結(jié)果保存到?jīng)_洗水量歷史檔案數(shù)據(jù)庫中如圖4-2，數(shù)

9、據(jù)庫具備按時間、區(qū)域等不同查詢條件統(tǒng)計總的沖洗水量，為供水管網(wǎng)漏損率的月度統(tǒng)計和年度統(tǒng)計提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源, 利用供水管道沖洗水量計算機(jī)管理系統(tǒng)功能，還可以對預(yù)定的多種沖洗方案進(jìn)行模擬，指導(dǎo)管道安裝工程中管道沖洗消毒方案的制定。     圖4-2 沖洗管道工程沖洗水量管理    例如某項新裝管道工程如圖4-3，準(zhǔn)備接原DN500管道水沖洗新裝管道，沖洗水排放點(diǎn)選在新裝管道末梢節(jié)點(diǎn)6。在計算機(jī)上計算，輸入表4-4基本數(shù)據(jù)，計算出的結(jié)果見表4-5。    圖4-3 某項新裝管道工

10、程沖洗方案示意圖    從表4-5中可看出DN300管道的沖洗流速為0.85米/秒，未到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的管道沖洗消毒的流速須大于1米/秒的規(guī)定，說明預(yù)選方案不合理，須調(diào)整沖洗方案，在節(jié)點(diǎn)2處增加沖洗排放點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)2原為消火栓，在消火栓出水口上接臨時軟管排放到市政雨水井）后，計算出DN300管道的沖洗流速為2.29米/秒，DN150管道的沖洗流速從3.39米/秒降為2.95米/秒，說明改進(jìn)的沖洗方案合理。五、結(jié)束語    在推導(dǎo)管道沖洗水量計算公式的過程中，沿程水頭損失具體計算中采取了柯爾勃洛克公式，沿程水頭損失計算公式還有舍維列夫公式、巴甫洛夫斯基公式、海曾威廉公式等，在現(xiàn)行的一些給水規(guī)范中所推薦的水頭損失計算公式也不一致，例如室外給水設(shè)計規(guī)范（GBJ 1997年版）中指定沿程水頭損失計算公式為舍維列夫公式，埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ 101-2004）中推薦柯爾勃洛克公式，建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GB 50015-2003）和建筑給水聚乙烯管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ/T 98-2003）采用海曾威廉。筆者在計算管道沖洗水量過程中，曾嘗試過分別采用這些公式計算管道沖洗水量，其計算結(jié)果略有不同，但總體趨向一致。    實(shí)際新裝供水管道工程中規(guī)