给水管网测流测压与测点布置

常淑卿 鞠秀娟 高乃云 范瑾初
(蓬菜市自来水公司) (同济大学环境工程学院)

　　摘 要：本文结合蓬莱市自来水公司测流与测压的实践，分别介绍了测压点的布置和测流点的选择；测压与测流的方法和测得的数据的整理及其应用。
　　给水管网的测流测压工作对保证供水服务质量、校核管网水力分析的计算结果、合理进行管网的改造和扩建以及提高管网的技术经济调度水平等都存在着不可忽视的影响。测流测压工作已经引起了国内各自来水公司的重视，但对这项工作的量测方法与原理，以及结果分析与应用等有必要进行深入地探讨。

一、管网的测压

1、测压点位置的选择
　　管网中的测压点应分布均匀且具有代表性，并能反应整个管网供水压力的全貌。当出现管网压力分布不合理时，能及时调度各水厂的供水量和扬程，经济有效地调整供水压力分布。也只有这样布置的测压点，才有助于提高管网调度的业务质量，使管网压力能够适应用户的需要，不致压力过高或过低，造成供水量不足或浪费供水电耗。城市管网中的控测点应设测压点。所测压力通常是用水高峰时水量调度的重要指标，累积这些数据又是给水系统改造和扩建的必需资料。
　　在多水源给水系统中，设置在供水分界线附近的测压点应该稍多一些，使其能更明显的反映出分界线推移的变化，为合理调整供水分区提供依据。
　　一般情况下，测压首先是为了观察、分析整个给水管网现有的输水能力，制订经济合理的调整方案，并为今后的管网改造与规划提供数据，故测压点宜设置在大管径干管的交叉点附近。同时，测压也为了考察配水管网的供水能力，提供供水的服务质量，故还应在确保供水的地区、经常发生水压不足的地区或能考察调度质量的地区设置测压点。这时测压点一般设置在中、小管径的配水管网上。
　　为了全面系统地掌握管网压力的分布情况，校对管网水力分析时原始资料是否符合实际情况，每年或每季度特别是每年用水量最大的这一天应进行比平时测压点更多的全面普测。这样除了原设的永久性测压点外，根据需要和人力物力条件，在规定的时间(一般不宜超过两个小时)内增设若干临时测压点进行同时测压。
2、测压方式及注意事项
　　国内常用的测压方式可归纳为三种。第一种是将自动水压记录仪设在测压点上，连续记录该测点的水压，每天定时调换水压记录纸，根据各测压点的连续水压记录，整理统计出全市的水压分布情况。第二种是持测压点的水压用有线或无线的方式及时和连续地传至调度中心，作为水量调度和机泵开停的主要参考依据。以上两种测压方式多用在永久性测点上。大、中型自来水公司基本上都采用第二种方式且采用微机调控。第三种是人工量测的方式。工人用压力表在规定时间内测定指定的消火栓内的瞬时水压，有时也可测定用户水龙头上的水压作为该点附近的水压参考资料。
　　人工量测水压时，必须注意将消火栓内空气排尽。在量测时消火栓的支管上无用水或很少用水，压力表与消火栓的连接处不漏水，同时应注意压力表的压力单位、量程和精度级数，及时记录下量测者姓名、压力表编号、量测时间和地点等情况，以备查询。
3、测压数据的整理与应用
　　(1)测压数据在供水调度方面的应用
　　不论是永久性测压点还是临时性测压点．必须预先测得测压点上连接压力表处的高程，特别是对高程变化较大的城镇更为重要。只有这样才能根据各测压点在同一时间内的压力值进行管网分析，以及正确判断测压点所在地区的服务压力的大小，因为我们读得的水压数值为测压点上压力表处的水压。
　　测压点水压数据的同时性甚为重要。如果临时性测压点的瞬时压力值不在规定时间内的话，应按该点附近的自动压力表上记录的压力变化值来修正临时测点的瞬时值。
　　远传式水压信息，是调度人员及时检查当前调度方案是否满足本市用水要求的重要依据，当出现某处远传水压值不能满足要求，或市内用户打来电话报告本区水压异常时，调度人员凭借以往经验对水厂二级泵站和管网中的增压泵站的机组开停、以及干管上的阀门启闭发出调度命令。
　　自动压力记录仪记录下来的水压数据与远传水压值是否达到计划指标，结合到当天的供水电耗就能考查调度人员的调度质量，根据这些水压资料也能对水厂的供水能力和管网的输水能力，以及小区的配水能力作出一般的了解。
　　(2)利用测压数据绘制等水压线图和等自由水压绘图
　　普测水压后将临时测压点测得的水压折算成为规定时刻的水压值，并从永久测点中提出该时刻的水压值，绘制出一定比例的管网等水压线图(见图1)，该图可用来校核该时管网现状水力分析的平差结果，从而修正管网阻力系数以节点测量的计算，以调整平差结果，使其更进一步接近实际情况。通过最大用水时普测水压的等压线图能够发现现有给水系统的薄弱环节，如供水区域分布的不合理，某些管线负荷过大，某些管线又未充分发挥作用等等，一般，通过某一管段的等压线过密，就表示该管段负荷太大，即管径大小。从而可在管网改造扩建或给水系统规划中提出切合实际的改进方案。
　　管网等水压线示意图如图1所示

　　临时测点水压用相似折算成指定时刻的水压值，所谓相似法是我们姑且认为在规定的不长时间间隔（两小时）临时测压点的水压变化值与邻近永久测点的水压变化值相似。根据临时测点与邻近两年永久测点之间的位置可分为外延法与内插法。
　　图2为外延法求给水干线A--B的水压线变化图。点A为永久测压点，而点B为临时测压点。Aa1与Bb1为点A与点B在8：30时的水压值。根据点A在指定时刻9：30时的水压值Aa2画出a1b1的平行线即能得出临时测压点B在9 ：30时的水压值Bb2。

　　图3为内插法求得给水干管A一B一C的水压线变化示意图。在10：00测得临时的水压值为Bb1，查得邻近永久测点A、C连续记录上的10：00时水压值分别为Aa₁与Cc₁，所以干管A—B—C在10：00时水压线应为a₁—b₁—c₁。如果我们现在要求指定时刻9：30时刻时测压点B的水压值。可先查得9：30时邻近的永久测压点A与C的水压值分别为Aa2和Cc2，可分别画a1b1与b1c1的平行线得a₂b₂＇与b₂＂c₂，则各点在9：300时的水压成下列近似比例关系：
　　b2＇b2=b2b2＇·AB/BC
　　按照作图原则不难用数学方法推算出临时测点在9：30时的水压值b2。

二、管网的测流

1、管网的测流点选锋
　　(1)将测流点布置在需测定的某干线上的前端，测定其负荷状况。
　　(2)将测流点设在任压区域的有关连接管或卡脖子管段处可兼测其水压。
　　(3)测流孔要设在直管段上，前后管段的长度为30~50倍直径范围内不应有支管、弯头、阀门、排气阀等。
2、测流装置及方法
　　测流目的在于掌握管段内水的流向、流速和流量。
　　测流一般采用毕托管，也可采用其它流量计。图4为毕托管。它有两个弯头，安装时一上对准水流方向，另一个背对水流方向。毕托管的另一端接出的两根橡胶管分别接到U形压差计上，根据U形管内出现的压力差，求出流速V ：
　　V＝K［2gh(P＇g—1)］^0.5　　（m/s ）
　　式中　K—毕托管系数；
　　　　　p＇——压差计中液体密度，g／cm3；一般采用四氯化碳溶液；
　　　　　h——U形管中液面的差值，直接测得(m)；
　　　　　g——重力加速度（m/s2）。

　　由于管段中流速是沿直径变化的，除求得管中心处最大流速外，还应将管道沿半径分成若干份，分别测量流速，然后取其平均值。用管中平均流速乘以管道断面积，即得管中流

3、测流数据的应用
　　管道结垢后，有时管径变化比粗糙系数变化对流量的影响更大。通过测流可以了解管线的粗糙系数和管径的变化。为决定管线是否需要刮管和涂衬提供重要资料，也为管网进行微观分析提供必需资料。这时应按管网中管段和管径、管材、埋设年限、管内壁是否有涂衬，以及所处地区输送的水质等条件进行分类，并在每类中挑选数处设测流点，以便获得有代表性的粗糙系数和管径变化值。
　　若管线的实测流速小于本地区经济流速，表明该管段有输水潜力，如下游供水区压力又不足，则可有计划增添加压泵站来增强其输水量，或改善联络管将其他负荷较大的干管流量分一部分由该管输送。实测流速过高的管线，可通过联络管引至其他管线、或适当增设平行管线以分担其负荷。实测流速如白天很高而晚上甚低，以致相差悬殊的大型管线，则应考虑在其下游增设水库泵站的技术可能性和经济合理性。
　　当干线上两点间的压力差过大，超过正常水头损失时，应该考虑两点间是否有闸门关闭情况。如果在此管段上同时进行测流，则其间流速大时说明管段的负荷过大：其间流速很少时说明该管段间必有闸门关闭或有其他原因的堵塞。
　　在刮管涂衬和排设新管等工程措施后，均应进行测流测压，以便评价该项工程的效果。这时测流点的设置地点应视工程需要而定。

参考文献

1、杨钦，《给水外管网的设计与计算》，建筑工程出版社出版，1957年。
2、周善生主编，《水力学》，人民教育出版社，1981年。