Algorithms of Design-Second-Flow in Pipe-Drinking-Water System

Abstract: In this paper, three algorithms of design-second-flow in pipe-drinking-water system are presented and also compared. It’s pointed out that probability algorithm is fit to be used in pipe-drinking-water system.

Key words: Pipe-Drinking-Water Algorithm Design-Second-Flow

摘要：本文概述了目前用于管道直饮水系统管网设计秒流量的三种算法：传统公式算法、改造传统公式算法和概率公式算法，并比较了这三种算法的计算结果，分析了其中原因。指出传统公式算法和改造传统公式算法都不适用于管道直饮水系统管网的计算，而概率公式算法是一种较为合适的方法。

关键词：管道直饮水 设计秒流量 算法

0 前言

　　设计秒流量的计算是管网水力计算的基础，设计秒流量计算正确才能保证整个系统的正常运行。设计秒流量计算偏大，就会导致管径偏大、水泵流量偏大，造成经济上的浪费；同时，管网中的流速偏小，容易导致细菌繁殖，微粒沉积。而如果设计秒流量过小，则会使所选管径过小，造成水头损失过高，浪费能量，严重时出现断流，不能保证用水可靠性。所以，选择一个正确的设计秒流量计算方法至关重要。

1．设计秒流量计算方法概述

　　目前，用于管道直饮水系统设计秒流量的计算方法大致有三种：

　　（1） 算法一（传统公式算法）

　　即采用建筑生活给水管道设计秒流量计算公式

（1）

取=1.02，=0.0045，公式（1）成为：

（2）

其中为设计秒流量（l/s），为当量总数，此公式为水工业工程设计手册《建筑和小区给水排水》^[1]所采用。

　　（2） 算法二（改造传统公式算法）

　　根据1981年出版的《室内给排水工程》^[2]，住宅生活用水秒不均匀系数与平均日用水量的关系为：

（3）

则

（4）

其中，为秒不均匀系数，为平均日用水量（m³/d）。

　　（3）算法三（概率公式算法）

　　关于概率公式算法，首先要引入一个重要概念——龙头使用概率。根据有关资料^［３］，龙头使用概率可表示为：

（5）

——最高峰用水时龙头连续两次用水时间间隔（s）；

——期间龙头放水时间（s）。

　　有了龙头的使用概率之后，可以用概率统计的方法计算出同时用水龙头数量，个龙头额定流量之和便是管道设计秒流量。

、和可用以下方法计算得到。设用水高峰期为下班后的某个半小时内，且此时段内的放水时间均匀分布，则此时龙头的使用概率为：

（6）

——高峰期用水定额，l/s;

——管段负荷龙头总数；

——龙头负荷用水人数；取3.5~5人；

——饮水龙头额定流量，取0.05l/s；

　　由于目前还没有高峰期用水定额的有关标准，建议用日用水量的百分数表示。

　　可用二项式计算同时用水龙头数量 ：

（7）

——用水保证率，可取0.99。

则 （8）

2．三种计算方法的比较

　　以横坐标表示管道负荷龙头总数（个），纵坐标表示管段设计秒流量（l/s），以上三种计算方法的计算结果可用图1表示：

　　从图中可以看出，算法一比算法二的结果大得多，且随着管段负荷龙头数的增加，差距进一步加大；算法三则依龙头用水概率的不同出现多种结果。=0.10时，算法三的计算结果介于算法一与算法二之间，且随着管段负荷龙头数的增加，与算法一进一步接近，与算法二差距加大；=0.05时，算法三在曲线开始阶段小于算法二，当管段负荷龙头数³100时，算法三开始大于算法二。

　　总而言之，概率公式算法的曲线斜率大于另外两种算法，曲线增长速度比另两种算法大。随着管段负荷龙头数的增加，概率法计算值越来越接近传统公式法，改造传统公式法计算值则显得越来越小。并且可以看到，即使当量总数、最高日用水量相同时，概率算法也会有不同结果，也就是说，概率算法可以根据龙头的实际用水概率调整设计秒流量计算值。

3．对三种算法的分析

　　算法一所用公式为，该公式目前是我国建筑给水系统设计秒流量的计算依据，但其适用性还没有在管道直饮水系统中得到证实。由于直饮水系统的用水量小、龙头数量少、水龙头流量小等特点，该公式不一定能适用，关于这点已有少文章做过论述^[4、5]，此处不再赘述。

　　算法二所用公式的推导过程中用了一个非常重要的经验式，而此式本身就是从生活用水规律中推导出来的，在实际中很难满足，所以，此公式的结构、所用参数还需要在实践中进一步的完善。最早采用此公式的深圳某直饮水工程，至今开通时间还不到5年，已出现水阻明显偏大、供水量不足、水泵扬程不够的现象。

　　算法三则涉及的参数较多，反映了龙头额定流量、高峰期用水定额、高峰时段历时、用水保证率、管段负荷龙头数、龙头负荷用水人数、龙头放水的随机性、小区居住群体的组成等诸多因素，它能更全面、更广泛地反映瞬时高峰用水流量规律。至于算法的应用，可先确定龙头用水概率，再依靠电脑应用软件将曲线用公式表达出来，之后就可很方便地应用。广州近两年已完工工程及正施工工程，大多采用此计算方法（实际操作中比公式简单，加入了一些人为估计值，但缺乏理论根据），目前仍未发现有供水量不足的案例。

4．结语

　　管网的水力计算过程中设计秒流量的计算究竟选用哪一种算法、哪个计算公式是决定整个系统是否计算正确的基础，选用时勿必慎重。笔者认为，概率算法是一种较为合适的方法，它反映了影响高峰期流量的诸多因素，可以根据不同的用水习惯调整设计参数。由于目前没有直饮水高峰期用水定额的有关标准，此参数应根据实际用水情况进行统计得出，不同地区、面向不同层次的用户可采用不同的参数。

参考文献

1．水工业工程设计手册.建筑和小区给水排水[M].中国建筑工业出版社，2000.

2．高明远.室内给水排水工程[M].中国建筑工业出版社，1981.

3．邹平华等，生活给水及热水供应设计秒流量计算方法的研究，给水排水[J]，No.8,No.9,2000

4．李玉荣，优质直饮水设计秒流量公式的探讨，《给水排水》，No.7,1998

5．清华大学环境工程系直饮水工程研究小组，直饮水管网系统设计的的研究