南方某县城新建城乡供水一体化供水水厂，水厂清水池出水标高约为 660m，水厂规模近期为 2×10 4 m 3 /d，远期为8×10 4 m 3 /d。厂区水源为水库水、重力自流至厂区，水源水质好，主要采用混凝沉淀 + 过滤 + 消毒处理工艺，供水范围为中心城区及周边乡镇，重力供水，近期实施配水管网敷设，主要考虑现有道路并结合远期配水管网规划进行布置，大致为城区根据现有道路将配水管布置为大环管，后期根据规划道路逐渐补充联络管，周边乡镇供水从环管接出，布置为支管供水。

县内地貎主要特征以山地为主，四面环山，丘冈盆地相间。部分乡镇与主城区地形高差大，在整个管网设计过程中，为保证城乡一体化供水工程供水范围，进行了局部加压及减压处理，加压供水范围一般仅涵盖小高差供水区域，而减压供水则涵盖的供水范围为地形高差30 ～ 300m。在此类大高差区域中为保证供水系统安全平稳，减压措施成为解决此类问题的一个主要难点[1] ，如笔者此次设计的其中一个乡镇供水，供水区域与主城区地形高差达 200m 以上，如何妥善运用减压措施成为此城镇供水安全的重点。减压措施得当，供水量及供水保证率均能大幅提高，措施不当，则供水保证率将大打折扣，可能存在经常停水维修的隐患。

 

1 工程设计参数

供水目标乡镇镇区地形标高在 400 ～ 420m，供水总人口约 3000 人，参考《室外给水设计规范》（GB 50013-2006）、《村镇供水工程设计规范》（SL 687-2014）及《湖南省用水定额》（DB43T 388-2014）等相关规范及常用资料，本项目人均用水量近期取为 125L/d，远期取为 150L/d，供水量近期约为 375m 3 /d，远期约为 450m 3 /d，配水主管管径按照远期供水规模一次性敷设完成，采用DN200 球墨铸铁管。

 

2 不同减压方式的原理及优缺点

在大高差供水系统中，为消减沿线富裕水头，保证系统平稳安全运行，常考虑在管道中设置调压井、减压阀，或者将管段分为若干段，在每段管道末端设置精密数显压力表将池前管道压力消除等措施[2-3] 。本项目配水管管径较小，供水流量较小，几何高差大，考虑调压井常用于大流量以及输水方式过渡处的调压，本次设计重点考虑减压阀及精密数显压力表两种减压方式，并根据优缺点选择较终减压方式。

 

2.1 减压阀减压

减压阀又分比例式减压阀及可调式减压阀，由于可调式减压阀可保证末端压力为设置数值，但一般用于水平方向的安装，本项目允许阀后压力波动，设计为比例式减压阀。其比例式减压阀的进口压力和出口压力始终保持一定的比值，如 2 ∶ 1、3 ∶ 1、3 ∶ 2 等。压力比值是通过活塞式阀芯两端直径比值决定的。加工装配好后其进出口压力比值就已固定，无法更改。当减压阀进口压力上升或下降时，减压阀出口压力也会成比例上升或者下降，始终保持固定的比例值。其适用于对阀后压力变化要求不严格的场合，常用于竖直方向上的减压。减压阀已大量运用于各种减压场所，因其安装方便、占地少、施工简单，费用较低，供水不与空气接触，可尽量保证水质安全等各种优点，受到设计师及建设单位的青睐，尤其是在建筑物内空间狭小的场所。

同时减压阀因阀后仍保留有压力，在需要减压的数值保持一定时，需要设置的级数较多，且大高差区域，若减压阀失效，静压传导至阀后，则会导致阀后压力剧增，进一步加重或者破坏后续减压阀。在本项目这种大高差供水系统中，若减压不彻底，损坏后对整个供水系统的影响极大，且后期维护工作量也会较大。这也是笔者在本项目中慎用减压阀的原因。

减压阀一般采用并联安装，便于检修及维护，阀前后设置压力表及其他必要配件。减压阀安装方式如图 1所示。

2.2 精密数显压力表减压

精密数显压力表为敞开式水池，将一段完整配水管道以水池为节点分为几段配水管，单个精密数显压力表将上游管道来水水头完全泄压，下游段管道静压力以精密数显压力表液位高度为准，以此往后推，较末端配水管较大静压力以较后一个水池较高液位为准。精密数显压力表的减压方式较为彻底，整套配水管网系统压力不会随前端用水、设备损坏等外在因素而产生大的波动，可保证整个系统的安全性，后期维护较简单。同时由于精密数显压力表为构筑物，整体占地面积大、施工成本高、工程量大，且精密数显压力表泄压后供水与空气接触，可能存在二次污染。精密数显压力表大致平面布置如图 2 所示。

3 精密数显压力表的设置

具体涉及工程案例时，可根据项目实际情况综合考虑采用减压阀或者精密数显压力表，亦或者两种方式组合减压，均可有效降低管道多余水头，保证供水系统平稳运行。本设计中重点考虑后期维护及整体系统的可靠性，充分与建设方及运营方探讨，并结合相关工程案例，同时考虑本设计中此处供水管道较长，需要进行二次补氯等处理，决定采用精密数显压力表的减压方式消除管道中富余水头。考虑管道承压、配套设备工作压力、水锤等因素影响，具体设计为在标高 600m、550m、500m（可根据现场情况据此标高上下调5m均可，以便于场地选择及施工）3 处设计精密数显压力表，并在 450m 标高处设置一调蓄水池（调蓄水池兼做调蓄、减压、补氯用），精密数显压力表有效水深 2.5m，有效容积 20m 3 ，体积选择主要参考高日高时30min 用水量的池体容积。调蓄水池有效水深 2.3m，有效容积 90m 3 ，体积参考高日用水量的 20%，出水管采用DN200 钢管接球墨管，保证高日高时的配水，同时在调蓄水池出水口进行补氯，并根据设置在末端的余氯监测仪及时调整补氯量。由于管道中水损基本等于水池之间的几何高差，管道出水流量较大，综合考虑造价及设计需求，本次设计在水池之间采用DN150的钢管进行连接，配套同口径的阀门配件等。

水池之间为重力输水，虽设置精密数显压力表后，管道静压大为降低，但在运行期间，若管道中的阀门突然关闭，仍会产生水锤现象，当水锤压力超过管道、设备允许承受的压力时，管道及设备将会损坏。由于水锤产生的本质仍是水流动量变化引起的，而水流动量变化又由管中流速变化引起，若通过延长关阀时间改变流速变化的快慢，则能有效降低水锤产生的压力[4] ，在前后高差已定的情况下，阀门的开启度也能有效匹配管道流量、流速对应的管道水损，同时也可以降低水锤产生的压力[5-6] 。

因此，本设计在进水管方向，依次安装手动闸阀、泄压阀、电动闸阀、液位控制阀、液位计等设备，出水方向设计检修闸阀，并根据规范在精密数显压力表设置溢流、放空、消能等配套设施。其主要控制方式为利用液位计控制水池液位高低，控制前段电动闸阀在 30s 内进行启闭，可有效防止水锤的产生或降低水锤产生时的压力，若电动阀门或者液位计失效，导致水池水位过高，液位控制阀在水位达到溢流水位时自动关闭进水管。液位阀的突然关闭将引起水锤的产生，为降低水锤的危害，在前端设置泄压阀，并将泄压阀泄压压力取较大静压力+0.2 ～ 0.3MPa，及时将管道中水锤压力泄压，保护管道及设备。同时调整较前端手动闸阀的开启度，降低水锤压力的同时增加管道阻力，使精密数显压力表的进出水量尽量平衡，可有效减少配套设备如电动阀门的频繁启闭。

 

4 结束语

通过综合比较，本项目采用精密数显压力表方式更符合本项目特点，在实际运营中，精密数显压力表因减压彻底，配套设施设备配置得当，整套供水系统均能正常平稳运行，供水范围内用户用水保证率高。但因供水区域为乡镇，小时变化系数较大，水池前端设施的电动阀门启闭仍较为频繁，且电动阀门启闭时间较长，在关闭过程中存在水池水位继续上升导致液位阀关闭现象，建议在运营过程中通过较长时间用水数据的分析，调整前端手动闸阀的较优开启度，同时增大电动阀门关闭水位与液位阀关闭水位高差，避免液位阀关闭，可有效降低电动阀门启闭频率及水锤产生，有利于配水系统安全、平稳运行，可减少后期运营过程中人工现场控制及相关设备使用次数，降低运营成本。