周維平

（馬鞍山市博望區(qū)農(nóng)業(yè)委員會(huì)，安徽 馬鞍山 243000）

農(nóng)村集中式供水工程管網(wǎng)優(yōu)化方法與應(yīng)用研究

周維平

（馬鞍山市博望區(qū)農(nóng)業(yè)委員會(huì)，安徽 馬鞍山 243000）

現(xiàn)階段，農(nóng)戶房屋的分散性在很大程度上決定了農(nóng)村飲水工程管網(wǎng)線路的特點(diǎn)，即輻射廣、線路長，這無疑會(huì)增加集中供水的難度系數(shù)。因此，本文主要分析農(nóng)村集中供水工程管網(wǎng)的現(xiàn)狀，提出管網(wǎng)優(yōu)化方法。

管網(wǎng)優(yōu)化；供水工程；集中供水；農(nóng)村飲水安全

近年來，我國逐漸增加對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)的資金投入，其中一項(xiàng)不可忽視的民生項(xiàng)目就是農(nóng)村飲水安全工程，這有助于改善農(nóng)村生活條件，推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義［1］。在農(nóng)村飲水安全工程中，供水管網(wǎng)的應(yīng)用是重點(diǎn)，其主要作用是向每家每戶安全地輸送飲用水。但是，隨著農(nóng)村供水管網(wǎng)的逐漸增多，在供水工程中就會(huì)增加相應(yīng)的工作量。此外，農(nóng)村居民的實(shí)際用水量并不大，其供水規(guī)模也不大，導(dǎo)致會(huì)出現(xiàn)供水條件差、水塔溢流等問題。因此，農(nóng)村集中式供水管網(wǎng)系統(tǒng)如何合理的優(yōu)化，如何促進(jìn)農(nóng)村供水工程的可持續(xù)發(fā)展將成為重要難題。

1 農(nóng)村供水管網(wǎng)供水特點(diǎn)

1.1 供水工程分散且規(guī)模小

農(nóng)村居民的居住特點(diǎn)有地形復(fù)雜、居住點(diǎn)多且分散，因此決定了農(nóng)村供水工程具有數(shù)量多、規(guī)模小的特點(diǎn)。集中供水的形式并不適合所有的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件好一些的可以采取上述方法；如果是經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，復(fù)雜的地形且沒有資金的支持，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)集中供水，在這種情況下，可以選擇分散式供水方式。

1.2 主要采用集中式供水模式

針對農(nóng)村薄弱的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，通常選用集中供水，如居住點(diǎn)在城鎮(zhèn)附近的農(nóng)村居民，可以采用城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)延伸的形式；而居住點(diǎn)距城鎮(zhèn)較為偏遠(yuǎn)的居民，可以采用規(guī)模化集中供水形式。另外，由于我國地域遼闊，農(nóng)村居民居住地分散，村與村之間的距離相隔較遠(yuǎn)，可以采用村內(nèi)單獨(dú)供水的形式［2］。

2 農(nóng)村供水工程管網(wǎng)應(yīng)用存在的問題

2.1 實(shí)際供水中難以應(yīng)用供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，農(nóng)村飲水安全集中式供水工程的方案設(shè)計(jì)、決策，大多是由專家、決策人員根據(jù)供水影響因素的技術(shù)分析及主觀經(jīng)驗(yàn)得到的，通過這種方式所選定的最終供水工程應(yīng)用方案實(shí)際上會(huì)存在主觀性的見解偏差，供水方案不可避免地就會(huì)存在一定的局限性，不符合農(nóng)村供水的實(shí)際情況，導(dǎo)致在實(shí)際供水中難以應(yīng)用供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

2.2 缺少技術(shù)人才的支持

農(nóng)村供水工程的運(yùn)行管理缺乏技術(shù)人才的支持，這一問題似乎是農(nóng)村供水工程的通病，勢必會(huì)影響供水設(shè)施的正常運(yùn)行。究其原因是過多的農(nóng)村供水工程建設(shè)項(xiàng)目，任務(wù)重、時(shí)間緊張，沒有對工程技術(shù)人員和管理人員進(jìn)行必要的崗前培訓(xùn)工作，沒有掌握足夠的技術(shù)。此外，農(nóng)村供水工程選址一般是較為偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，相較于城市而言，這里的福利待遇和生活條件都比較差，對技術(shù)人員、管理人員沒有吸引力。因此，在農(nóng)村供水工程運(yùn)行中，加強(qiáng)對技術(shù)人員、管理人員的培訓(xùn)工作是至關(guān)重要的，使其技術(shù)水準(zhǔn)得到提高，才能夠及時(shí)有效地解決農(nóng)村供水工程運(yùn)行中遇到的問題。

3 農(nóng)村供水工程輸水管道系統(tǒng)優(yōu)化

在農(nóng)村供水工程中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來選擇輸水管道系統(tǒng)。比如，根據(jù)水源地與居民村莊點(diǎn)的高程差別，可以將輸水管道系統(tǒng)分為泵站加壓式輸水管道系統(tǒng)和重力輸水管道系統(tǒng)。而根據(jù)水源地與居民住點(diǎn)輸水距離長度的不同，輸水管道系統(tǒng)的優(yōu)化主要分為管道管徑和管道線路兩個(gè)方面的優(yōu)化，但由于這兩者既各自獨(dú)立又互相聯(lián)系，所以只有處理好這兩方面的優(yōu)化，才能夠做好輸水管道系統(tǒng)的優(yōu)化。

3.1 輸水管道系統(tǒng)線路的優(yōu)化

在布置輸水管道線路之前，應(yīng)做好輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，供水工程整體性能是否得到發(fā)揮在很大程度上取決于線路的優(yōu)劣。因此，要想實(shí)現(xiàn)輸水管道系統(tǒng)線路優(yōu)化，實(shí)際上要先解決輸水管道鋪設(shè)的問題［3］。本文設(shè)最小目標(biāo)函數(shù)為輸水管道總投資F，決策變量為輸水管道各管段的線路方案Xi，這樣管道線路優(yōu)化模型就建立起來。3.1.1 數(shù)學(xué)模型。首先，目標(biāo)函數(shù)為其次，首末水頭約束為 。其中，第i管段水頭的損失為hi，節(jié)點(diǎn)N與水源點(diǎn)允許水頭損失為Hi。

3.1.2 算例分析。如圖1所示，某條農(nóng)村供水系統(tǒng)輸水線路的管道線路優(yōu)化中，水源供水點(diǎn)的水位為133.06 m，管道沿線出水口將主輸水管道劃分為6個(gè)管段，按照2 m來控制管道末端最小服務(wù)的水頭。主要各個(gè)管段之間的流量和各節(jié)點(diǎn)之間的高程、流量等見圖1，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的水流量、高程、各個(gè)管段的水流量見圖1。

圖1 某供水系統(tǒng)輸水線路概化圖

首先，管道線路方案定性。上述輸水管道系統(tǒng)共有管段6個(gè)、節(jié)點(diǎn)7個(gè)，在充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境條件、水源位置、分水口分布等情況之后，每條管道線路有4個(gè)備選設(shè)計(jì)方案。例如管段1，方案一，在管道鋪設(shè)中可以采用玻璃鋼夾砂管的方式來穿過軟土地區(qū)；可以采用套管的方式來穿越公路地區(qū)；可以采用管橋的方式來穿越河道地區(qū)。方案二，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)途中，管道可以直接鋪設(shè)；在穿越公路時(shí)，可以采用套管的方式；在穿越鐵路時(shí)，可以采用專門的混凝土套管施工。方案三，管道沿線經(jīng)過鄉(xiāng)鎮(zhèn)則直接鋪設(shè)；采用套管的方式直接穿越三處公路；采用管橋的方式直接穿越河道。方案四，穿越鐵路用專門的混凝土套管，穿越三處河道采用管橋的方式。

3.2 輸水管道系統(tǒng)管徑的優(yōu)化

輸水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)主要解決如何在確定輸水管道走向、材質(zhì)的情況下，解決最優(yōu)管徑的問題，只有滿足約束性因素如水壓，才能夠最大程度地降低輸水管道的資金投入，在已經(jīng)確定各管段允許水頭損失的情況下，可以建立決策變量為管段管徑，目標(biāo)函數(shù)為最小的管道系統(tǒng)總投資，來解析最佳方案。

4 結(jié)語

在農(nóng)村飲水安全集中式供水管網(wǎng)的優(yōu)化過程中，應(yīng)格外重視供水管道的管徑和線路。因此，在這一過程中要選擇最符合實(shí)際情況的方案，因地制宜地選取供水管道的管徑和供水管道的線路［4］。此外，隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在優(yōu)化過程中應(yīng)充分利用各種新技術(shù)、新材料。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)村飲水安全集中式供水管網(wǎng)的優(yōu)化，推進(jìn)新農(nóng)村的建設(shè)步伐，為我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

［1］楊志紅.淺析靈武市農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)的主要措施［J］.科技視界，2013（33）：397.

［2］賈燕南，楊繼富，趙翠.農(nóng)村飲水安全消毒集成技術(shù)研究及應(yīng)用前景分析［J］.中國水利，2013（14）：66-68.

［3］廖曉清.農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管網(wǎng)優(yōu)化方法與應(yīng)用研究［J］.四川水泥，2015（10）：87，81.

［4］潘麗雯，徐佳.我國小型集中式和分散式供水工程現(xiàn)狀及發(fā)展對策［J］.中國農(nóng)村水利水電，2014（3）：169-171.

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