趙敏慕 李朝輝

摘 要：城市給水系統(tǒng)作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著安全、經(jīng)濟、合理地為人們生活和生產(chǎn)提供用水的重任。給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計在降低工程建設(shè)和維護成本的同時，能夠最大限度地改善給水管網(wǎng)的水力狀況。文章介紹城市供水管網(wǎng)的設(shè)計內(nèi)容，分析供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的原則，并對城市供水管網(wǎng)規(guī)劃具體的設(shè)計優(yōu)化方法進行研究和分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：城市供水管網(wǎng);規(guī)劃;設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.117

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化進程不斷加快，城市的給水系統(tǒng)是城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其核心部分就是城市供水管網(wǎng)的規(guī)劃，不僅需要滿足人們?nèi)粘Ｉ钣盟男枨?，而且要滿足城市的生活生產(chǎn)需求，所以對其輸送的安全性和效率提出了較高的要求。此外由于城市供水管網(wǎng)規(guī)劃具有較大的工程量，并且需要消耗大量的資金來進行建設(shè)，所以為了降低后期維護難度和費用，實現(xiàn)節(jié)約用水的目的并且保證用水安全，就需要對城市供水管網(wǎng)規(guī)劃進行優(yōu)化設(shè)計。

2 城市供水管網(wǎng)的設(shè)計內(nèi)容

一是供水管網(wǎng)的定線。就是在對供水管網(wǎng)進行設(shè)計時，需要對城市的水源、地形、管線走向、水塔位置等進行綜合考慮，并且對城市的用水需求和居民的用水安全等進行綜合分析，并確保其規(guī)劃布置滿足城市規(guī)劃的整體要求。二是水塔以及清水池的容積和高程。此設(shè)計內(nèi)容主要是與輸水和配水構(gòu)建物之間的水量、水壓和水質(zhì)有關(guān)，需要通過對泵站工作曲線的記錄和分析來對這些內(nèi)容進行計算和確定，確保水資源的安全輸送。三是管網(wǎng)水力。在對管網(wǎng)水力進行設(shè)計時，需要從管網(wǎng)沿線流量和集中流量方面進行綜合計算和分析，這就需要對管道的流量和水頭的損失進行計算，并且結(jié)合所采用的管材以及主干管的定線方案等對管網(wǎng)進行平差計算，這對城市供水管網(wǎng)運行的安全可靠性有著重要作用。四是供水量設(shè)計。在對此參數(shù)進行設(shè)計時，需要根據(jù)城市不同季節(jié)和天氣等因素下人們對水量的需求規(guī)律進行設(shè)計，這就需要對居民和工業(yè)用水的規(guī)律進行調(diào)研和總結(jié)，然后根據(jù)周圍建筑物以及其他基礎(chǔ)設(shè)施對水量的需求來進行供水量的設(shè)計。

3 供水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計原則

一是管網(wǎng)布置的原則。這是在進行供水管網(wǎng)設(shè)計中最重要的部分，對于供水系統(tǒng)能夠科學(xué)合理的運行具有重要作用，并且也會對后期的工程投資和維護保養(yǎng)費用有著直接的影響。而且由于供水管網(wǎng)的覆蓋范圍較廣，在設(shè)計完成并開始施工過程中需要在許多環(huán)境較為特殊的地區(qū)進行地下工程的施工，所以施工難度較大也需要較大的投入，還具有較大的安全隱患。這就需要在設(shè)計過程中應(yīng)對實際的管網(wǎng)布置位置進行合理確定，將施工中可能遇到的安全隱患進行避免或者進行預(yù)防措施的制定，然后針對地形和環(huán)境因素對設(shè)計方案進行完善，目的就是要將管網(wǎng)布置范圍內(nèi)的用戶水量、水質(zhì)和水壓等參數(shù)進行保證，并確保供水安全和可靠，通過應(yīng)急方案的制定避免出現(xiàn)緊急狀況之后給用戶以及管網(wǎng)造成更大的損失和影響。二是管網(wǎng)定線的原則。其主要內(nèi)容就是主干管和支管進行定線，且定線的主要原則就是要確保供水的安全性，在此基礎(chǔ)上還要盡量減少沿程損失和經(jīng)濟投入，按照盡量沿道路進行敷設(shè)并且減少障礙物穿越的原則來降低敷設(shè)難度。而對于地勢高差較大的地區(qū)，在進行主干管的定線時，應(yīng)重點對重力流輸水進行綜合考慮。此外在管網(wǎng)定線中應(yīng)確保有至少兩條水廠出水管，并且主觀管的布置應(yīng)符合整個城市的整體規(guī)劃且確保供水的安全性和合理性。從發(fā)展的眼光來對進行管網(wǎng)定線，滿足城市未來發(fā)展的需求。

4 城市給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

在對城市供水管網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計時，由于缺乏較為系統(tǒng)和科學(xué)的定量評估方式，所以無法采用建立數(shù)學(xué)模型的方式進行評價，所以就需要在優(yōu)化設(shè)計時以經(jīng)濟性為主，并且綜合考慮其他的影響因素進行目標(biāo)優(yōu)化方程的建立，然后對此方程的最佳優(yōu)化解進行計算，實現(xiàn)對目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。主要的優(yōu)化設(shè)計方法如下：首先是進行管網(wǎng)造價的年損耗費用的折算。其計算公式如公式1所示。

（1）

其中C為管網(wǎng)總造價，假設(shè)此管網(wǎng)的投資回收其為t，那么年折算費用就是C/t。此外管道造價公式為，其中a、b以及α都是公式系數(shù)，是管段管徑;是單位長度管徑為的管段的造價;則為從i節(jié)點到j(luò)節(jié)點的管段長度。

其次是管網(wǎng)動力費用的計算，其采用的公式如2所示。

（2）

其中為能量不均勻系數(shù);E為電費換算系數(shù);為泵站效率;為水的密度;為水泵流量;為水源水泵站揚程。

最后是折舊維修費用。通過對每年管網(wǎng)的折舊大修費用公式進行化簡之后得出年費用目標(biāo)函數(shù)為公式3所示。

?? （3）

在對上述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化時，應(yīng)該綜合考慮以下因素：節(jié)點流量連續(xù)性、能量平衡的約束、節(jié)點水壓、送水泵站供水流量、最小管徑及標(biāo)準(zhǔn)管徑、加壓揚程、管段流速等。在滿足用戶對于水量和水壓要求的基礎(chǔ)上，來計算目標(biāo)函數(shù)的最小值，并確保目標(biāo)函數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性和合理性。

5 結(jié)語

對城市供水管網(wǎng)規(guī)劃進行設(shè)計優(yōu)化是供水管網(wǎng)規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)，不僅需要按照一定的原則，而且需要按照標(biāo)準(zhǔn)流程進行設(shè)計優(yōu)化，只有這樣才能為管網(wǎng)優(yōu)化提供重要保障。

參考文獻：

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