羅春幸

在城市的建設(shè)中，市政供水管網(wǎng)是重要的項(xiàng)目之一，為了保證供水安全可靠，設(shè)計(jì)階段需要將管網(wǎng)平差應(yīng)用在其中。對(duì)此，本文將結(jié)合管網(wǎng)平差的應(yīng)用實(shí)例，分析市政供水管網(wǎng)建設(shè)中，管網(wǎng)平差的應(yīng)用及意義，以期為相關(guān)人員提供參考，優(yōu)化市政供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

一、某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)市政管網(wǎng)平差的應(yīng)用實(shí)例分析

某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)自來(lái)水廠位于片區(qū)內(nèi)地勢(shì)較高點(diǎn)，地勢(shì)總體東北較高，西南較低。自來(lái)水廠現(xiàn)狀出水主干管管徑為DN700，本工程需對(duì)片區(qū)內(nèi)市政配套管網(wǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建，配水管網(wǎng)根據(jù)國(guó)家規(guī)范、參照相關(guān)規(guī)劃、結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀并考慮道路縱向高程、路網(wǎng)建設(shè)順序等進(jìn)行布置，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)給水管道沿道路敷設(shè)，形成環(huán)狀。

1.管網(wǎng)計(jì)算的主要參數(shù)

管網(wǎng)計(jì)算之前應(yīng)進(jìn)行主要參數(shù)的準(zhǔn)備，所掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)越完備，建立的水力模型與工程實(shí)際就也吻合。某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的主要參數(shù)如下：

（1）設(shè)計(jì)范圍內(nèi)總需水量10萬(wàn)m3/d，其中某工廠約4萬(wàn)m3/d由專用管道供給（管網(wǎng)平差不進(jìn)行考慮）；

（2）最不利點(diǎn)服務(wù)水頭≥25m；

（3）日、時(shí)變化系數(shù)：Kd=1.3，Kh=1.3；

（4）清水池設(shè)計(jì)出水水位49.10m；

（5）消防用水量根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，按開(kāi)發(fā)區(qū)總體規(guī)劃人口規(guī)模，遠(yuǎn)期水廠供水范圍內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)按2處著火點(diǎn)考慮，一次滅火用水量45L/s。消防壓力按城區(qū)最不利點(diǎn)地面以上10m水柱考慮；

（6）最不利管段發(fā)生事故時(shí)，事故用水量按最高日最高時(shí)的流量的70%計(jì)。

2.管網(wǎng)平差的方法選用

在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，管網(wǎng)平差的計(jì)算方式有很多，包括節(jié)點(diǎn)法、環(huán)方法、求解管段流量法等。其中，求解管段流量法的運(yùn)用，存在很多未知數(shù)，而環(huán)方法在運(yùn)算中所包含少量的未知數(shù)，但是在自動(dòng)編程的過(guò)程中，大型管網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)較多，所以存在很大的難度，在每一次進(jìn)行管網(wǎng)平差之前，工作人員都應(yīng)該分配初始流量，耗時(shí)較多且工作難度較大。相比之下，節(jié)點(diǎn)法在運(yùn)行中，其所包含的未知數(shù)數(shù)量介于求解管段流量法、環(huán)方法之間，且對(duì)于市政供水管網(wǎng)的形狀，沒(méi)有相關(guān)的要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多水源的、枝狀的、空間的管網(wǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)的編程設(shè)計(jì)、呈現(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法可以在一定程度上減少工作量。本次實(shí)例中，管網(wǎng)平差采用節(jié)點(diǎn)法。

3.管網(wǎng)水力計(jì)算及布置

由于洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)給水管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，管徑大可達(dá)到DN700，小到十幾毫米，管道的相互連接關(guān)系多種多樣，管段長(zhǎng)短不一，所以管網(wǎng)水力模型必須在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。

具體簡(jiǎn)化原則如下：

（1）管網(wǎng)水力模型中只保留管徑在DN200以上（含DN200）的管段；

（2）省略過(guò)路管，給水管線僅按照在路口連通考慮；

（3）道路兩側(cè)管線不予以合并；

（4）管段相交的點(diǎn)，用水大戶與市政管道的相交點(diǎn)均設(shè)為節(jié)點(diǎn)。

在管網(wǎng)簡(jiǎn)化后，根據(jù)各片區(qū)的用水情況，分區(qū)結(jié)合管長(zhǎng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量分配。分配中考慮部分大用戶水量，其余按管長(zhǎng)及周邊用水情況分配至各節(jié)點(diǎn)。

配水管網(wǎng)按遠(yuǎn)期最高日最高時(shí)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按最高日最高時(shí)流量加消防流量、最不利管段發(fā)生故障兩種工況進(jìn)行校核，管道的敷設(shè)分期分批逐步進(jìn)行實(shí)施。

最高用水時(shí)管網(wǎng)平差計(jì)算

4.平差結(jié)果的處理

結(jié)合平差方程組的運(yùn)算結(jié)果，工作人員需要對(duì)市政供水管網(wǎng)進(jìn)行合理的處理優(yōu)化。比如通過(guò)優(yōu)化管網(wǎng)布置、合理調(diào)整供水系統(tǒng)劃分、對(duì)局部流速偏低的管段，有條件時(shí)可適度調(diào)小管徑，并進(jìn)行核算后應(yīng)滿足供水需求。

某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)供水范圍內(nèi)，給水管網(wǎng)布設(shè)成環(huán)狀，南端局部供水壓力略小于25m的節(jié)點(diǎn)目前已有自行加壓措施，經(jīng)管網(wǎng)水力平差計(jì)算及優(yōu)化管網(wǎng)布置后，東片區(qū)地勢(shì)較高且為遠(yuǎn)期擴(kuò)容主要片區(qū)，考慮設(shè)置二級(jí)泵站加壓供水，但東片區(qū)及南端局部片區(qū)加壓的方式均不能對(duì)市政管網(wǎng)的壓力造成損失。開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)其他區(qū)域都能滿足市政供水自由水頭≥25m的要求。

最高日最高時(shí)流量加消防流量校核時(shí)，片區(qū)內(nèi)最不利點(diǎn)服務(wù)水頭仍≥10m。最不利管段發(fā)生故障時(shí)最高日最高時(shí)流量70%進(jìn)行校核，仍能保證各節(jié)點(diǎn)的正常服務(wù)水頭，亦能滿足要求。

通過(guò)管網(wǎng)平差可采用直觀的數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式，將管網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)際呈現(xiàn)出來(lái)，從而為運(yùn)行的調(diào)度工作提供有價(jià)值的依據(jù)。通常來(lái)說(shuō)，在后處理的工作中，主要包含水力坡度顯示、管網(wǎng)流速、管網(wǎng)等水壓曲線的繪制、自由水頭曲線等。通過(guò)等壓線的內(nèi)容，工作人員可以更加直觀地發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)運(yùn)行的問(wèn)題，如壓力不足、水流方向等，掌握枝狀管網(wǎng)、空間管網(wǎng)的關(guān)系，確定管網(wǎng)的相交狀態(tài)，進(jìn)而全面提高市政供水管網(wǎng)建設(shè)的順利程度，并提高管網(wǎng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。所以，設(shè)計(jì)人員及工作人員非常有必要結(jié)合管網(wǎng)平差的結(jié)果，對(duì)供水管網(wǎng)建設(shè)的問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的改正優(yōu)化，保證供水管網(wǎng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，滿足居民的用水需求。除此之外，工作人員還能夠基于管網(wǎng)平差軟件，通過(guò)不同的顏色對(duì)管道的水壓、負(fù)荷進(jìn)行表示，并劃分不同區(qū)域的水源，同時(shí)以動(dòng)畫(huà)的方式模擬水管中水的流向。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)管網(wǎng)平差的軟件運(yùn)算結(jié)果，能夠幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化建設(shè)方案，從而全面提高工作質(zhì)量、效率。

二、市政供水管網(wǎng)建設(shè)中管網(wǎng)平差的意義

結(jié)合上文所述能夠發(fā)現(xiàn)，將管網(wǎng)平差應(yīng)用在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，其具有重要的意義。實(shí)際上，常用的管網(wǎng)平差方式有很多種，如線性理論（Linear Theroy）法、 哈代·克羅斯（Hardy-cross）法、有限元（Finite-Element）法、牛頓·萊福遜（Newton-Raphson）法等。結(jié)合市政供水管網(wǎng)的實(shí)際，工作人員可以采用有針對(duì)性的方法，從而發(fā)揮其具體的作用。依據(jù)管網(wǎng)平差結(jié)果，有效地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，各分區(qū)系統(tǒng)設(shè)置也更加趨于合理。通過(guò)管網(wǎng)平差的應(yīng)用，可以在規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)化管網(wǎng)的布置，甚至還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市政供水管網(wǎng)施工工況的模擬，便于工作人員結(jié)合季度的用水需求，對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源的目的，保證供水管網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)性。

同時(shí)，利用管網(wǎng)平差的方式，還能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，包括管道爆裂、閥門關(guān)閉、施工風(fēng)險(xiǎn)、漏水事故等，進(jìn)而滿足供水管網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)需求?；诠芫W(wǎng)平差，工作人員還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水位置，便于及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，減少水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象，并提高供水的穩(wěn)定性，滿足城市居民生產(chǎn)、生活的需求。

簡(jiǎn)言之，在市政供水管網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)用管網(wǎng)平差可以進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)方案，有針對(duì)性地預(yù)防可能出現(xiàn)的問(wèn)題、風(fēng)險(xiǎn)等，從而提高市政供水管網(wǎng)建設(shè)效率。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，管網(wǎng)平差的應(yīng)用有著相關(guān)的流程、要求，只有將其貫徹在建設(shè)中，才能夠發(fā)揮管網(wǎng)平差的作用。對(duì)此，工作人員需要結(jié)合市政供水管網(wǎng)工程的實(shí)際，利用管網(wǎng)平差進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、規(guī)劃，從而全面提高管網(wǎng)建設(shè)的合理性。因此，結(jié)合本文的分析，將管網(wǎng)平差應(yīng)用在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，具有較強(qiáng)的可行性和指導(dǎo)性意義。