梁 義

（貴州省水利水電勘測設(shè)計院，貴州 貴陽 550002）

1 輸水模式的分類和選擇

1.1 輸水模式的分類

市政給排水管道工程中最常見的輸水模式有重力輸水、壓力輸水和將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的重壓輸水，在工程實踐中可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況選擇其中的一種或者多種聯(lián)合的方式使用。重力輸水依靠水的自重進(jìn)行流通，適用于水源地和目的地之間存在足夠高度差的輸水工程，在選擇使用重力輸水模式的工程中需要對當(dāng)?shù)氐牡乩砬闆r進(jìn)行充分調(diào)查和研究，通過合理的管道布置及水力計算復(fù)核確定。壓力輸水通過在水源地或輸水管道途中根據(jù)工程實際需要建設(shè)相應(yīng)的加壓泵站，以保證原水能夠有足夠的壓力輸送至目的地，對于地勢較為平緩，水源地與目的地之間的高度差不足以產(chǎn)生足夠的重力以抵消輸水管道水頭損失的地區(qū)，或者目的地的海拔高于水源地的地區(qū)，壓力輸水模式更為適用。

1.2 輸水模式的選擇

市政給排水輸水管網(wǎng)設(shè)計方案的核心就在于輸水模式的選擇，需要滿足市政管網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的所有要求。輸水模式的選擇必須根據(jù)水源的性質(zhì)等現(xiàn)狀情況，結(jié)合工程項目區(qū)的具體地形、地質(zhì)條件等因素綜合分析后進(jìn)行確定。重力輸水模式通常應(yīng)用在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村飲水安全工程及部分山區(qū)城市供水工程，在給排水管網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)該將輸水路線盡可能的縮短，使水源的和工程項目區(qū)之間的高差達(dá)到最大值，充分發(fā)揮重力因素的作用。設(shè)計輸水管的管徑時，應(yīng)該以輸水量可能出現(xiàn)的最大值作為設(shè)計的依據(jù)。采用重力輸水模式的給排水管道首尾兩端的高差過大，可根據(jù)水力計算及項目區(qū)高程范圍，在輸水管道的適當(dāng)位置設(shè)置減壓閥。采取壓力輸水模式的輸水管道應(yīng)該對設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性進(jìn)行綜合分析，對輸水管進(jìn)行分級，并且根據(jù)項目區(qū)高程范圍等情況確定泵站建設(shè)的等級和最佳位置。

2 給排水管網(wǎng)的分區(qū)

2.1 合理的階層數(shù)

設(shè)計工作中，第一階層分區(qū)系統(tǒng)的主要功能應(yīng)該放在管網(wǎng)分布的合理化上，第二和第三階層的設(shè)計重點則是空壓、撿漏和改壓。目前我國絕大部分地區(qū)的給排水系統(tǒng)依然是基于兩階層管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計模式，因此管網(wǎng)的實際規(guī)模、建設(shè)成本等多個因素決定了階層系統(tǒng)的分類。具體的設(shè)計方案應(yīng)該根據(jù)項目區(qū)的實際情況進(jìn)行綜合分析后確定，或者將設(shè)計方案劃分為多個建設(shè)階段分步施工。

2.2 劃定區(qū)域規(guī)模

除了滿足使用者對水壓的要求以外，市政給排水管網(wǎng)的設(shè)計還需要對水壓的均衡性等問題進(jìn)行重點考量。在設(shè)計中應(yīng)該優(yōu)先選擇低壓供水，將發(fā)生供水事故的可能性降到最低，最大限度的降低漏失量，達(dá)到節(jié)能的目的。通過在管網(wǎng)的設(shè)計中確定具體的區(qū)域規(guī)模，通常能夠?qū)┧畢^(qū)域內(nèi)水壓值的大小進(jìn)行有效的控制。在此階段，需要對區(qū)域地形標(biāo)高、水頭損失、人口密度和進(jìn)水點位置等多種因素分析，并且對工程的實際投資進(jìn)行充分的考慮，合理的分區(qū)可以做到各區(qū)域規(guī)模的細(xì)化，做到管網(wǎng)工程布局優(yōu)化更貼近城市規(guī)劃發(fā)展所需，從而最大程度發(fā)揮工程效益，同時節(jié)約工程投資。分區(qū)完成之后，應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃布局對管道流量進(jìn)行重點計算，并且對可能發(fā)生的漏失量進(jìn)行充分考慮。

2.3 位置和區(qū)域邊界

水壓、流量和進(jìn)水點數(shù)等因素都是管網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵，為了保障工程的安全性和可靠性，進(jìn)水點的數(shù)量在滿足使用功能的前提下應(yīng)該降到最低。當(dāng)管網(wǎng)進(jìn)水管的水壓控制點設(shè)置為單點進(jìn)水時，工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性將達(dá)到最佳狀態(tài)。在設(shè)計事故多發(fā)區(qū)的給排水管網(wǎng)時，多點進(jìn)水的模式更加有利于保證用水安全。由此可見，對于區(qū)域范圍較小的管網(wǎng)，設(shè)置兩個進(jìn)水點能夠?qū)ν话l(fā)事故和用數(shù)量進(jìn)行兼顧。在確定管網(wǎng)區(qū)域邊界的過程中，應(yīng)該對管網(wǎng)所在地的具體地形、地勢高差、水源點的供水參數(shù)等多個因素進(jìn)行充分考慮。

2.4 優(yōu)化區(qū)域方案

在市政管網(wǎng)的分區(qū)方案設(shè)計完成之后，應(yīng)該組織相關(guān)人員通過模擬試驗的方式，按照科學(xué)的原則對該方案的合理性和完善性進(jìn)行充分的論證，逐條分析管道的閘斷等設(shè)施的方案，使送水管道的方案得到優(yōu)化。目前，市政管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的優(yōu)化計算方法已經(jīng)達(dá)到了成熟階段，目前使用范圍最廣的是遺傳算法優(yōu)化。這種算法以遺傳算法的管網(wǎng)仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，不需要建立數(shù)學(xué)模型，適合于一些比較復(fù)雜的市政給排水管網(wǎng)的優(yōu)化和分析。基于這種優(yōu)勢，遺傳算法在很多市政管線項目的優(yōu)化中應(yīng)用范圍越來越廣，已經(jīng)形成了一門獨立的學(xué)科。在市政設(shè)計等大型工程的優(yōu)化中應(yīng)用遺傳算法已經(jīng)取得了一定的成效，充分激發(fā)了模糊控制理論的潛力。

3 結(jié)語

市政給排水管網(wǎng)的建設(shè)水平是衡量一個城市發(fā)展和建設(shè)水平的重要指標(biāo)，市政給排水管網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)該對技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行綜合考慮，對二者進(jìn)行高度融合，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況對最終的設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。對于地理條件比較理想的區(qū)域，設(shè)計管網(wǎng)時應(yīng)該優(yōu)先選擇重力輸水模式，兼顧方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。市政給排水管網(wǎng)分區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計應(yīng)該同時對管網(wǎng)的成本、性能以及技術(shù)性能進(jìn)行對比分析，結(jié)合具體的工程資金確定最終設(shè)計方案。