謝千津

（廣東海納工程管理咨詢有限公司）

0 引言

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷推進(jìn)，在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，很多村鎮(zhèn)依靠經(jīng)驗(yàn)值來(lái)進(jìn)行輸配水管網(wǎng)的直徑、坡道等設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置，但是在復(fù)雜的工程下，實(shí)際的管網(wǎng)運(yùn)行中，憑借簡(jiǎn)單的方案就確定好施工進(jìn)程往往不能滿足實(shí)際的需求，往往造成管道大量沉積物發(fā)生年久失修，以及供水差發(fā)生二次污染，嚴(yán)重影響用水人群的健康，因此要得到合理的供水電耗，并且將供水實(shí)現(xiàn)安全可靠，合理投資，降低管網(wǎng)的損耗，同時(shí)改善管網(wǎng)水質(zhì)，就要對(duì)供水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏的目標(biāo)，以給水管網(wǎng)優(yōu)化的重要作用。

1 當(dāng)前村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

1.1 論證供水管網(wǎng)設(shè)置

在進(jìn)行給水輸配水管網(wǎng)設(shè)置的時(shí)候，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上要保證節(jié)點(diǎn)中對(duì)于輸配水管網(wǎng)中各個(gè)組成部分進(jìn)行論證，得到最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。

1.1.1 系統(tǒng)優(yōu)化方法需要改進(jìn)

一般進(jìn)行給水輸配，系統(tǒng)的優(yōu)化方需要進(jìn)行給水收費(fèi)水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸配水管網(wǎng)的優(yōu)化布置，以及管網(wǎng)的方案確定等，選擇合適的水泵，揚(yáng)程確定好管道的具體尺寸。在給水輸配管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度上，通常采用的方式眾多，其中樹(shù)狀管網(wǎng)系統(tǒng)布置，能夠降低工程投資的同時(shí)，在用水量較大或地勢(shì)較高的地區(qū)，做好水塔位置管網(wǎng)系統(tǒng)的布設(shè)等就可以了。

1.1.2 村鎮(zhèn)水質(zhì)水量情況復(fù)雜

村鎮(zhèn)的水質(zhì)水量差異大，這是由于未建灰水收集管（資金別用）：只接入黑水，水量小、濃度高（COD=1 000 mg/L，NH3-N=200 mg/L）；戶內(nèi)化糞池滲漏：黑水無(wú)法收集，僅有部分灰水進(jìn)入收集管，水量小、濃度低；化糞池停留時(shí)間長(zhǎng)：因污水量小于設(shè)計(jì)值，污水在化糞池內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，碳源過(guò)度消耗，碳氮比失調(diào)；戶內(nèi)雨水進(jìn)入收集管（天井明渠）：雨季水量大、濃度低；節(jié)假日用水人口增加：污水量大，導(dǎo)致污水處理設(shè)施溢流。

1.1.3 給水管網(wǎng)布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不明確

村鎮(zhèn)的給水管網(wǎng)的布設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)不明確、不健全：①鎮(zhèn)級(jí)污水處理城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）；②村莊污水處理，尚無(wú)明確排放標(biāo)準(zhǔn)，已完成住建部《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批稿）》；部分省市頒布了地方排放標(biāo)準(zhǔn)（北京、河北、山西、寧夏、浙江、上海等），各地對(duì)村莊污水的排放標(biāo)準(zhǔn)限值差異較大；③《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批稿）》提出，排水管管徑≥100 mm，坡度宜≥5‰，70 m以內(nèi)或轉(zhuǎn)彎處設(shè)置檢查井，尚未頒布實(shí)施。

1.2 村鎮(zhèn)給水管網(wǎng)布設(shè)資金不足

村鎮(zhèn)往往水源處地面標(biāo)高較高，一般采用重力流進(jìn)行供水，但是容易造成初期的投資費(fèi)用和后期的運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用較高的問(wèn)題。采用泵站加壓的供水系統(tǒng)，又要考慮到用戶用水量和泵站供水量的差異，因此采用達(dá)成水塔還是不搭設(shè)水塔的方式，需要進(jìn)行實(shí)際的論證，尤其是在村鎮(zhèn)這種地形相對(duì)復(fù)雜的情況下，進(jìn)行給水管網(wǎng)的布設(shè)，需要考慮到投資費(fèi)用以及官網(wǎng)布設(shè)的優(yōu)越性科學(xué)性等。采用減壓出水調(diào)節(jié)裝置，還可以起到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2 村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)思路

2.1 注重供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃

近年來(lái)，隨著各地城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷加快，社會(huì)主義新農(nóng)村的趨勢(shì)投入了大量的人力物力財(cái)力。在自來(lái)水基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展上，為了解決農(nóng)村人口的飲水困難和供水不安定不安全問(wèn)題，采用了村村供水自來(lái)水工程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在村鎮(zhèn)供水上具有一定的特等特征。村鎮(zhèn)的供水飲用水事業(yè)發(fā)展較為緩慢，地廣人稀的情況下，山高坡陡條件惡劣，交通不便，給水系統(tǒng)修建難度較大，而水污染嚴(yán)重的情況也是值得注重的，供水規(guī)劃之后，使得供水單位在耗能上較大，沒(méi)有做過(guò)直接的水源處理，就直接飲用，會(huì)使人們的健康受到影響。

2.2 優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)思路

在進(jìn)行村鎮(zhèn)供水的管網(wǎng)設(shè)計(jì)上一直是較為薄弱的環(huán)節(jié)，地形變化大，使得官網(wǎng)的沿線高差變化較大，因此在進(jìn)行地勢(shì)高處用水用戶供水的時(shí)候，需要將地勢(shì)低處的管網(wǎng)進(jìn)行壓力提高，令在村鎮(zhèn)進(jìn)行供水，用水量較小的情況，管網(wǎng)中流量晝夜變化大，管網(wǎng)運(yùn)行安全性不足，爆管事故頻發(fā)，給管網(wǎng)維護(hù)帶來(lái)巨大的壓力。因此在管網(wǎng)的設(shè)計(jì)上，從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)已經(jīng)需要過(guò)渡到優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，采用傳統(tǒng)的方法，憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大量格的設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，且過(guò)程繁瑣。

研究人員必須根據(jù)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的官網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如：將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬退火法，遺傳算法等納入到設(shè)計(jì)思路中，解決組合優(yōu)化問(wèn)題。目前對(duì)管網(wǎng)的配水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了NP類(lèi)的組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，取得了很好的效果。

3 進(jìn)行村鎮(zhèn)管網(wǎng)設(shè)計(jì)案例

某村鎮(zhèn)進(jìn)行供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，首先要進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，收集資料，確定地區(qū)的地形用水定額變化系數(shù)等。采用調(diào)節(jié)裝置的理論，對(duì)于供水管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)理論分析，研究出裝置結(jié)構(gòu)，材料選取位置容積等，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，對(duì)管網(wǎng)最終確定優(yōu)化方案，最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的分析。

3.1 利用給水減壓裝置

在村鎮(zhèn)的供水管道上，運(yùn)用給水減壓儲(chǔ)水裝置，作為供水管線的主要設(shè)計(jì)思路。該裝置作用于調(diào)節(jié)主管網(wǎng)的最高時(shí)流量，在滿足用水戶對(duì)用水水量水壓的要求下，能夠減少工程的投資，提高供水的安全可靠性。裝置主體包括了結(jié)構(gòu)位置，選擇容積大小以及裝置數(shù)量。首先在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，考慮了減少中下游管道動(dòng)靜水壓力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中選取了玻璃鋼儲(chǔ)水容器、導(dǎo)水管、活結(jié)浮球開(kāi)關(guān)、進(jìn)排水閥安全及卸空法等。這些裝置具有統(tǒng)一的特點(diǎn)，就是能夠減壓。

3.2 減少中下游管道工程壓力

在輸水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)水壓減小，任意壓力減少，從而達(dá)到減少中下游管道工程壓力的目的，以降低工程造價(jià)。在解壓出水調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)上，采用了有效削減管網(wǎng)用水高峰時(shí)的最高時(shí)流量的設(shè)計(jì)思路，將玻璃鋼出水容器，接到需要減壓的主管道上一側(cè)連接到主管道一側(cè)，連接到玻璃缸，出事有充氣，穿過(guò)檢修開(kāi)孔，進(jìn)入玻璃缸出事容器后，在側(cè)邊依次連接水位指示管，開(kāi)啟水力進(jìn)水閥，向外排出內(nèi)部沖水，直觀地看到儲(chǔ)水容器中的水位表。同時(shí)在內(nèi)壓力超過(guò)容器壓力時(shí)，設(shè)計(jì)思路是：自動(dòng)打開(kāi)解壓出水調(diào)節(jié)裝置，確定科學(xué)的位置，根據(jù)村鎮(zhèn)的水管網(wǎng)地形以及水戶的位置，設(shè)置水戶需要的水壓值，管網(wǎng)延伸長(zhǎng)度以及各類(lèi)水庫(kù)對(duì)供水的需求等，按照位置進(jìn)行下游管網(wǎng)控制點(diǎn)的布設(shè)，確定儲(chǔ)水裝置安裝的位置標(biāo)高，考慮到地質(zhì)條件和管線的縮短要求，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)給水管網(wǎng)布設(shè)在安裝位置上滿足標(biāo)高要求，對(duì)于工程地質(zhì)條件進(jìn)行環(huán)境衛(wèi)生的處理和管理地段的維護(hù)。

3.3 設(shè)置最高設(shè)計(jì)水位

減壓出水調(diào)節(jié)裝置容積的確定，是設(shè)置出最高設(shè)計(jì)水位，在工程有效容積的情況下，在設(shè)計(jì)中還考慮了給水管道的造價(jià)，對(duì)于PVC 給水管道的造價(jià)工是以最小二乘法原理進(jìn)行了擬合得到的相關(guān)指數(shù)，考慮到了水管造價(jià)估計(jì)供值誤差等，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用動(dòng)態(tài)管網(wǎng)優(yōu)化模型，進(jìn)行了管網(wǎng)優(yōu)化，后年費(fèi)用值的最小值的計(jì)算，得到建設(shè)管段造價(jià)年成本和管網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)用等。經(jīng)過(guò)理論驗(yàn)證和實(shí)際施工中經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)分析，最終得到的村鎮(zhèn)管網(wǎng)設(shè)計(jì)，安裝了下游管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，自由水頭將管段管徑明顯降低，滿足了供水水壓要求，折合管理費(fèi)用，年投資達(dá)到最小目標(biāo)，優(yōu)化模型對(duì)減少投資的要求，增加供水效益。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)用水現(xiàn)取量和給水量曲線，求得相應(yīng)的水量值。通過(guò)上述減壓出水調(diào)節(jié)裝置，對(duì)出水調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)和安裝位置以及容積數(shù)量等進(jìn)行了理論研究，從而得出村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。在某村鎮(zhèn)進(jìn)行供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，就考慮到該區(qū)域的管網(wǎng)布置調(diào)節(jié)裝置容積等情況。在設(shè)計(jì)內(nèi)容上，選擇了地勢(shì)較高的地表水作為水源利用，重力自流進(jìn)行供水。從供水區(qū)域全局出發(fā)，考慮到該村鎮(zhèn)的地形水源分置規(guī)劃等條件，進(jìn)行相應(yīng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)，最終得到管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，在交付使用之后，效果良好。