城市给水管网优化设计探讨

城市给水管网优化设计探讨

摘要 在市政与环境工程建设中，城市污水管网所占总投资的比例很大，对污水管网进行优化设计，寻求满足各种技术条件，且能使整个系统的敷设或运营费用最低的方案，不仅具有丰富优化设计理论和拓展优化设计方法的价值，而且具有明显的经济和社会效益。一旦出现故障，会给城市的正常生产和生活带来严重的影响，且发现问题和解决问题时间较长，所以在城市给排水工程中，解决管网管线的合理优化设计等问题尤为重要。

关键词 城市给水；管网优化；设计

1 城市给水管网系统规划设计的发展

城市给水管网系统的优化设计起始于20世纪60年代，我国的相关研究起步较晚，但近年来发展速度较快。总体而言，给水管网系统的优化设计经历了从单一型向复合型发展的过程，主要包括经典优化理论及应用一启发式算法研究及发展一多方法优化一地理信息系统。随着计算机辅助设计技术的出现和发展，一些新型算法不断应用于管网优化计算中，如人工神经网络法、遗传算法等，这些新技术促进了可视化技术和集成GIS的开发。随着管网优化研究领域的发展，管网运行的可靠性在提高，经济性在优化，环状管网与树状相结合的形式得以发展。我国大城市给水管网大型化、复杂化和多样化的发展规模，对建设管网和管理管网提出了较高的要求[1]。

2 给水管网规划设计的任务、原则和要求

2.1 给水管网规划设计的任务

具体而言，进行城市给水管网规划设计的任务体现在以下两个方面：首先是管网的优化设计。作为给水管网规划设计的基础，管网的优化设计是否科学合理对于给水系统的安全可靠及经济性而言意义重大。其次是管径的优化设计。在给水管网中，管径的大小关系着系统的布局，受管段在管网系统中所承担的责任影响；在管网优化设计上，要基于管网的最优设计，通过优化模型进行求解。

2.2 给水管网规划设计的原则

作为一项系统而复杂的工程，城市给水工程设计需要遵循一定的原则，主要有以下三点：

（1）要对城市的未来发展有科学的把握。给水系统的建设受城市未来发展所导向，在进行规划设计时要结合城市的总体规划、合理确定近期和远期的供水量；

（2）规划设计要具有一定的针对性。要对当前城市给水管网系统存在的问

题进行研究并给出应对措施，结合给水调查报告深入分析运行中存在的问题，给出解决措施；

（3）在规划设计完成后，要基于供水需求和管网安全可靠运行的要求，尽可能地节省投资和降低能源消耗，保证可操作性。

2.3 管网如何优化设计

管网的设计是规划管道系统的重点。其布局是否科学合理会对能否合理设计水泵扬程及进行供水运行带来直接的影响，同时在很大程度上关系到工程投资及其管理维护。因此，在对管网的规划设计中，要对系统进行现状、近期及远期的水力模拟校核，以达到最优要求。

设计城市给水管网时应遵循以下要求：

（1）与城市总体规划及发展需要相符，管网的设计要兼顾给水系统分期建设的可能性，留出一定的发展空间。

（2）在整个供水区域内设计管网，技术方面做到使用户的水压及水量充足。

（3）设计管网时一定要确保安全供水，如果部分管网出现故障，尽量使断水范围减至最小。

（4）满足消防水量及水压和供水最不利点要求，力求以敷设管线最短又能达到同样效果，降低管网造价和供水能量费用。

3 改建或扩建管网的管线优化设计

优化设计的重要环节是对设计管线的方案进行对比。逐步改建或扩建低压缺水区，扩大原有管道的管径或增设新管道，过水断面缩小和年久失修的管段应该及时更换，以使供水效率得以提升，管网运行更加安全可靠。根据规划，结合原管网道路下管线较多的具体情况，改建或扩建过程中的管线布局应兼顾以下四个方面的需要：

（1）将原管道所在道路纳入改造范围，或其周边平行方向有规划道路，设定沿规划道路进行管道的敷设。

（2）原管道的道路不变，增加管道，设定沿原管道的道路增设管道，若管网压力达到使用要求，可逐渐废除原管道。

（3）未对道路进行改造，也不能增设管道的，只能拆除原管道，敷设大管径管道。

（4）能够扩建的管网，沿既定的道路进行管道的敷设，达到新建管网的要

求。

4 管网图形的合理简化

简化新建的给水管网应只保留主干管，具体的用水情况能够通过简化后的管网体现出来，确保用户的用水压及水量，优化城市配水系统。但是若简化不符合要求，则会加大计算结果和具体用水情况的偏差，浪费运营及投资。因此，必须以确保计算结果与具体情况相符为前提来简化管网图形。

管网的简化措施：

（1）简化原则。管径的大小往往和城市供配水时水力条件的影响及管线的作用成正比。按照管网内用水的标准及人口的布局，将对管网水力计算的管线和支管去掉，并且要慎重考虑去掉后对管线水压、管线水头所产生的影响。如果支管末端为大用户，不能将此类管线省略掉。

（2）管线的合并。在理论方面取得计算结果非常精确后，30%管网的管线可以简化处理。平行管线的省略及合并还应该考虑如何处理附近的管线。

（3）能够分解的管网数量不多，且最多当两条管线连接时，如果能够确定管线的流量及流向，就能断开相互连接的管线，把一个管网分解成两个管网，且彼此能使用，再分别进行计算。大部分管网的布局应敷设环状管线，一个供水区连接多处外部的管网，保证该区域供水压力的均衡。同时，一旦一条管线出现故障，还可减少该区域的停水范圍。

（4）市政道路下有多条给水管线，往往处在道路两侧，过路管道将其连接，一般情况下这些过路管管径相似于主干管管径，不太长，基本上不影响道路两侧管线的水力条件，过路管两端的水力具备相同的参数，此类管段可当作一个备用调节管理。

总而言之，城市给水管网规划设计关乎经济和社会效益，我国当前的城市给水管网规划理论依然处在发展阶段，还有很大的发展空间。为了使得计算方法更加精确和完善，仍然需要在实践中不断探索、积累经验，形成一套完善的联系实际的理论系统。

参考文献

[1] 许秀清.城市给水管网系统的规划设计[J].中国高新技术企业，2015，（22）：11-12.