農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管網(wǎng)的優(yōu)化方法

劉東1、2

1.陜西省安康市漢濱區(qū)水利工作隊 陜西安康 725000；

2.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 陜西西安 710064

摘要：集中式供水工程建設(shè)，是我國新農(nóng)村建設(shè)中的重要內(nèi)容。對于當(dāng)前農(nóng)村飲水安全集中式供水工程進(jìn)行深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其中存在著很多的不良問題，工程建設(shè)成本過高。管網(wǎng)布置需要消耗大量的建設(shè)資金，而且布置較為混亂，集中式供水成效較差。對此不良問題相關(guān)人員需要不斷加強(qiáng)研究力度，積極的找尋有效措施進(jìn)行改善，從而將農(nóng)村飲水安全集中式供水工程建設(shè)的重要意義良好發(fā)揮。本文就是對農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管網(wǎng)的優(yōu)化方法進(jìn)行深入探究，希望對相關(guān)人員能夠有所啟示。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村；飲用水安全；集中式供水；管網(wǎng)；優(yōu)化方法

引言：農(nóng)村飲用水安全集中式供水工程建設(shè)與農(nóng)村居民的生活有著非常密切的聯(lián)系，對于加快新農(nóng)村建設(shè)，提升我國農(nóng)村居民生活水平有著不可忽視的影響力。供水網(wǎng)管布置是工程建設(shè)的核心內(nèi)容，關(guān)乎著能否將質(zhì)量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的生活用水，輸送到農(nóng)村的每家每戶。但是在工程實際建設(shè)過程中，受到眾多不利因素的影響，網(wǎng)管布置還存在一些不足，對于工程供水成效造成了不良的影響。所以對于農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管網(wǎng)優(yōu)化方法進(jìn)行研究是具有現(xiàn)實意義的，下面就對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、農(nóng)村供水網(wǎng)供水特點

（一）供水工程建設(shè)規(guī)模小，居民較為分散

我國農(nóng)村飲水安全集中式供水工程建設(shè)規(guī)模較小，而且農(nóng)村居民居住較為分散。還需要注重的是，我國很多農(nóng)村居住在大山中，地勢地貌較為復(fù)雜，對于供水工程建設(shè)也造成了很多不良阻礙。對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為良好的區(qū)域可以采用集中式供水形式，但是對于環(huán)境較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況較為落后的區(qū)域只能采用分散式供水形式。

（二）主要應(yīng)用集中式供水模式

因為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展性比較有著很大的差距，農(nóng)村飲水安全供水工程建設(shè)多是采用具有很高經(jīng)濟(jì)性的集中式供水模式。在工程實際建設(shè)過程中，對于一些人口較多，但是離城鎮(zhèn)地區(qū)很遠(yuǎn)的農(nóng)村區(qū)域，更多的是選用規(guī)模式的集中供水方式。一些村落相互之間的距離很遠(yuǎn)，供水工程建設(shè)需要投入大量的建設(shè)資金，那么只能選擇村內(nèi)單獨集中供水形式。

（三）工業(yè)用水比重逐漸上漲

對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不是十分良好的區(qū)域，供水工程主要是承擔(dān)者居民生活用水的責(zé)任。但是隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國很多農(nóng)村企業(yè)取得了巨大的進(jìn)步，工業(yè)在我國農(nóng)村區(qū)域也不斷的興起，發(fā)展，同時也導(dǎo)致農(nóng)村區(qū)域的供水需求不斷增漲。在我國一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為良好的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，工業(yè)用水甚至超過了居民生活用水總量。安全飲水工程建設(shè)為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)，區(qū)域用水量不斷提升，農(nóng)村供水網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要意義也越來越顯現(xiàn)出來。

二、農(nóng)村供水工程存在的問題

（一）供水管網(wǎng)的設(shè)計與實際需求不符

我國對于農(nóng)村供水工程建設(shè)十分的重視，并且為其投入了大量的建設(shè)資金。但是深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其中還存在著很多的不良問題，不能將供水工程建設(shè)的重要意義良好發(fā)揮，最為嚴(yán)峻的問題就是供水管網(wǎng)設(shè)計與實際需求存在很大的差異。在農(nóng)村飲水安全集中式供水工程建設(shè)項目決策階段，相關(guān)設(shè)計人員會提出很多方案，但是這些方案都是項目決策人員依據(jù)自身以往的經(jīng)驗得出的。這些設(shè)計方案中很有可能會存在一些相關(guān)工作人員的主觀性見解，這樣就會導(dǎo)致設(shè)計方案的適應(yīng)性受到不良影響，與農(nóng)村供水網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實際需求存在著很大的差異性，工程建設(shè)完成后供水成效較差。

（二）缺乏科學(xué)化的管理，技術(shù)力量不足

從農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管理層次進(jìn)行分析，缺乏科學(xué)化的管理體系，技術(shù)力量不足。受到以上眾多因素的影響，導(dǎo)致農(nóng)村供水網(wǎng)絡(luò)中很多的供水設(shè)施不能處于健康運(yùn)行狀態(tài)中。追溯其根本原因就是因為農(nóng)村供水工程建設(shè)項目眾多，但是建設(shè)時間非常的有限。一些建設(shè)施工技術(shù)人員并沒有經(jīng)過專業(yè)性的培訓(xùn)，對于供水工程建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范沒有深入的了解，供水工程建設(shè)企業(yè)對于施工技術(shù)人員的培訓(xùn)工作也沒有給予相應(yīng)的重視程度。而且農(nóng)村供水工程建設(shè)大都位于離城鎮(zhèn)較為偏遠(yuǎn)的山區(qū)，建設(shè)區(qū)域生活條件較差，施工環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致工程建設(shè)對于施工技術(shù)人員的吸引力不高。所以相關(guān)企業(yè)需要注重施工技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，使得施工技術(shù)人員的綜合素質(zhì)可以得到有效的提升，為農(nóng)村飲水安全集中式供水工程安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

三、農(nóng)村供水工程輸水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施

在我國農(nóng)村飲水安全集中式供水工程建設(shè)中，可以依據(jù)輸水管道的長度對輸水管道進(jìn)行類別的劃分。同時還可以根據(jù)水源離供水區(qū)域的距離，以及用水區(qū)域的高度對輸水管道建設(shè)進(jìn)類別的劃分。通常情況下，供水工程建設(shè)區(qū)域的自然條件對于輸水方案的選擇有著很深的影響。所以供水網(wǎng)絡(luò)布置和建設(shè)需要依據(jù)供水工程建設(shè)區(qū)域的實際情況，合理的、科學(xué)的選擇輸水網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。我國新農(nóng)村建設(shè)速度不斷加快，輸水網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問題也得到社會的密切關(guān)注。對于輸水網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化主要分為兩部分，第一部分是線路的優(yōu)化，第二部分就是管徑的優(yōu)化，二者有著非常緊密的聯(lián)系。只有應(yīng)有有效的措施，切實的提升管徑、線路的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性，才能將供水工程建設(shè)的重要意義良好體現(xiàn)，促進(jìn)我國新農(nóng)村建設(shè)發(fā)展。

（一）輸水網(wǎng)絡(luò)線路優(yōu)化措施

1、模型創(chuàng)建

輸水網(wǎng)絡(luò)線路布置是農(nóng)村飲水安全集中式供水系統(tǒng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。線路布置的優(yōu)劣與供水工程建設(shè)的效益有著直接性的影響，所以相關(guān)人員對于線路優(yōu)化必須要給予高度的重視，做好技術(shù)攻關(guān)，提升供水工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。供水共層想要滿足農(nóng)村眾多居民的實際用水需求，需要以首末水頭為重要基礎(chǔ)。為此，本文就輸水管道總投資F為最小目標(biāo)函數(shù)，輸水管道各管段的線

路方案xi為決策變量，建立管道線路優(yōu)化模型。

2、算例分析

如圖所示，以某供水系統(tǒng)輸水線路為例，應(yīng)用上述管道線路優(yōu)化，水源點設(shè)計的水位是133.06m，管道沿線出水口將輸水的總體管道分為6個管段，各個管段水流量及其各個節(jié)點之間的高程、水流量見圖1，管道末端最小服務(wù)的水頭按照2m控制。

例中的輸水管道系統(tǒng)中共有7個節(jié)點，6條管段，根據(jù)供水工程所在地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、及分水口的分布、水源的位置等情況，每一條的管道線路可考慮4個設(shè)計方案，以管段1為例。管道1可選取的設(shè)計方案有：管道鋪設(shè)中經(jīng)過一處軟土地區(qū)，可采用玻璃鋼夾砂管的方式穿過；在穿越公路的兩處地方，可采用套管的方式；在兩處穿越河道的地方，運(yùn)用管橋的形式；經(jīng)過鄉(xiāng)鎮(zhèn)的過程中，直接鋪設(shè)管道；采用套管的方式穿過公路；采用專用的混凝土套管施工穿過一處鐵路；管道沿線經(jīng)過一處鄉(xiāng)鎮(zhèn)，直接穿鄉(xiāng)鎮(zhèn)鋪設(shè)；穿過三處公路，采用套管的方式；穿過河道一處，采用管橋的鋪設(shè)方式；采用專用的混凝土套管，穿越鐵路；穿過三處河道的時候，采用管橋的方式。運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解析，管道1的優(yōu)化方案為：管道經(jīng)過鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域的時候，直接鋪設(shè)管道線路穿過鎮(zhèn)區(qū)；穿越一條公路的時候，采用套管的方式；穿過鐵路沿線的時候，采用過鐵路專用的混凝土套管進(jìn)行施工。

（二）輸水管道系統(tǒng)管徑的優(yōu)化

輸水管道優(yōu)化設(shè)計要解決的主要問題，就是在輸水管道的材質(zhì)，走向等因素確定的情況下，選擇滿足水壓等約束性因素的最優(yōu)管徑，使得輸水管道的投資降到最低。在各管段允許水頭損失確定的條件下，建立以管段管徑為決策變量、管道系統(tǒng)總投資最小的目標(biāo)函數(shù)，來解析最優(yōu)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文芬.農(nóng)村飲水安全集中式供水工程管網(wǎng)優(yōu)化方法與應(yīng)用研究[D].揚(yáng)州大學(xué).2014

[2]阿不都吾甫爾·艾買提.農(nóng)村飲水安全供水工程管網(wǎng)設(shè)計[J].農(nóng)村科技.2011（10）：74

[3]張玉欣，趙友敏，曲小興，曲鈞浦，徐佳.我國農(nóng)村供水工程現(xiàn)狀分析[J].中國水利.2013（07）