淺析城市給水管網(wǎng)問題及優(yōu)化設(shè)計

劉向日

（衡陽市名洋水務(wù)設(shè)計有限公司，湖南 衡陽 421001）

給水管網(wǎng)是城市發(fā)展規(guī)劃中的重要組成部分，也是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的重要一環(huán)，與人們的生產(chǎn)方式和生活水平都密切相關(guān)。隨著城市規(guī)模的擴大，人民生活水平的提高，城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)面臨的壓力也在不斷增加。給水管網(wǎng)現(xiàn)階段存在的問題，一定程度上制約了城市的發(fā)展。為了滿足人民生活、生產(chǎn)用水的需要，我們需要對城市給水管網(wǎng)存在的問題進行科學的研究和探討，并對給水管網(wǎng)進行不斷的優(yōu)化設(shè)計，提高給水管網(wǎng)的運作水平，努力實現(xiàn)經(jīng)濟、社會效益的最大化。

1 城市給水管網(wǎng)的概述

城市給水系統(tǒng)是保證城市居民生活、企業(yè)生產(chǎn)等用水的相互聯(lián)系一系列構(gòu)筑物和輸配水管網(wǎng)組成的系統(tǒng)，由取水構(gòu)筑物、水處理構(gòu)筑物、泵站、給水管網(wǎng)、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等工程設(shè)施組成。給水管網(wǎng)由不同材質(zhì)、管徑的給水管連接而成，是給水系統(tǒng)中投資最大并且極為重要的組成部分，主要包括原水輸水管道、生活給水管道、消防給水管道等管道系統(tǒng)。

2 城市給水管網(wǎng)面臨的問題

（1）管網(wǎng)漏損較大。經(jīng)調(diào)查，各地水司存在產(chǎn)銷差較大的問題，有的水司甚至達到50%以上，其中管網(wǎng)漏損是產(chǎn)銷差大的主要因素。影響管網(wǎng)漏損的因素較多，如在設(shè)計時，管材的選擇不當，水力計算結(jié)果與實際運行不匹配，導致部分區(qū)域給水壓力過高。在施工時，管道連接不佳，基礎(chǔ)下沉等都是導致管網(wǎng)漏損的重要原因，管網(wǎng)漏損會導致水資源浪費，管網(wǎng)壓力下降等不良影響。

（2）給水管網(wǎng)管徑不匹配。由于前期管網(wǎng)設(shè)計數(shù)據(jù)有誤或者施工過程中的誤差導致給水管網(wǎng)管徑不匹配，從而造成給水管網(wǎng)水壓低的問題。在用水高峰期時，用戶的水壓過低，部分住在高層的用戶或者建在地勢高的地方就會出現(xiàn)水量過小或者無水可用的現(xiàn)象。

（3）給水管網(wǎng)二次污染問題嚴重。給水管網(wǎng)常年潮濕，管道容易發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、管壁附著沉積物的現(xiàn)象，由于自來水在管網(wǎng)中滯留時間比較長，余氯的減少，很容易造成微生物繁殖的污染。二次供水設(shè)施的設(shè)計、施工、管理的不合理和供水管網(wǎng)系統(tǒng)的維護不當也會造成給水管網(wǎng)的二次污染，從而降低水質(zhì)。

（4）給水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)未建立電子檔案，造成管道管理、維修不方便。現(xiàn)在城市中仍然存在大量的老城區(qū)，由于給水管網(wǎng)建造時間久遠，管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)未建立電子檔案。隨著城市規(guī)模不斷擴大，建筑設(shè)施日漸增多，新老建筑物參差不齊，沒有明顯規(guī)律可循，給水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)記錄沒有更新，造成部分管網(wǎng)信息的流失，就會加大給水管網(wǎng)的維修難度。

（5）給水管網(wǎng)布局不合理。給水管網(wǎng)布局不合理，造成部分管網(wǎng)水頭損失過大，使得水廠運行不節(jié)能，經(jīng)濟效益較差。同時給水管網(wǎng)布局不合理，部分給水管道流速偏小，管網(wǎng)水質(zhì)容易變差，有些枝狀管網(wǎng)中水不流動，更容易造成管網(wǎng)水質(zhì)達不到飲用水標準。

3 城市給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 做好勘察工作

勘察是進行正式設(shè)計之前的重要工作，勘察工作是否到位，會直接影響到后續(xù)給水管網(wǎng)的設(shè)計質(zhì)量。在進行給水管道設(shè)計的勘察過程中，重點要進行沿線地形、地質(zhì)，管道安裝空間，周邊居民情況等方面的調(diào)查。尤其是在進行長距離輸水管線設(shè)計時，因管線距離長，周邊地形變化大，影響因素多。做好勘察工作，是在進行管網(wǎng)材料、安裝方式及管網(wǎng)加壓方式與加壓點設(shè)計的保障。筆者在進行衡陽市祁東縣鳥江鎮(zhèn)到金橋鎮(zhèn)輸水管線設(shè)計時，輸水距離總計9km，沿線地勢起伏較大，最高地勢相差近20m，需要進行多泵站的協(xié)同工作，因此在進行地形勘察時，需要精確勘察現(xiàn)場地形高低起伏情況，并確定好沿線地形特征點的相關(guān)位置，標高信息，從而為后期水力計算的精確性及加壓泵站的位置選擇提供重要依據(jù)。并且，本輸水管線需沿S210 省道邊緣布置，安裝空間小，地質(zhì)情況復雜，部分管段需要設(shè)計為鋼管架空安裝。進行道路沿線兩側(cè)施工環(huán)境的勘察，也為后期進行沿途管線敷設(shè)方式及管材的選擇提供依據(jù)。因此做好勘察工作是進行給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的前提。

3.2 優(yōu)化管網(wǎng)水力計算

水力計算是給水管網(wǎng)設(shè)計的核心工作。直接關(guān)系到給水管網(wǎng)的運行穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。給水管網(wǎng)水力計算的一般步驟：a.給水管網(wǎng)平面布置；b.進行初步分配流量；c.設(shè)定最不利點最小水頭要求，進行管網(wǎng)平差計算；d.依據(jù)經(jīng)濟流速等要求進行管徑調(diào)整。其中，流量的分配會直接影響管徑的匹配性，從而影響管網(wǎng)運行的可靠性。在進行流量分配前，應(yīng)做好現(xiàn)有管網(wǎng)流量水壓資料收集工作，并以此作為流量分配的重要依據(jù)。并且應(yīng)確定合適的流量分配方法，據(jù)張銘[4]關(guān)于流量分配可靠性的研究表明，采用改進的最小平方和法進行流量分配，其管網(wǎng)可靠性較要最小平方和法、最短路線法節(jié)點累計法等傳統(tǒng)方法。此外，在進行管網(wǎng)平差計算時，可以采用一些優(yōu)化的計算方法，提高計算結(jié)果的準確性和擴展性：如GIS 系統(tǒng)與遺傳算法相結(jié)合的計算模式、自適應(yīng)遺傳算法等[5][6]。

3.3 選擇合理的二次加壓方式

二次加壓方式主要有兩類，一類是疊壓方式加壓；一類是水箱加水泵的方式進行加壓。

疊壓供水的主要優(yōu)點是可以充分利用泵前水頭，節(jié)約土地，減小二次污染。然而疊壓的加壓方式具有調(diào)節(jié)性差，供水效果受泵前管網(wǎng)壓力影響較大，降低泵前管網(wǎng)的壓力等問題[7]。筆者所在的衡陽市水務(wù)公司的楊柳加壓泵站應(yīng)用的是疊壓的方式對水進行二次加壓，以滿足管網(wǎng)較遠處高新區(qū)用戶用水需求。該泵站投入使用后，泵前管網(wǎng)壓力有一定程度下降，在用水高峰期，甚至導致一些高地勢區(qū)域用戶出現(xiàn)停水的問題。因而，選擇疊壓設(shè)備前，應(yīng)計算最高日最高時供水條件下，泵前管網(wǎng)壓力情況。一方面要保證加壓泵站節(jié)點的泵前水壓至少有0.1Mpa，從而使加壓泵站在高峰期能正常運行；另一方面要保證泵前管網(wǎng)沿途高地勢用戶在用水高峰期最小服務(wù)水頭的要求。

近些年，由于城市規(guī)模的擴大，舊城區(qū)管徑偏小城市管網(wǎng)供水能力不足問題日益加劇。由于水箱加水泵的加壓方式其具有一定的調(diào)節(jié)能力、供水性能穩(wěn)定、對泵前給水管網(wǎng)壓力沖擊小的特點而又受到了各大水司和供水設(shè)備廠商的關(guān)注。各大廠商相繼推出箱式疊壓供水設(shè)備、調(diào)峰泵站等多種水箱加水泵加壓設(shè)備。但需要注意水箱供水帶來給水二次污染問題。在進行設(shè)計時，應(yīng)采用設(shè)置導流板穿孔板等方式，來改善水箱內(nèi)流態(tài)，避免死水，回水產(chǎn)生；還應(yīng)當設(shè)置次氯酸鈉發(fā)生器，二氧化氯發(fā)生器等消毒設(shè)備。

綜上所述，筆者認為，在進行給水管網(wǎng)擴建設(shè)計時，考慮到老城區(qū)管徑較小，輸水能力有限這一普遍問題，應(yīng)優(yōu)先考慮使用水箱加水泵的加壓方式，并要注意增加防止二次污染設(shè)施。如若采用疊壓的加壓方式，則需要考慮泵前管網(wǎng)的壓力降低情況。

3.4 選擇合適的管材

管道材質(zhì)的優(yōu)劣是直接影響管網(wǎng)漏損程度、管網(wǎng)運行能耗的重要因素。管材選擇應(yīng)從承壓性，耐久性、抗腐蝕性、經(jīng)濟性、水力性能等角度進行考慮?，F(xiàn)階段，衡陽市區(qū)內(nèi)的新裝給水管道材質(zhì)以球墨鑄鐵管為主。該管道具有承壓性好，耐腐蝕，易于安裝的優(yōu)點。但其接口仍然是承受管網(wǎng)壓力的薄弱環(huán)節(jié)，近年來發(fā)生在衡陽的爆管事故多發(fā)生在接口處。因而在設(shè)計時，要注意管道轉(zhuǎn)彎處，三通處等應(yīng)力較為集中點的受力分析和支墩的設(shè)置。

4 結(jié)束語

城市給水管網(wǎng)作為城市規(guī)劃中的重要一環(huán)，為城市經(jīng)濟發(fā)展提供了很大的幫助，針對給水管網(wǎng)現(xiàn)階段存在的問題，在設(shè)計時，要注意做好現(xiàn)場勘察、優(yōu)化管網(wǎng)水力計算方式、充分根據(jù)現(xiàn)有管網(wǎng)特點選擇二次加壓方式以及管材，從而優(yōu)化給水管網(wǎng)運行的可靠性和經(jīng)濟性。保證人們生產(chǎn)、生活用水的質(zhì)量，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會效益的最大化。