關(guān)于城市供水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化的思考

韓利兵

（寧夏六盤山水務(wù)有限公司，寧夏 固原 756000）

1 供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

1.1 供水管網(wǎng)定線

所謂供水管網(wǎng)定線是指在進(jìn)行城市供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要在綜合考慮城市水源、地形地質(zhì)條件、水塔的位置、城市未來規(guī)劃等因素，并結(jié)合城市生活和生產(chǎn)用水需求，在保證用水安全的前提下確定水管管線的分布走向，對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)規(guī)劃[1]。從性質(zhì)上來講，定線的設(shè)計(jì)是保障供水管網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行穩(wěn)定性的科學(xué)設(shè)計(jì)工作，在供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)工作開展中，只有首先保障設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，才能從根本上提升和優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平。對(duì)于供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)來說，這也是發(fā)揮基礎(chǔ)性作用的一部分設(shè)計(jì)工作內(nèi)容，需要相關(guān)工作人員引起充分的重視，并運(yùn)用科學(xué)的方法完成設(shè)計(jì)工作。

1.2 水塔及清水池設(shè)計(jì)

該項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是指水塔、清水池的容積和高程，具體參數(shù)需要依據(jù)泵站的工作曲線來分析得出。這些內(nèi)容涉及到配水與輸水構(gòu)筑物之間的水流量、水管壓力以及水質(zhì)情況，是確保水源輸送安全的重要內(nèi)容。

1.3 管網(wǎng)水流量

水流量的設(shè)計(jì)關(guān)系到管網(wǎng)作用發(fā)揮的根本性效果。合適的水流量不僅能夠保證城市供水管網(wǎng)的正常運(yùn)行，滿足用戶的用水需求，也是最大化的節(jié)約水資源、確保水資源得到合理分配的重要條件。因此，在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)通過多方面元素的控制和規(guī)劃，對(duì)管網(wǎng)的水流量進(jìn)行針對(duì)性地控制。提升控制工作的力度，通過多方面的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作提高水流量控制的有效性，為不同區(qū)域管網(wǎng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用效果提供保障[2]。在設(shè)計(jì)管網(wǎng)水流量時(shí)，需要收集管網(wǎng)沿線的流量以及集中流量，然后綜合分析并計(jì)算得出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。具體的計(jì)算辦法是統(tǒng)計(jì)管道的水流量以及水頭損失，同時(shí)根據(jù)所用管道材質(zhì)的不同以及主水管線的定線計(jì)劃，綜合進(jìn)行平差計(jì)算。精準(zhǔn)的管網(wǎng)水力參數(shù)是城市內(nèi)用水需求和管網(wǎng)安全順利運(yùn)行重要保障。

1.4 供水量

供水量需要結(jié)合不同區(qū)域的需求進(jìn)行合理的規(guī)劃，一方面要考慮及時(shí)充足地供水，另一方面也要考慮資源節(jié)約的問題。針對(duì)供水量的規(guī)劃不僅要考慮水資源的分布，區(qū)域?qū)嶋H情況也要關(guān)注，才能使管網(wǎng)設(shè)計(jì)達(dá)到最便捷最快捷地完成供水任務(wù)的效果，對(duì)于用戶來說能夠便捷的享受水資源帶來的舒適和方便，這也是其追求的主要目標(biāo)。作為管道設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)本著人性化的思路和方法，在管道設(shè)計(jì)中融入科學(xué)的思路和創(chuàng)新的技術(shù)，通過管道的合理設(shè)計(jì)，促使供水量能夠結(jié)合不同的區(qū)域環(huán)境特征以及現(xiàn)實(shí)需求，實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)配和應(yīng)用。每天不同時(shí)段居民生活用水需求都不同，不同季節(jié)和氣溫條件下人們的用水需求也不同，在進(jìn)行城市供水管網(wǎng)的供水量設(shè)計(jì)時(shí)，要總結(jié)以往不同條件下的用水規(guī)律，同時(shí)結(jié)合周邊建筑物或其他用水設(shè)施對(duì)于水資源的需求量來合理設(shè)計(jì)供水量，避免造成水資源的浪費(fèi)。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

2.1 合理分布的原則

宏觀上的合理布局是確保在實(shí)踐中發(fā)揮環(huán)節(jié)穩(wěn)定性和有效性的基礎(chǔ)條件，合理的整體布局也能夠最大化地節(jié)約設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的資源素材利用。通過科學(xué)的計(jì)算和有效的規(guī)劃提升管網(wǎng)設(shè)計(jì)的合理性，從宏觀布局上對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行控制，是城市供水管道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。合理的設(shè)計(jì)供水管網(wǎng)的走向分布是城市供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)首先遵守的原則，它是供水管網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行并滿足人們用水需求的重要保障，也是節(jié)約成本并為后期保養(yǎng)維護(hù)提供方便的重要基礎(chǔ)。另外還需要考慮到城市供水管網(wǎng)需要覆蓋全城，在施工過程中會(huì)面臨各種復(fù)雜的地質(zhì)條件及各種地下管線，施工難度大，所需資金多，安全風(fēng)險(xiǎn)大。考慮到以上城市供水管網(wǎng)施工情況及需求，在進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)管網(wǎng)的分布位置進(jìn)行合理布局，同時(shí)綜合考慮地質(zhì)條件和環(huán)境因素的影響，對(duì)施工中可能會(huì)遇到的施工技術(shù)應(yīng)用難題和安全問題提前設(shè)計(jì)預(yù)防措施或解決辦法。制定供水管網(wǎng)運(yùn)行過程中緊急情況的應(yīng)急預(yù)案，預(yù)留檢修口，以便及時(shí)維修并解決問題，避免供水管網(wǎng)以及用戶損失的擴(kuò)大。

2.2 管網(wǎng)定線原則

宏觀上的定線要把握住良好的基本原則，既要保證科學(xué)性和規(guī)范性，又要保證現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)計(jì)理念合理地融入其中，這是定線設(shè)計(jì)在現(xiàn)代社會(huì)背景下需要遵循的基本原則，也是定線設(shè)計(jì)技術(shù)水平提升和優(yōu)化的一個(gè)典型表現(xiàn)。管網(wǎng)定線原則是指要合理確定管網(wǎng)的主管和支管，盡可能地設(shè)計(jì)管道沿道路進(jìn)行鋪設(shè)，避免過多地穿越障礙物進(jìn)行施工，減少施工過程中的資金投入和施工難度。另外在供水管網(wǎng)主管和支管定線過程中，應(yīng)當(dāng)保證供水公司出發(fā)的最低有兩條的出水管，避免因出水管問題而影響水源供應(yīng)。同時(shí)在管網(wǎng)定線時(shí)還必須結(jié)合政府對(duì)于當(dāng)?shù)爻鞘形磥淼囊?guī)劃，保證供水管網(wǎng)符合規(guī)劃要求，延長(zhǎng)使用年限，不必因與規(guī)劃不同而必須反復(fù)修改施工，不僅影響供水管網(wǎng)的正常運(yùn)行，還浪費(fèi)資源、人力和物力。

2.3 其他

第一，供水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)必須要有針對(duì)性的解決問題。解決實(shí)際問題是管網(wǎng)設(shè)計(jì)與布置的根本目標(biāo)，若能夠通過合理的管網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，使得用戶所獲得的供水效果和質(zhì)量得到提升，則管網(wǎng)設(shè)計(jì)的根本性作用就能得到有效的發(fā)揮。另外從管網(wǎng)設(shè)計(jì)的有效性角度上來講，設(shè)計(jì)工作的開展若無法解決實(shí)際的問題，則意味著設(shè)計(jì)的功能和效果也未能得到有效的發(fā)揮，因此在基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作開展中，還需要重視對(duì)針對(duì)性問題的解決效果。同一城區(qū)的不同區(qū)域所要解決的管網(wǎng)施工以及用水問題各不相同，因此必須要針對(duì)不同地區(qū)的問題有區(qū)別地制定相應(yīng)的解決方案，而不能一概而論，一套方案不能適用全城的供水管網(wǎng)施工。第二，經(jīng)濟(jì)效益原則。在進(jìn)行城市供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要在保證管網(wǎng)合理、安全運(yùn)行并且能夠滿足居民生產(chǎn)生活用水的同時(shí)，考慮投資與管網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益性，不僅要盡可能地將工程造價(jià)控制在最低限額內(nèi)，還要保證管網(wǎng)運(yùn)行過程中能夠合理地節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 管線設(shè)計(jì)優(yōu)化

方案的制定與針對(duì)性材料的收集和整理有直接的關(guān)系，為了確保管線設(shè)計(jì)的方案能夠具備一定的實(shí)用性，需要從設(shè)計(jì)工作的開展環(huán)節(jié)入手，結(jié)合現(xiàn)階段的實(shí)際情況和現(xiàn)有的資源條件做好管線的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作。在具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作落實(shí)中，需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際做好前期的準(zhǔn)備工作，力求提升管線設(shè)計(jì)的有效性和針對(duì)性。在進(jìn)行城市管網(wǎng)的設(shè)計(jì)之前，必須要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，如果定線圖與實(shí)際勘測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差，則必須對(duì)定線圖進(jìn)行修改。在管線設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的是舊供水管網(wǎng)系統(tǒng)的改造問題，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證管位之間的距離超過1.5 米，避免管道之間的相互影響。但隨著當(dāng)前技術(shù)不斷進(jìn)步，管道的材質(zhì)質(zhì)量也不斷提高，減少了管道相互之間的不良影響，因此可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)減少間距。對(duì)于新設(shè)計(jì)的供水管網(wǎng)，要注意做好預(yù)留，并對(duì)相關(guān)情況做書面記錄，同時(shí)畫好標(biāo)準(zhǔn)圖并在圖紙上做好標(biāo)記。

對(duì)供水管道進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：第一，注意管線的分布位置，盡可能減少管道的受壓情況，管道若受到壓迫，不僅會(huì)影響其正常作用的發(fā)揮，壓迫的時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，管道本身還有可能出現(xiàn)損傷或功能發(fā)揮異常的現(xiàn)象，這都會(huì)影響管道的實(shí)際應(yīng)用效果。同時(shí)，還要確保管線在受到外力擠壓時(shí)不會(huì)出現(xiàn)斷裂、縫隙等問題，影響管道的正常使用；第二，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮管道的使用環(huán)境，不同類型的環(huán)境對(duì)管道使用的效果會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。例如，外部的溫度因素，濕度因素等都是影響管道應(yīng)用效果的關(guān)鍵性因素。在現(xiàn)階段的實(shí)踐應(yīng)用中，供水管道的設(shè)計(jì)受到外部環(huán)境因素的影響仍然比較顯著，因此在設(shè)計(jì)工作的開展中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)這部分因素給予充分的重視。如在溫度較低天氣寒冷的地區(qū)，要對(duì)管道采取保暖措施，避免管道里的水凍結(jié)，無法正常使用；第三，針對(duì)不同的埋管深度配備相應(yīng)的管線材質(zhì)，因?yàn)椴煌墓艿啦馁|(zhì)能夠承受的最大壓力也不同。在進(jìn)行住宅區(qū)的供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，也要注意以下幾方面：第一，要結(jié)合住宅樓的分布情況合理設(shè)計(jì)管線分布走向，在方便居民用水的同時(shí)注意保持住宅樓的外觀整潔美觀，杜絕混亂；第二，要方便管道的后期維護(hù)工作，預(yù)留檢修通道；第三，要保證設(shè)計(jì)方案可以被實(shí)際操作，而不能設(shè)計(jì)得使管道雖功能齊全卻無法進(jìn)行施工。

3.2 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

整體管道網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是符合現(xiàn)階段城市供水管網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)要求的關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在城市供水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)際的規(guī)劃發(fā)展規(guī)模以及供水量，需要針對(duì)整體的管網(wǎng)發(fā)展和設(shè)計(jì)效果進(jìn)行針對(duì)性的把握和控制。作為設(shè)計(jì)人員，一方面要考慮網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)中各個(gè)區(qū)域管道的布局狀態(tài)，更需要同步考慮整個(gè)管道網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中的順暢性，通過科學(xué)的布局和全面系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為管網(wǎng)的整體運(yùn)行狀態(tài)提供保障。在管線的布局走向設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)管徑、水流量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)管網(wǎng)的供水流量進(jìn)行合理配置。在確定這些參數(shù)時(shí)，必須要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境以及區(qū)域內(nèi)的用水需求進(jìn)行綜合分析確定，保證不同地區(qū)不同壓力范圍內(nèi)的供水能力。在進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，較為常用的算法是遺傳算法，這種算法適用于中小型管線的設(shè)計(jì)。針對(duì)在某一時(shí)段用水量比較集中的情況，可以相應(yīng)設(shè)計(jì)為直接式的管網(wǎng)，相應(yīng)緩解這一時(shí)段的用水壓力，滿足用戶的集中用水需求。

3.3 給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.確保水資源供應(yīng)持續(xù)、穩(wěn)定，且線路長(zhǎng)度最短、土石方施工量最小，有效的降低成本，盡量不要占用普通農(nóng)田，維護(hù)管理更加便捷。

2.確定合適的管線方向，如果現(xiàn)場(chǎng)條件適宜，最好可以沿著道路的走向敷設(shè)施工，保證管道施工與維護(hù)更加的方便。

3.輸水管道盡量不要穿越河谷、鐵路、沼澤等地質(zhì)不良的地帶，也不能穿越易發(fā)洪水的區(qū)域，如果不得不穿越這些地區(qū)，應(yīng)該加強(qiáng)保護(hù)管理，確保輸水安全性合格。

4.線路選擇過程中，有效利用地形條件，可以采用重力輸水或者部分重力輸水的方式，提高輸水效果。

5.輸水管線的數(shù)量，一般是單線或者雙線形式，結(jié)合管道重要性、流量等方面要素，確定合適的數(shù)量。如果可以間斷供水或者水源的數(shù)量較多，通?？梢圆贾靡粭l輸水管線。如果不能間斷供水，要設(shè)置兩條管線，也可以用一條管線加貯水池的方式，以保證水資源供應(yīng)正?；?/p>

6.在選擇兩條輸水管線的情況下，為了防止管線損壞而導(dǎo)致輸水量無法得到保證，應(yīng)該保證管線之間是連通的，并且布置閥門設(shè)施。連通管道直徑和輸水管線是相同的，也可以小20%左右，確保某個(gè)管道出現(xiàn)故障問題后，依然可以有70%的供水流量可以使用。輸水管道和連通的管道之間需要設(shè)置閥門部件，避免出現(xiàn)故障后影響范圍過大。供水可靠性要求較低時(shí)，可以減少閥門數(shù)量。

7.輸水管的最小坡度應(yīng)大于1.5D（D 為管徑，以mm 計(jì)）。管線坡度小于1：1000 時(shí)，應(yīng)每隔0.5～1km在最高點(diǎn)的位置上需要設(shè)置排氣閥，以確保內(nèi)部的空氣能夠及時(shí)地排出去，或者在輔水管放空時(shí)引入空氣。輸水管線如果分布在比較低洼的位置上，需要安裝泄水閥、泄水管，直接和河道或者低洼比較低的部位上連通，以確保能及時(shí)排出。

8.管線埋深要從荷載、冰凍深度方面出發(fā)進(jìn)行，保證管道運(yùn)行的安全性。在輸水管線的設(shè)置環(huán)節(jié)中，有些情況下無法避免上述問題，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面出發(fā)考慮，確定最佳設(shè)計(jì)方案，提高管線運(yùn)行效果。

3.4 配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

配水管網(wǎng)也是管網(wǎng)內(nèi)必不可少的組成部分，將輸水管線傳輸過來的水直接分配到其他管道系統(tǒng)內(nèi)。在該管網(wǎng)中，因?yàn)榫€路的作用有很大差異，管徑也不同，所以把管線分為干管、分配管、接戶管三種類型。干管是將水廠的水傳輸?shù)礁鱾€(gè)用水區(qū)域內(nèi)，管徑超過100mm，如果城市用水量大且人口密集，直徑要增加到200mm 以上。

4 結(jié)語

水是人們正常生產(chǎn)和生活中必不可少的資源，而在城市內(nèi)傳統(tǒng)的用水方式并不適合，因此必須進(jìn)行城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和修建，以滿足人們的用水需求。而為了在滿足人們用水需求的基礎(chǔ)上，保證能夠合理地調(diào)配、利用水資源，并保證管網(wǎng)運(yùn)行的順利、安全，同時(shí)節(jié)約資金。因此，必須要對(duì)城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到上述供水系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)。