樹狀給水管網(wǎng)供水可靠性研究

吳亞群 馬玲

（1 甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020；2 蘭州城市學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

水是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人們生產(chǎn)和生活必不可少的重要資源，在人類的生存和發(fā)展過程中起著不可替代的作用。做好送水、供水工作，對于整個國家尤其是農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展極為關(guān)鍵。在第十六屆全國人民代表大會召開以后，農(nóng)村、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民問題越來越受到黨和國家的高度重視。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，國民生產(chǎn)總值一直呈現(xiàn)上升趨勢，國家和有關(guān)部門以切實提高農(nóng)民生活水平為目標，對農(nóng)村和農(nóng)業(yè)的支持力度逐漸增大。而我國科技水平的不斷提高又使得大量機械設(shè)備代替了人力勞動。樹狀給水管網(wǎng)作為農(nóng)村和農(nóng)業(yè)供水系統(tǒng)的主要組成部分，在農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了不可替代的作用[1]。然而，通過對近幾年樹狀給水管網(wǎng)的故障率和修復(fù)率進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)樹狀給水管網(wǎng)的可靠度仍有待提高。

綜上所述，本文通過對樹狀給水管網(wǎng)供水可靠性進行研究，首先通過數(shù)據(jù)調(diào)查研究了目前我國樹狀給水管網(wǎng)的供水可靠性，主要從樹狀給水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性的研究以及樹狀給水管網(wǎng)可靠性的綜合研究兩個方面進行闡述。其次，針對目前我國樹狀給水管網(wǎng)供水系統(tǒng)存在的不足，對于樹狀給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方案進行研究，主要從樹狀給水管網(wǎng)布置形式的優(yōu)化設(shè)計以及樹狀給水管網(wǎng)管徑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩個方面進行論述，從而提高我國樹樁給水管網(wǎng)的供水可靠性，切實提高我國的經(jīng)濟和社會效益。

1 目前我國樹狀給水管網(wǎng)的供水可靠性研究

1.1 樹狀給水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性的研究

樹狀給水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性主要分為樹狀給水管網(wǎng)布局的可靠性，樹狀給水管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性以及給水管網(wǎng)調(diào)度的可靠性三個方面。對于樹狀給水管網(wǎng)的布局來說，布局的方式很多，主要通過設(shè)置構(gòu)造物來完成，布局期間需要注意蓄水池的水量、水塔的高度以及水源的位置問題，合理的布局可以提高可靠性。對于樹狀給水管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性來說，需要在給水管網(wǎng)布局合理的前提下，對水泵的揚程以及管道的尺寸做出綜合考量，從而達到減少投資，節(jié)約成本的目的。對于樹狀給水管網(wǎng)調(diào)度的可靠性來說，需要有專業(yè)人士對水的供給和調(diào)節(jié)進行專業(yè)指導(dǎo)。在保證樹狀給水管網(wǎng)的這三個方面處于正常有序運行的前提下，還要確保水流能夠順利運送到各個節(jié)點，這樣才能保證樹狀給水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性，從而保證供水系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

1.2 樹狀給水管網(wǎng)可靠性的綜合研究

除了對樹狀給水管網(wǎng)的布局系統(tǒng)以及調(diào)度方面的可靠性進行研究之外，為了提升樹狀給水管網(wǎng)的可靠性，還需要對其進行全面而成熟的考量，例如樹狀給水管網(wǎng)優(yōu)化模型的可靠性，管體材料的選擇，各級管道的具體長度以及所選位置的水壓以及流量等問題，從而為提升樹狀給水管網(wǎng)的可靠性提供理論依據(jù)[2]。

2 樹狀給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 樹狀給水管網(wǎng)布置形式的優(yōu)化設(shè)計

到目前為止，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對于如何對樹狀管網(wǎng)布置形式的可靠性進行優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)研究較少[3]。所采取的方法主要為計算當量管長法，動態(tài)規(guī)劃法，單價矢量和法以及最小生成樹法。計算當量管長法主要是對樹狀管網(wǎng)布置形式設(shè)計中管線的優(yōu)劣進行考量的方法，動態(tài)規(guī)劃法主要是對樹狀管網(wǎng)的布置形式進行動態(tài)分析，單價矢量和法主要用來計算農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)灌溉的用水量，最小生成樹法用來規(guī)劃設(shè)計出總長度最短的樹狀管網(wǎng)。這幾種方法的相同之處和局限之處在于都把樹狀給水管網(wǎng)的布置形式優(yōu)化設(shè)計看成是求得管網(wǎng)長度的最小值，達到節(jié)約用水的目的[4]。只是簡單地減少了樹狀給水管網(wǎng)布置所需的資金，而忽略了樹狀給水管網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，需要將樹狀給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進行重新定義，以提高農(nóng)業(yè)供水的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，一種樹狀給水管網(wǎng)的簡化形式應(yīng)運而生，這種方式通過動態(tài)分析管網(wǎng)的布置形式，既考慮到了管段長度和水流量的變化，同時也考慮到了所需資金和安全性能的問題，使得計算方式更加簡單快捷，工作效率也提升了很多。

2.2 樹狀給水管網(wǎng)管徑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

表1 樹狀給水管網(wǎng)管徑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

所謂樹狀給水管網(wǎng)管徑組合方式的優(yōu)化設(shè)計，就是在對樹狀給水管網(wǎng)布置形式的優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過最新的算法和目標函數(shù)來尋求管徑和設(shè)備的最適合的組合方案，從而提升樹狀給水管網(wǎng)的可行性和優(yōu)越性。對樹狀管網(wǎng)給水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要是通過以給水管的直徑為參考數(shù)據(jù)，采用分層優(yōu)化法建立優(yōu)化設(shè)計模型，并對模型進行分層次的改進，從而提升樹狀給水管網(wǎng)的工作效率[5]。對于樹狀給水管網(wǎng)管徑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要有以下幾種方法，如表1所示。

通過對表1的觀察可知，目前我國對樹狀給水管網(wǎng)管徑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法較多，并且這些方法越來越簡便快捷，優(yōu)勢越來越明顯。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還會有更多的優(yōu)化算法出現(xiàn)，相關(guān)部門需要加快研發(fā)速度，尋求最優(yōu)的解決方案。

3 結(jié)語

樹狀給水管網(wǎng)是農(nóng)村給水和農(nóng)業(yè)灌溉的主要供水系統(tǒng)，具有投資小，回報快，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作等多項優(yōu)點。隨著人們生活水平的不斷提高，對于水資源的需求量也逐漸擴大。樹狀給水管網(wǎng)也需要通過不斷優(yōu)化改革來提高其可靠度，從而保證農(nóng)業(yè)用水安全，提高經(jīng)濟效益。