趙敏慕 李朝輝

摘 要：城市給水系統(tǒng)作為城市重要的基礎設施，承擔著安全、經濟、合理地為人們生活和生產提供用水的重任。給水管網的優(yōu)化設計在降低工程建設和維護成本的同時，能夠最大限度地改善給水管網的水力狀況。文章介紹城市供水管網的設計內容，分析供水管網優(yōu)化設計的原則，并對城市供水管網規(guī)劃具體的設計優(yōu)化方法進行研究和分析，以供參考。

關鍵詞：城市供水管網;規(guī)劃;設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.117

1 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化進程不斷加快，城市的給水系統(tǒng)是城市建設的重要基礎設施之一，其核心部分就是城市供水管網的規(guī)劃，不僅需要滿足人們日常生活用水的需求，而且要滿足城市的生活生產需求，所以對其輸送的安全性和效率提出了較高的要求。此外由于城市供水管網規(guī)劃具有較大的工程量，并且需要消耗大量的資金來進行建設，所以為了降低后期維護難度和費用，實現(xiàn)節(jié)約用水的目的并且保證用水安全，就需要對城市供水管網規(guī)劃進行優(yōu)化設計。

2 城市供水管網的設計內容

一是供水管網的定線。就是在對供水管網進行設計時，需要對城市的水源、地形、管線走向、水塔位置等進行綜合考慮，并且對城市的用水需求和居民的用水安全等進行綜合分析，并確保其規(guī)劃布置滿足城市規(guī)劃的整體要求。二是水塔以及清水池的容積和高程。此設計內容主要是與輸水和配水構建物之間的水量、水壓和水質有關，需要通過對泵站工作曲線的記錄和分析來對這些內容進行計算和確定，確保水資源的安全輸送。三是管網水力。在對管網水力進行設計時，需要從管網沿線流量和集中流量方面進行綜合計算和分析，這就需要對管道的流量和水頭的損失進行計算，并且結合所采用的管材以及主干管的定線方案等對管網進行平差計算，這對城市供水管網運行的安全可靠性有著重要作用。四是供水量設計。在對此參數(shù)進行設計時，需要根據(jù)城市不同季節(jié)和天氣等因素下人們對水量的需求規(guī)律進行設計，這就需要對居民和工業(yè)用水的規(guī)律進行調研和總結，然后根據(jù)周圍建筑物以及其他基礎設施對水量的需求來進行供水量的設計。

3 供水管網的優(yōu)化設計原則

一是管網布置的原則。這是在進行供水管網設計中最重要的部分，對于供水系統(tǒng)能夠科學合理的運行具有重要作用，并且也會對后期的工程投資和維護保養(yǎng)費用有著直接的影響。而且由于供水管網的覆蓋范圍較廣，在設計完成并開始施工過程中需要在許多環(huán)境較為特殊的地區(qū)進行地下工程的施工，所以施工難度較大也需要較大的投入，還具有較大的安全隱患。這就需要在設計過程中應對實際的管網布置位置進行合理確定，將施工中可能遇到的安全隱患進行避免或者進行預防措施的制定，然后針對地形和環(huán)境因素對設計方案進行完善，目的就是要將管網布置范圍內的用戶水量、水質和水壓等參數(shù)進行保證，并確保供水安全和可靠，通過應急方案的制定避免出現(xiàn)緊急狀況之后給用戶以及管網造成更大的損失和影響。二是管網定線的原則。其主要內容就是主干管和支管進行定線，且定線的主要原則就是要確保供水的安全性，在此基礎上還要盡量減少沿程損失和經濟投入，按照盡量沿道路進行敷設并且減少障礙物穿越的原則來降低敷設難度。而對于地勢高差較大的地區(qū)，在進行主干管的定線時，應重點對重力流輸水進行綜合考慮。此外在管網定線中應確保有至少兩條水廠出水管，并且主觀管的布置應符合整個城市的整體規(guī)劃且確保供水的安全性和合理性。從發(fā)展的眼光來對進行管網定線，滿足城市未來發(fā)展的需求。

4 城市給水管網優(yōu)化設計

在對城市供水管網進行優(yōu)化設計時，由于缺乏較為系統(tǒng)和科學的定量評估方式，所以無法采用建立數(shù)學模型的方式進行評價，所以就需要在優(yōu)化設計時以經濟性為主，并且綜合考慮其他的影響因素進行目標優(yōu)化方程的建立，然后對此方程的最佳優(yōu)化解進行計算，實現(xiàn)對目標函數(shù)的優(yōu)化。主要的優(yōu)化設計方法如下：首先是進行管網造價的年損耗費用的折算。其計算公式如公式1所示。

（1）

其中C為管網總造價，假設此管網的投資回收其為t，那么年折算費用就是C/t。此外管道造價公式為，其中a、b以及α都是公式系數(shù)，是管段管徑;是單位長度管徑為的管段的造價;則為從i節(jié)點到j節(jié)點的管段長度。

其次是管網動力費用的計算，其采用的公式如2所示。

（2）

其中為能量不均勻系數(shù);E為電費換算系數(shù);為泵站效率;為水的密度;為水泵流量;為水源水泵站揚程。

最后是折舊維修費用。通過對每年管網的折舊大修費用公式進行化簡之后得出年費用目標函數(shù)為公式3所示。

?? （3）

在對上述優(yōu)化目標函數(shù)進行優(yōu)化時，應該綜合考慮以下因素：節(jié)點流量連續(xù)性、能量平衡的約束、節(jié)點水壓、送水泵站供水流量、最小管徑及標準管徑、加壓揚程、管段流速等。在滿足用戶對于水量和水壓要求的基礎上，來計算目標函數(shù)的最小值，并確保目標函數(shù)參數(shù)的準確性和合理性。

5 結語

對城市供水管網規(guī)劃進行設計優(yōu)化是供水管網規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)，不僅需要按照一定的原則，而且需要按照標準流程進行設計優(yōu)化，只有這樣才能為管網優(yōu)化提供重要保障。

參考文獻：

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