城市给水管网问题及优化设计--by青春年少 一、城市给水管网的概述
城市给水管网问题及优化设计--by青春年少
城市给水系统是保证城市居民生活、企业生产等用水的相互联系一系列构筑物和输配水管网组成的系统，由取水构筑物、水处理构筑物、泵站、给水管网、调节构筑物等工程设施组成。给水管网由不同材质、管径的給水管连接而成，是给水系统中投资最大并且极为重要的组成部分，主要包括原水输水管道、生活给水管道、消防给水管道等管道系统。
（1）管网漏损较大。经调查，各地水司存在产销差较大的问题，有的水司甚至达到 50%以上，其中管网漏损是产销差大的主要因素。影响管网漏损的因素较多，如在设计时，管材的选择不当，水力计算结果与实际运行不匹配，导致部分区域给水压力过高。在施工时，管道连接不佳，基础下沉等都是导致管网漏损的重要原因，管网漏损会导致水资源浪费，管网压力下降等不良影响。
（2）给水管网管径不匹配。由于前期管网设计数据有误或者施工过程中的误差导致给水管网管径不匹配，从而造成给水管网水压低的问题。在用水高峰期时，用户的水压过低，部分住在高层的用户或者建在地势高的地方就会出现水量过小或者无水可用的现象。
（3）给水管网二次污染问题严重。给水管网常年潮湿，管道容易发生腐蚀、结垢、管壁附着沉积物的现象，由于自来水在管网中滞留时间比较长，余氯的减少，很容易造成微生物繁殖的污染。二次供水设施的设计、施工、管理的不合理和供水管网系统的维护不当也会造成给水管网的二次污染，从而降低水质。
（4）给水管网基础数据未建立电子档案，造成管道管理、维修不方便。现在城市中仍然存在大量的老城区，由于给水管网建造时间久远，管网基础数据未建立电子档案。随着城市规模不断扩大，建筑设施日渐增多，新老建筑物参差不齐，没有明显规律可循，给水管网的数据记录没有更新，造成部分管网信息的流失，就会加大给水管网的维修难度。
（5）给水管网布局不合理。给水管网布局不合理，造成部分管网水头损失过大，使得水厂运行不节能，经济效益较差。同时给水管网布局不合理，部分给水管道流速偏小，管网水质容易变差，有些枝状管网中水不流动，更容易造成管网水质达不到饮用水标准。
勘察是进行正式设计之前的重要工作，勘察工作是否到位，会直接影响到后续给水管网的设计质量。在进行给水管道设计的勘察过程中，重点要进行沿线地形、地质，管道安装空间，周边居民情况等方面的调查。尤其是在进行长距离输水管线设计时，因管线距离长，周边地形变化大，影响因素多。做好勘察工作，是在进行管网材料、安装方式及管网加压方式与加压点设计的保障。笔者在进行衡阳市祁东县鸟江镇到金桥镇输水管线设计时，输水距离总计 9km，沿线地势起伏较大，最高地势相差近 20m，需要进行多泵站的协同工作，因此在进行地形勘察时，需要精确勘察现场地形高低起伏情况，并确定好沿线地形特征点的相关位置，标高信息，从而为后期水力计算的精确性及加压泵站的位置选择提供重要依据。并且，本输水管线需沿 S210 省道边缘布置，安装空间小，地质情况复杂，部分管段需要设计为钢管架空安装。进行道路沿线两侧施工环境的勘察，也为后期进行沿途管线敷设方式及管材的选择提供依据。因此做好勘察工作是进行给水管网优化设计的前提。
水力计算是给水管网设计的核心工作。直接关系到给水管网的运行稳定性与经济性。给水管网水力计算的一般步骤：a.给水管网平面布置；b.进行初步分配流量；c.设定最不利点最小水头要求，进行管网平差计算；d.依据经济流速等要求进行管径调整。其中，流量的分配会直接影响管径的匹配性，从而影响管网运行的可靠性。在进行流量分配前，应做好现有管网流量水压资料收集工作，并以此作为流量分配的重要依据。并且应确定合适的流量分配方法，据张铭[4]关于流量分配可靠性的研究表明，采用改进的最小平方和法进行流量分配，其管网可靠性较要最小平方和法、最短路线法节点累计法等传统方法。此外，在进行管网平差计算时，可以采用一些优化的计算方法，提高计算结果的准确性和扩展性：如 GIS 系统与遗传算法相结合的计算模式、自适应遗传算法等 。
二次加压方式主要有两类，一类是叠压方式加压；一类是水箱加水泵的方式进行加压。
叠压供水的主要优点是可以充分利用泵前水头，节约土地，减小二次污染。然而叠压的加压方式具有调节性差，供水效果受泵前管网压力影响较大，降低泵前管网的压力等问题[7]。笔者所在的衡阳市水务公司的杨柳加压泵站应用的是叠压的方式对水进行二次加压，以满足管网较远处高新区用户用水需求。该泵站投入使用后，泵前管网压力有一定程度下降，在用水高峰期，甚至导致一些高地势区域用户出现停水的问题。因而，选择叠压设备前，应计算最高日最高时供水条件下，泵前管网压力情况。一方面要保证加压泵站节点的泵前水压至少有 0.1Mpa，从而使加压泵站在高峰期能正常运行；另一方面要保证泵前管网沿途高地势用户在用水高峰期最小服务水头的要求。
近些年，由于城市规模的扩大，旧城区管径偏小城市管网供水能力不足问题日益加剧。由于水箱加水泵的加压方式其具有一定的调节能力、供水性能稳定、对泵前给水管网压力冲击小的特点而又受到了各大水司和供水设备厂商的关注。各大厂商相继推出箱式叠压供水设备、调峰泵站等多种水箱加水泵加压设备。但需要注意水箱供水带来给水二次污染问题。在进行设计时，应采用设置导流板穿孔板等方式，来改善水箱内流态，避免死水，回水产生；还应当设置次氯酸钠发生器，二氧化氯发生器等消毒设备。
综上所述，笔者认为，在进行给水管网扩建设计时，考虑到老城区管径较小，输水能力有限这一普遍问题，应优先考虑使用水箱加水泵的加压方式，并要注意增加防止二次污染设施。如若采用叠压的加压方式，则需要考虑泵前管网的压力降低情况。
管道材质的优劣是直接影响管网漏损程度、管网运行能耗的重要因素。管材选择应从承压性，耐久性、抗腐蚀性、经济性、水力性能等角度进行考虑。现阶段，衡阳市区内的新装给水管道材质以球墨铸铁管为主。该管道具有承压性好，耐腐蚀，易于安装的优点。但其接口仍然是承受管网压力的薄弱环节，近年来发生在衡阳的爆管事故多发生在接口处。因而在设计时，要注意管道转弯处，三通处等应力较为集中点的受力分析和支墩的设置。
城市给水管网作为城市规划中的重要一环，为城市经济发展提供了很大的帮助，针对给水管网现阶段存在的问题，在设计时，要注意做好现场勘察、优化管网水力计算方式、充分根据现有管网特点选择二次加压方式以及管材，从而优化给水管网运行的可靠性和经济性。保证人们生产、生活用水的质量，实现经济、社会效益的最大化。
