市政給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中輸水方式的選擇及管網(wǎng)分區(qū)

引言
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶動(dòng)城市的進(jìn)步，帶動(dòng)人們生活水平的提升。作為城市發(fā)展中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，城市給水管網(wǎng)的建設(shè)在最近幾年非常受人們的關(guān)注。在具體開(kāi)展給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合項(xiàng)目的具體情況展開(kāi)全方位的分析，在確保運(yùn)作穩(wěn)定的前提之下，選取正確的輸水措施，確保管線的布局合理，以此來(lái)確保給水管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

1 市政給水系統(tǒng)輸水模式的設(shè)計(jì)
1.1 輸水方式類別
最常見(jiàn)的輸水方式包括三大類別，一是重力輸水、二是壓力輸水、三是前兩者結(jié)合的重壓輸水。下面簡(jiǎn)述幾種模式的概念及原理。重力輸水是水源所在地和用水點(diǎn)之間存在高差，且高差能滿足用水點(diǎn)水壓要求。在輸水模式的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地形情況來(lái)確定是否選擇重力輸水方式。如果給水管網(wǎng)的所在地較為平緩，水源與用水點(diǎn)高差不能滿足水壓要求，或者水源所在地比用水點(diǎn)還要低時(shí)，建議設(shè)計(jì)為壓力輸水方式，這種情況之下，為了保證輸水管道中水壓過(guò)高，應(yīng)該結(jié)合地形情況在中途增設(shè)一些加壓泵站，分級(jí)提升。在設(shè)計(jì)方案的確定中，應(yīng)該通過(guò)對(duì)于各類數(shù)據(jù)的嚴(yán)格計(jì)算，來(lái)確定輸水管的類型和參數(shù)。若當(dāng)?shù)氐牡匦螐?fù)雜，則可以在設(shè)計(jì)時(shí)靈活運(yùn)用重力與壓力，采用二者相互結(jié)合的方式。
1.2 輸水方式的選擇方法和原則
在選擇輸水措施的時(shí)候必須要秉承著“正確、合理和可行”的理念，一般情況下，給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于輸水方式的選擇都要遵循一定原則，不管是重力輸水還是壓力輸水，選擇之前都要利用“Hp=Z2-Z1+h”公式來(lái)對(duì)所需的水壓進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定出適當(dāng)、可行的輸水方式，保證給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。

2 市政給水管網(wǎng)分區(qū)方案的確定
2.1 選擇區(qū)域系統(tǒng)階層數(shù)
在分區(qū)系統(tǒng)的劃分中，合理化進(jìn)行配水是第一階層的功能，空壓減漏以及改壓體質(zhì)是第二三階層的功能?，F(xiàn)如今，兩階層的分區(qū)系統(tǒng)是我國(guó)現(xiàn)階段市政供水官網(wǎng)系統(tǒng)所采取的。通常情況下，供水分區(qū)的階層分類是由供水管網(wǎng)的資金以及規(guī)模大小來(lái)決定的，在對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行考慮之后，需要對(duì)此進(jìn)行分階段的實(shí)施。
2.2 區(qū)域規(guī)模的劃定
如果管網(wǎng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠保證滿足用戶對(duì)于水壓的要求，則應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題還包括管網(wǎng)水壓的均衡問(wèn)題，從而盡可能降低供水事故的發(fā)生，將漏失量保持在最低的限度，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，這就需要在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用低壓供水的措施。通常在供水區(qū)域之內(nèi)，其水壓值是能夠有效控制的，重點(diǎn)在于怎樣在管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中確定具體的區(qū)域規(guī)模。筆者結(jié)合自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建議在此階段首先應(yīng)考慮該區(qū)域地形標(biāo)高差，其次應(yīng)考慮水頭損失，在此基礎(chǔ)上兼顧人口密度、進(jìn)水點(diǎn)位置等諸多因素。在具體區(qū)域規(guī)模的劃定方面，也應(yīng)充分顧及到工程的實(shí)際投資。分區(qū)之后則應(yīng)重點(diǎn)計(jì)算管道流量，充分考慮到可能發(fā)生的漏失量。
2.3 方案中位置和進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目的確定
為了減少意外事故的發(fā)生，增加供水安全的可靠性，需要測(cè)定水壓和流量以進(jìn)行控制，范圍是在進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目所控制的區(qū)域內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，單點(diǎn)進(jìn)水的時(shí)候最有利于進(jìn)水管的位置以及水壓控制點(diǎn)的確定。而多點(diǎn)進(jìn)水主要適用于經(jīng)常發(fā)生事故的多發(fā)地區(qū)的用水安全。如果進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目的設(shè)置是在一個(gè)范圍較小的區(qū)域的時(shí)候，需要經(jīng)過(guò)多次的水力模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)得出進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目以及位置。
2.4 區(qū)域方案優(yōu)化
當(dāng)設(shè)計(jì)者作出對(duì)市政管網(wǎng)的分區(qū)方案，應(yīng)對(duì)該方案的合理性進(jìn)行充分的論證，論證應(yīng)該遵循科學(xué)的原則，通過(guò)必要的模擬仿真，對(duì)方案的完善性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)給水管道的方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)管道的閘斷、設(shè)施等方案進(jìn)行逐條分析，使方案得到優(yōu)化。市政管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的優(yōu)化計(jì)算方法目前逐漸成熟起來(lái)，傳統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)算法主要是針對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行建模，而隨著市政管網(wǎng)的發(fā)展，有不少管網(wǎng)系統(tǒng)逐步趨向于非線性特征，有一些大型城市的管網(wǎng)呈現(xiàn)出完全的非線性，對(duì)這些過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模難度較大，甚至無(wú)法建模。在這種情況下，傳統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)是難以進(jìn)行精確仿真的。
本文推薦目前應(yīng)用較為廣泛的遺傳算法，由于基于遺傳算法的管網(wǎng)仿真系統(tǒng)可以不需要數(shù)學(xué)模型的建立步驟，因此比較適合對(duì)一些復(fù)雜度較大的市政給排水管網(wǎng)進(jìn)行分析和優(yōu)化。遺傳算法的這個(gè)優(yōu)勢(shì)使其越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于很多市政管線項(xiàng)目的優(yōu)化中，并且逐漸發(fā)展成為一門(mén)相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科。
把遺傳算法用于市政設(shè)計(jì)等大型工程的優(yōu)化，并且取得了較為滿意的效果，模糊控制理論的潛力被激發(fā)出來(lái)。到了本世紀(jì)，日本的一些遺傳算法研究者提出了以模糊技術(shù)特有的不確定性來(lái)解決市政管網(wǎng)難以進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的問(wèn)題，從而使遺傳算法的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段，同時(shí)也產(chǎn)生了不少有價(jià)值的應(yīng)用實(shí)踐成果。

3 市政給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的管網(wǎng)分區(qū)問(wèn)題
給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，管網(wǎng)分區(qū)方案的確定同樣要遵循合理、可行原則，筆者認(rèn)為最好的管網(wǎng)分區(qū)方案是技術(shù)合理、建設(shè)費(fèi)用和管理費(fèi)用能實(shí)現(xiàn)最小化的方案。在費(fèi)用方面，給水管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用主要是管材及施工費(fèi)用，還有部分為附加設(shè)備設(shè)施費(fèi)用。管網(wǎng)建設(shè)中的管道費(fèi)用取決于管材、管道數(shù)量以及市場(chǎng)價(jià)格，附加設(shè)備費(fèi)用同樣如此。管理費(fèi)用主要產(chǎn)生于泵站管理，這主要取決于水泵的揚(yáng)程。管網(wǎng)建設(shè)想要做到經(jīng)濟(jì)合理，只能從建設(shè)費(fèi)用與管理費(fèi)用兩個(gè)方面進(jìn)行壓縮，盡可能的將總建設(shè)費(fèi)用降至最低。不論是對(duì)管網(wǎng)的分區(qū)工作亦或是設(shè)計(jì)工作來(lái)講，當(dāng)我們開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的時(shí)候必須考慮兩點(diǎn)內(nèi)容。第一點(diǎn)也是非常關(guān)鍵的一個(gè)要素，即技術(shù)要素。其次是管線建設(shè)所需的資金方面的問(wèn)題。對(duì)于技術(shù)來(lái)講，當(dāng)前時(shí)期，必須要強(qiáng)化施工管控的力度，確保所有的工序都能夠順暢的開(kāi)展。要適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)國(guó)外的優(yōu)秀設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)工藝，確保管線的分區(qū)方案有較高的存在價(jià)值。對(duì)于資金來(lái)講，可以通過(guò)壓縮建設(shè)費(fèi)用、管理費(fèi)用來(lái)確保管網(wǎng)分區(qū)的經(jīng)濟(jì)合理，切實(shí)降低市政給排水管網(wǎng)工程的造價(jià)成本。
4 結(jié)論
總而言之，在選擇市政給水系統(tǒng)輸水方式的時(shí)候，不但要考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，還要結(jié)合一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)手段。如果是在經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)距離輸水的時(shí)候，除了要對(duì)重力輸水進(jìn)行首要考量之外，還要綜合經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)等兩方面因素進(jìn)行考慮，這是在選擇輸水方式時(shí)進(jìn)行綜合考慮的。
而在設(shè)計(jì)給水管網(wǎng)分區(qū)的時(shí)候，最主要的是將給水管網(wǎng)的全年費(fèi)用進(jìn)行估算，這個(gè)可以利用模型來(lái)進(jìn)行。之后要對(duì)比經(jīng)濟(jì)技術(shù)，將給水管網(wǎng)的全年費(fèi)用確定之后，然后對(duì)供水管網(wǎng)的分區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。