市政供水管網(wǎng)建設(shè)中管網(wǎng)平差的應(yīng)用及意義

羅春幸

在城市的建設(shè)中，市政供水管網(wǎng)是重要的項目之一，為了保證供水安全可靠，設(shè)計階段需要將管網(wǎng)平差應(yīng)用在其中。對此，本文將結(jié)合管網(wǎng)平差的應(yīng)用實例，分析市政供水管網(wǎng)建設(shè)中，管網(wǎng)平差的應(yīng)用及意義，以期為相關(guān)人員提供參考，優(yōu)化市政供水管網(wǎng)的設(shè)計。

一、某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)市政管網(wǎng)平差的應(yīng)用實例分析

某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)設(shè)計范圍內(nèi)自來水廠位于片區(qū)內(nèi)地勢較高點(diǎn)，地勢總體東北較高，西南較低。自來水廠現(xiàn)狀出水主干管管徑為DN700，本工程需對片區(qū)內(nèi)市政配套管網(wǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建，配水管網(wǎng)根據(jù)國家規(guī)范、參照相關(guān)規(guī)劃、結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀并考慮道路縱向高程、路網(wǎng)建設(shè)順序等進(jìn)行布置，設(shè)計范圍內(nèi)給水管道沿道路敷設(shè)，形成環(huán)狀。

1.管網(wǎng)計算的主要參數(shù)

管網(wǎng)計算之前應(yīng)進(jìn)行主要參數(shù)的準(zhǔn)備，所掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)越完備，建立的水力模型與工程實際就也吻合。某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的主要參數(shù)如下：

（1）設(shè)計范圍內(nèi)總需水量10萬m3/d，其中某工廠約4萬m3/d由專用管道供給（管網(wǎng)平差不進(jìn)行考慮）；

（2）最不利點(diǎn)服務(wù)水頭≥25m；

（3）日、時變化系數(shù)：Kd=1.3，Kh=1.3；

（4）清水池設(shè)計出水水位49.10m；

（5）消防用水量根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，按開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃人口規(guī)模，遠(yuǎn)期水廠供水范圍內(nèi)同一時間內(nèi)按2處著火點(diǎn)考慮，一次滅火用水量45L/s。消防壓力按城區(qū)最不利點(diǎn)地面以上10m水柱考慮；

（6）最不利管段發(fā)生事故時，事故用水量按最高日最高時的流量的70%計。

2.管網(wǎng)平差的方法選用

在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，管網(wǎng)平差的計算方式有很多，包括節(jié)點(diǎn)法、環(huán)方法、求解管段流量法等。其中，求解管段流量法的運(yùn)用，存在很多未知數(shù)，而環(huán)方法在運(yùn)算中所包含少量的未知數(shù)，但是在自動編程的過程中，大型管網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)較多，所以存在很大的難度，在每一次進(jìn)行管網(wǎng)平差之前，工作人員都應(yīng)該分配初始流量，耗時較多且工作難度較大。相比之下，節(jié)點(diǎn)法在運(yùn)行中，其所包含的未知數(shù)數(shù)量介于求解管段流量法、環(huán)方法之間，且對于市政供水管網(wǎng)的形狀，沒有相關(guān)的要求，可以實現(xiàn)對多水源的、枝狀的、空間的管網(wǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)的編程設(shè)計、呈現(xiàn)。同時，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)法可以在一定程度上減少工作量。本次實例中，管網(wǎng)平差采用節(jié)點(diǎn)法。

3.管網(wǎng)水力計算及布置

由于洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)給水管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，管徑大可達(dá)到DN700，小到十幾毫米，管道的相互連接關(guān)系多種多樣，管段長短不一，所以管網(wǎng)水力模型必須在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下對管網(wǎng)進(jìn)行一定的簡化。

具體簡化原則如下：

（1）管網(wǎng)水力模型中只保留管徑在DN200以上（含DN200）的管段；

（2）省略過路管，給水管線僅按照在路口連通考慮；

（3）道路兩側(cè)管線不予以合并；

（4）管段相交的點(diǎn)，用水大戶與市政管道的相交點(diǎn)均設(shè)為節(jié)點(diǎn)。

在管網(wǎng)簡化后，根據(jù)各片區(qū)的用水情況，分區(qū)結(jié)合管長進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量分配。分配中考慮部分大用戶水量，其余按管長及周邊用水情況分配至各節(jié)點(diǎn)。

配水管網(wǎng)按遠(yuǎn)期最高日最高時流量進(jìn)行設(shè)計，并按最高日最高時流量加消防流量、最不利管段發(fā)生故障兩種工況進(jìn)行校核，管道的敷設(shè)分期分批逐步進(jìn)行實施。

最高用水時管網(wǎng)平差計算

4.平差結(jié)果的處理

結(jié)合平差方程組的運(yùn)算結(jié)果，工作人員需要對市政供水管網(wǎng)進(jìn)行合理的處理優(yōu)化。比如通過優(yōu)化管網(wǎng)布置、合理調(diào)整供水系統(tǒng)劃分、對局部流速偏低的管段，有條件時可適度調(diào)小管徑，并進(jìn)行核算后應(yīng)滿足供水需求。

某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供水范圍內(nèi)，給水管網(wǎng)布設(shè)成環(huán)狀，南端局部供水壓力略小于25m的節(jié)點(diǎn)目前已有自行加壓措施，經(jīng)管網(wǎng)水力平差計算及優(yōu)化管網(wǎng)布置后，東片區(qū)地勢較高且為遠(yuǎn)期擴(kuò)容主要片區(qū)，考慮設(shè)置二級泵站加壓供水，但東片區(qū)及南端局部片區(qū)加壓的方式均不能對市政管網(wǎng)的壓力造成損失。開發(fā)區(qū)內(nèi)其他區(qū)域都能滿足市政供水自由水頭≥25m的要求。

最高日最高時流量加消防流量校核時，片區(qū)內(nèi)最不利點(diǎn)服務(wù)水頭仍≥10m。最不利管段發(fā)生故障時最高日最高時流量70%進(jìn)行校核，仍能保證各節(jié)點(diǎn)的正常服務(wù)水頭，亦能滿足要求。

通過管網(wǎng)平差可采用直觀的數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式，將管網(wǎng)的運(yùn)行實際呈現(xiàn)出來，從而為運(yùn)行的調(diào)度工作提供有價值的依據(jù)。通常來說，在后處理的工作中，主要包含水力坡度顯示、管網(wǎng)流速、管網(wǎng)等水壓曲線的繪制、自由水頭曲線等。通過等壓線的內(nèi)容，工作人員可以更加直觀地發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)運(yùn)行的問題，如壓力不足、水流方向等，掌握枝狀管網(wǎng)、空間管網(wǎng)的關(guān)系，確定管網(wǎng)的相交狀態(tài)，進(jìn)而全面提高市政供水管網(wǎng)建設(shè)的順利程度，并提高管網(wǎng)設(shè)計的科學(xué)性。所以，設(shè)計人員及工作人員非常有必要結(jié)合管網(wǎng)平差的結(jié)果，對供水管網(wǎng)建設(shè)的問題，進(jìn)行有針對性的改正優(yōu)化，保證供水管網(wǎng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，滿足居民的用水需求。除此之外，工作人員還能夠基于管網(wǎng)平差軟件，通過不同的顏色對管道的水壓、負(fù)荷進(jìn)行表示，并劃分不同區(qū)域的水源，同時以動畫的方式模擬水管中水的流向。

總的來說，通過管網(wǎng)平差的軟件運(yùn)算結(jié)果，能夠幫助設(shè)計人員優(yōu)化建設(shè)方案，從而全面提高工作質(zhì)量、效率。

二、市政供水管網(wǎng)建設(shè)中管網(wǎng)平差的意義

結(jié)合上文所述能夠發(fā)現(xiàn)，將管網(wǎng)平差應(yīng)用在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，其具有重要的意義。實際上，常用的管網(wǎng)平差方式有很多種，如線性理論（Linear Theroy）法、 哈代·克羅斯（Hardy-cross）法、有限元（Finite-Element）法、牛頓·萊福遜（Newton-Raphson）法等。結(jié)合市政供水管網(wǎng)的實際，工作人員可以采用有針對性的方法，從而發(fā)揮其具體的作用。依據(jù)管網(wǎng)平差結(jié)果，有效地指導(dǎo)工程設(shè)計，各分區(qū)系統(tǒng)設(shè)置也更加趨于合理。通過管網(wǎng)平差的應(yīng)用，可以在規(guī)劃、設(shè)計過程中優(yōu)化管網(wǎng)的布置，甚至還可以實現(xiàn)對市政供水管網(wǎng)施工工況的模擬，便于工作人員結(jié)合季度的用水需求，對供水管網(wǎng)進(jìn)行合理的設(shè)計，以此來實現(xiàn)節(jié)約水資源的目的，保證供水管網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)性。

同時，利用管網(wǎng)平差的方式，還能夠為工作人員提供相應(yīng)的風(fēng)險預(yù)案，包括管道爆裂、閥門關(guān)閉、施工風(fēng)險、漏水事故等，進(jìn)而滿足供水管網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)需求。基于管網(wǎng)平差，工作人員還能夠及時發(fā)現(xiàn)漏水位置，便于及時對其進(jìn)行處理，減少水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象，并提高供水的穩(wěn)定性，滿足城市居民生產(chǎn)、生活的需求。

簡言之，在市政供水管網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)用管網(wǎng)平差可以進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)方案，有針對性地預(yù)防可能出現(xiàn)的問題、風(fēng)險等，從而提高市政供水管網(wǎng)建設(shè)效率。

三、結(jié)語

綜上所述，在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，管網(wǎng)平差的應(yīng)用有著相關(guān)的流程、要求，只有將其貫徹在建設(shè)中，才能夠發(fā)揮管網(wǎng)平差的作用。對此，工作人員需要結(jié)合市政供水管網(wǎng)工程的實際，利用管網(wǎng)平差進(jìn)行合理的設(shè)計、規(guī)劃，從而全面提高管網(wǎng)建設(shè)的合理性。因此，結(jié)合本文的分析，將管網(wǎng)平差應(yīng)用在市政供水管網(wǎng)的建設(shè)中，具有較強(qiáng)的可行性和指導(dǎo)性意義。