村鎮(zhèn)供水管網優(yōu)化設計

謝千津

（廣東海納工程管理咨詢有限公司）

0 引言

隨著中國城鎮(zhèn)建設的不斷推進，在城鎮(zhèn)化進程中，很多村鎮(zhèn)依靠經驗值來進行輸配水管網的直徑、坡道等設計參數的設置，但是在復雜的工程下，實際的管網運行中，憑借簡單的方案就確定好施工進程往往不能滿足實際的需求，往往造成管道大量沉積物發(fā)生年久失修，以及供水差發(fā)生二次污染，嚴重影響用水人群的健康，因此要得到合理的供水電耗，并且將供水實現安全可靠，合理投資，降低管網的損耗，同時改善管網水質，就要對供水管網系統進行優(yōu)化設計，以達到社會效益和經濟效益雙贏的目標，以給水管網優(yōu)化的重要作用。

1 當前村鎮(zhèn)供水管網設計的現狀

1.1 論證供水管網設置

在進行給水輸配水管網設置的時候，在各個節(jié)點上要保證節(jié)點中對于輸配水管網中各個組成部分進行論證，得到最經濟的設計方案。

1.1.1 系統優(yōu)化方法需要改進

一般進行給水輸配，系統的優(yōu)化方需要進行給水收費水管網系統的優(yōu)化設計，輸配水管網的優(yōu)化布置，以及管網的方案確定等，選擇合適的水泵，揚程確定好管道的具體尺寸。在給水輸配管網的優(yōu)化調度上，通常采用的方式眾多，其中樹狀管網系統布置，能夠降低工程投資的同時，在用水量較大或地勢較高的地區(qū)，做好水塔位置管網系統的布設等就可以了。

1.1.2 村鎮(zhèn)水質水量情況復雜

村鎮(zhèn)的水質水量差異大，這是由于未建灰水收集管（資金別用）：只接入黑水，水量小、濃度高（COD=1 000 mg/L，NH3-N=200 mg/L）；戶內化糞池滲漏：黑水無法收集，僅有部分灰水進入收集管，水量小、濃度低；化糞池停留時間長：因污水量小于設計值，污水在化糞池內停留時間過長，碳源過度消耗，碳氮比失調；戶內雨水進入收集管（天井明渠）：雨季水量大、濃度低；節(jié)假日用水人口增加：污水量大，導致污水處理設施溢流。

1.1.3 給水管網布設標準不明確

村鎮(zhèn)的給水管網的布設，標準不明確、不健全：①鎮(zhèn)級污水處理城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）；②村莊污水處理，尚無明確排放標準，已完成住建部《農村生活污水處理設施技術標準（報批稿）》；部分省市頒布了地方排放標準（北京、河北、山西、寧夏、浙江、上海等），各地對村莊污水的排放標準限值差異較大；③《農村生活污水處理設施技術標準（報批稿）》提出，排水管管徑≥100 mm，坡度宜≥5‰，70 m以內或轉彎處設置檢查井，尚未頒布實施。

1.2 村鎮(zhèn)給水管網布設資金不足

村鎮(zhèn)往往水源處地面標高較高，一般采用重力流進行供水，但是容易造成初期的投資費用和后期的運營管理費用較高的問題。采用泵站加壓的供水系統，又要考慮到用戶用水量和泵站供水量的差異，因此采用達成水塔還是不搭設水塔的方式，需要進行實際的論證，尤其是在村鎮(zhèn)這種地形相對復雜的情況下，進行給水管網的布設，需要考慮到投資費用以及官網布設的優(yōu)越性科學性等。采用減壓出水調節(jié)裝置，還可以起到提高經濟效益的目的。

2 村鎮(zhèn)供水管網設計思路

2.1 注重供水管網設計規(guī)劃

近年來，隨著各地城鎮(zhèn)化建設的不斷加快，社會主義新農村的趨勢投入了大量的人力物力財力。在自來水基礎設施的建設和發(fā)展上，為了解決農村人口的飲水困難和供水不安定不安全問題，采用了村村供水自來水工程的基礎設施建設，促進農村經濟發(fā)展。在村鎮(zhèn)供水上具有一定的特等特征。村鎮(zhèn)的供水飲用水事業(yè)發(fā)展較為緩慢，地廣人稀的情況下，山高坡陡條件惡劣，交通不便，給水系統修建難度較大，而水污染嚴重的情況也是值得注重的，供水規(guī)劃之后，使得供水單位在耗能上較大，沒有做過直接的水源處理，就直接飲用，會使人們的健康受到影響。

2.2 優(yōu)化管網設計思路

在進行村鎮(zhèn)供水的管網設計上一直是較為薄弱的環(huán)節(jié)，地形變化大，使得官網的沿線高差變化較大，因此在進行地勢高處用水用戶供水的時候，需要將地勢低處的管網進行壓力提高，令在村鎮(zhèn)進行供水，用水量較小的情況，管網中流量晝夜變化大，管網運行安全性不足，爆管事故頻發(fā)，給管網維護帶來巨大的壓力。因此在管網的設計上，從經驗設計已經需要過渡到優(yōu)化設計階段，采用傳統的方法，憑借經驗進行大量格的設計，計算結果不準確，且過程繁瑣。

研究人員必須根據復雜的問題進行相應的官網優(yōu)化設計，例如：將神經網絡模擬退火法，遺傳算法等納入到設計思路中，解決組合優(yōu)化問題。目前對管網的配水管網優(yōu)化設計，采用了NP類的組合優(yōu)化設計方案，取得了很好的效果。

3 進行村鎮(zhèn)管網設計案例

某村鎮(zhèn)進行供水管網設計，首先要進行實地調研，收集資料，確定地區(qū)的地形用水定額變化系數等。采用調節(jié)裝置的理論，對于供水管網進行設計理論分析，研究出裝置結構，材料選取位置容積等，通過實踐檢驗，對管網最終確定優(yōu)化方案，最后進行經濟效益的分析。

3.1 利用給水減壓裝置

在村鎮(zhèn)的供水管道上，運用給水減壓儲水裝置，作為供水管線的主要設計思路。該裝置作用于調節(jié)主管網的最高時流量，在滿足用水戶對用水水量水壓的要求下，能夠減少工程的投資，提高供水的安全可靠性。裝置主體包括了結構位置，選擇容積大小以及裝置數量。首先在結構設計上，考慮了減少中下游管道動靜水壓力。在設計的過程中選取了玻璃鋼儲水容器、導水管、活結浮球開關、進排水閥安全及卸空法等。這些裝置具有統一的特點，就是能夠減壓。

3.2 減少中下游管道工程壓力

在輸水管網的設計過程中，根據水壓減小，任意壓力減少，從而達到減少中下游管道工程壓力的目的，以降低工程造價。在解壓出水調節(jié)裝置的設計上，采用了有效削減管網用水高峰時的最高時流量的設計思路，將玻璃鋼出水容器，接到需要減壓的主管道上一側連接到主管道一側，連接到玻璃缸，出事有充氣，穿過檢修開孔，進入玻璃缸出事容器后，在側邊依次連接水位指示管，開啟水力進水閥，向外排出內部沖水，直觀地看到儲水容器中的水位表。同時在內壓力超過容器壓力時，設計思路是：自動打開解壓出水調節(jié)裝置，確定科學的位置，根據村鎮(zhèn)的水管網地形以及水戶的位置，設置水戶需要的水壓值，管網延伸長度以及各類水庫對供水的需求等，按照位置進行下游管網控制點的布設，確定儲水裝置安裝的位置標高，考慮到地質條件和管線的縮短要求，進行相應的設計。根據給水管網布設在安裝位置上滿足標高要求，對于工程地質條件進行環(huán)境衛(wèi)生的處理和管理地段的維護。

3.3 設置最高設計水位

減壓出水調節(jié)裝置容積的確定，是設置出最高設計水位，在工程有效容積的情況下，在設計中還考慮了給水管道的造價，對于PVC 給水管道的造價工是以最小二乘法原理進行了擬合得到的相關指數，考慮到了水管造價估計供值誤差等，經過優(yōu)化設計，采用動態(tài)管網優(yōu)化模型，進行了管網優(yōu)化，后年費用值的最小值的計算，得到建設管段造價年成本和管網年運行費用等。經過理論驗證和實際施工中經驗的總結分析，最終得到的村鎮(zhèn)管網設計，安裝了下游管網節(jié)點，自由水頭將管段管徑明顯降低，滿足了供水水壓要求，折合管理費用，年投資達到最小目標，優(yōu)化模型對減少投資的要求，增加供水效益。

4 結語

根據用水現取量和給水量曲線，求得相應的水量值。通過上述減壓出水調節(jié)裝置，對出水調節(jié)裝置的設計和安裝位置以及容積數量等進行了理論研究，從而得出村鎮(zhèn)供水管網的設計優(yōu)化方案。在某村鎮(zhèn)進行供水管網的設計，就考慮到該區(qū)域的管網布置調節(jié)裝置容積等情況。在設計內容上，選擇了地勢較高的地表水作為水源利用，重力自流進行供水。從供水區(qū)域全局出發(fā)，考慮到該村鎮(zhèn)的地形水源分置規(guī)劃等條件，進行相應的管網設計，最終得到管網設計方案，在交付使用之后，效果良好。