城市地下给水管网存在问题及优化设计

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摘要： 城市地下给水管网是重要的市政基础设施，关系到城市的生产、生活的正常发展，更关系到城市供水系统的效益，笔者从事相关工作多年，本文首先分析当前城市给水管网有哪些存在的问题，本着解决问题、节能减排，提高城市供水系统效益的宗旨对应地提出了改造原则和优化设计，望能给实践带来一些帮助。

Abstract： Urban underground water supply tube network as important municipal infrastructure relates to normal development of urban production and life， more relates to the efficiency of urban water supply system. Combined with working experience， the author first analyzes the problems in urban water supply tube network. Aiming at resolving the problems and saving energy， and improve the efficiency of urban water supply tube network， the paper puts forward the transformation principles and optimization design， hoping to provide reference for the peer.

关键词： 城市；给水管网；问题；优化设计

Key words： city；water supply pipe network；issue；optimization design

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）09-0108-02

0 引言

纵观城市给水系统，可以分为三大部分：取水工程、净水工程以及输配水管网工程。其中输配水管网工程是投入成本最大的一块，要占到整个城市给水系统总投资额的2/3以上。另外，每年还要涉及到的供水能量消耗也是非常庞大的，建成后给水管网的运行费用与制水成本相比也要达到后者的30%～50%左右。从这些数据来看，对城市给水管网从技术、经济角度进行科规划、合理布局可以从根本上达到降低成本、节约能源以及保证供水质量的最终目的，从根本上提升了整个城市供水系统的经济效益、社会效益。本文就该话题谈几点笔者的看法。

1 城市给水管网系统现状分析

相关研究和统计资料显示，当前我国的城市给水管网系统普遍存在如下几个问题。

1.1 供水管网布局缺乏合理性、科学性

该问题主要呈现为如下几个落后：

①规划控制的落后。供水管网还停留在原有的规划控制中，没有综合分析需求的变化，或是看到了需求发生了改变，没有能够及时地做出相应的改变。

②原有的设计缺乏长远性。随着城市规模的不断扩大，经济中心、文化中心也在不断地调整之中，城市中有一些原本不发达的地域被规划为了商业街，导致这些区域生活用水的质量和要求也相应有了大幅地提高，进而导致给水管网超负荷工作。

1.2 供水管老化，出现了严重的漏耗现象 城市供水管网长期以来一直处于运行状态，其中有相当一部分出现了老化，管网老化在老城区较为突出，其中老城区有些管网铺设时间有的甚至超过了50年，况且管材质量又比较差，再加上长期超负荷运行，年久失修，城市供水管道出现爆管，以及各种明漏、暗漏问题。有统计资料显示，一般的城市自来水由于供水管而导致的漏损率要达到10%～30%，当前的平均水平高达24%左右的漏损率，这个数字要远远高于欧洲发达国家7%的漏损率，同时，城市的管网又处于超负荷送水状态，进一步增加了不必要的能耗和漏耗。相关部门测算结果表明，当前状态下，每年我国因给水管网漏损和爆管所造成的经济损失高达近5亿元人民币。

1.3 供水安全性和供水效益有待提高 我们可以将城市给水管网系统比作为一个庞大的且复杂的“反应器”，经过水处理合格后水流入管网中，水在配送过程中会发生一系列的化学、物理和生物反应，这些反应会直接导致水质的下降。加上其他原因，如供水压力过高、天气的影响、地下管道埋设过浅、道路的施工措施欠妥、水管抗重压能力较差等等，给水管道经常性的会发生爆管问题。一旦出现水质和输水管路上的安全性问题，社会用水需求会受到影响。另外，供水电费是自来水供水成本中比例较大的一块，通常要占到成本的30%～40%左右。

2 城市地下给水网改造坚持的原则

2.1 全面推进，有重点地改造 改造本着不影响整个供水系统的正常运行的原则，而优化设计和改造必须结合城市供水管网的具体实际，根据当前需求和未来发展规划进行统筹安排，确保城市供水管网改造工作具有全局性和统一性，同时也要结合改造的层次性，要将改造的重点突显出来，优先施工。具体应在统筹设计的基础上，对供水漏损和供水安全影响比较大的管网，还有在可持续改造中位置重要的主干管，优先改造。

2.2 实事求是，目标可行性原则 城市地下水管网改造要“解放思想、实事求是”，规划设计和目标设定一定要在充分调查和研究的基础上进行，严禁不切实际地盲目设计，改造项目要根据城市供水系统的实际需要，综合分析施工条件和地方财政实力，设置可行性的阶段性规划目标，同时城市供水管网改造也要立足于城市总体规划蓝图，确保供水管网改造与城市建设和改造相协调，避免设计变更或二次短时间二次改造。

2.3 保障服务质量，倡导节约用水 建设节约型社会，节约淡水资源也是重要的一项，所以给水网优化设计应紧密围绕提高供水质量和节约水资源这一原则。具体做法上，应借助于管网改造有步骤地实现供水管网的优化，加大系统的配水能力、提高水质、降低供水损失、减少管网事故率、保障供水安全。除此之外，还需要加强宣传引导力度，倡导全民节约用水。

3 城市地下给水管网优化设计

大量统计资料表明，通过对城市给水管网的优化整合，通常可以节约总成本的5%～10%左右，有助于提升供水系统的经济效益，优化设计可以从以下两个方面着手：

3.1 优化城市地下给水管网设计 纵观城市给水系统，具有高度的复杂性，给水管网工程是投资最大的一块，要占到整个城市给水系统总投资额的2/3以上，结合给水管网所涉及的问题来看，城市地下给水管网设计，涵盖管网布置的合理性、泵站数目及位置、水源分配水量等等都会对管网的经济效益造成影响。结合现实城市给水管网的优化设计中主要包含以下内容：①对城市供水管线进行优化的方案；②对既定条件下管道系统的优化。

3.2 优化设计模型角度 要想对水管网系统进行更好的优化和设计，那么就要对水管网系统进行细致的分类。分类标准不同分为的结果也存在差异：按水源是否用加压可以分为压力流和重力流给水管网；按照水源的个数可以为单水源和多水源给水管网；按照管网形式可以分为枝状和环状给水管网。

对环状给水管网的优化最先采用的是线性规划的模型：它是利用目标函数对其流量进行预分配；其次在计算目标函数基础上，反复调整流量分配，从而达到较理想的效果。这种模型根本上实现了给水管网从树状到环状的突破，但没有解决环状网自身的非线性的弊端。后来随着对环状网的深入研究，采用泵站送水的方式弥补了环装网的非线性的弊端，但是增加了建造费用和运行费用，并且这两部分只包括了管网的静态费用和泵站的动态费用，其约束条件是非常复杂的约束集合，无形中增加了非线性规划的求解难度。目前，许多学者通过简化模型或限定某些约束条件，利用非线性规划的方法解决实际问题。

4 结语

随着我国经济的不断发展和城市规模不断扩大，城市给水系统每年都要更改、扩建，以及大城市的新建开发区和新发展起来城镇需要新建给水管网。因此，在我国进行城市给水系统改造，特别是对给水管网进行优化整合的意义十分重大。通过优化设计模型可以科学有效地对给水管网进行优化，提高整个城市供水系统的使用效率。

参考文献：

[1]吴学伟，赵洪宾.合理确定给水管道管径的研究[J].啥尔滨工业大学学报，1999

[2]赵洪宾.给水管网系统理论与分析[M].中国建筑工业出版社，2003.

[3]严煦世，刘遂庆.给水捧水管网系统[M].中国建筑工业出版社，2002.