城市給水管網系統的規劃設計

摘要：在城市給水系統中，取水建筑物、泵站、輸水管線等都是重要組成部分。隨著我國城市化建設步伐的不斷加快，城市用水量與日俱增。為保證充足的水量供應，各個城市每年都會投入大量的資金用以新建和改造給水輸配系統。文章介紹了給水系統相關技術的發展，對其優化規劃設計的原則進行了梳理，探討了具體方法及實現步驟。

關鍵詞：城市給水管網系統；規劃設計；取水建筑物；泵站；輸水管線；城市用水量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP315 文章編號：1009-2374（2015）22-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.006

近年來，我國的城市化建設得到了空前的發展，隨著用水人口和用水量的不斷增多，原有給水系統不堪重負，有些地區已經出現水量欠缺的現象，低壓區也在不斷增多。此外，在管網維護上主要依靠工作人員的維修經驗，缺乏必要的理論依據及科學分析，管網工作常常工作于非最佳狀態，這不但會造成水量浪費，還存在一定的安全隱患，出現停水事件。供水企業在確定管線走線和管徑時通常是依據經驗來進行的，由于實際管網較為復雜，工作量較大，管網的設計具有變量多、約束條件復雜的特點，進行城市給水管網系統的規劃設計對于解決城市供水問題具有十分重要的意義。

1 城市給水管網系統規劃設計的發展

城市給水管網系統的優化設計起始于20世紀60年代，我國的相關研究起步較晚，但近年來發展速度較快。總體而言，給水管網系統的優化設計經歷了從單一型向復合型發展的過程，主要包括經典優化理論及應用→啟發式算法研究及發展→多方法優化→地理信息系統。隨著計算機輔助設計技術的出現和發展，一些新型算法不斷應用于管網優化計算中，如人工神經網絡法、遺傳算法等，這些新技術促進了可視化技術和集成GIS的開發。隨著管網優化研究領域的發展，管網運行的可靠性在提高，經濟性在優化，環狀管網與樹狀相結合的形式得以發展。當前，在我國的大城市中，給水管網已經形成了大型化、復雜化和多樣化的管網規模，這對建設管網和進行管網的管理而言具有較高的要求。

2 給水管網規劃設計的任務及原則

2.1 給水管網規劃設計的任務

城市給水管網規劃設計通常是在一定的條件下，在確定的水廠規模和位置背景下，對管網的模型進行建立和對運行工況進行計算，找到一個投資少、低能耗、安全可靠性高的管網系統設計方案。具體而言，進行城市給水管網規劃設計的任務體現在以下兩個方面：首先是管網的優化布置。作為給水管網規劃設計的基礎，管網的優化布置是否科學合理對于給水系統的安全可靠及經濟性而言意義重大。此外還要注意供水分區及供水方式的優化，正確選擇串聯供水或并聯加壓的供水方式，加壓站的設置要科學合理，保證供水系統的運行費用最低。其次是管徑的優化設計。在給水管網中，管徑的大小關系著系統的布局，受管段在管網系統中所承擔的責任影響；在管網優化設計上，要基于管網的最優布置，通過優化模型進行求解。

2.2 給水管網規劃設計的原則

作為一項系統而復雜的工程，城市給水工程設計需要遵循一定的原則，主要有以下三點：（1）要對城市的未來發展有科學的把握。給水系統的建設受城市未來發展所導向，在進行規劃設計時要結合城市的總體規劃、合理確定近期和遠期的供水量；（2）規劃設計要具有一定的針對性。要對當前城市給水管網系統存在的問題進行研究并給出應對措施，結合給水調查報告深入分析運行中存在的問題，給出解決措施；（3）在規劃設計完成后，要基于供水需求和管網安全可靠運行的要求，盡可能地節省投資和降低能源消耗，保證可操

作性。

3 城市給水管網規劃設計

3.1 管網系統優化設計

城市給水管網的主要功能是存儲、輸送以及分配水資源，它為城市的各項生活生產提供必要的水源，整個建設具有投資大和運行能耗高的特點，所以在城市給水工程設計中進行合理規劃和優化設計十分重要。一般而言，給水管網的規劃設計采用的是以下方法及

步驟：

3.1.1 結合城市總體規劃。在確定近期和遠期的供水范圍、城市的用水總量規模上，需要與城市的總體規劃相結合。相關規范指出，給水工程設計需要遵循的原則之一是：結合城市的遠近期規劃，以近期為主，兼顧遠期。近期設計的參考年限以5～10年為宜，遠期設計的參考年限以10～20年為宜。

3.1.2 結合城市布局及地形地勢。在規劃時，要進行供水分區的劃分，對給水管網系統進行布置，建立相應的數據庫。與小城市不同的是，大型城市的建設區面積極大，區域之間的地形高差十分明顯，這個給水系統的規劃設計帶來了難度，導致管網系統的布置存在較多的形式。在規劃中，要對不同的布置方案進行比較，找到最優方案。一般而言，管網的布置方案要考慮到輸配水干管，可以忽略影響較小的給水支管；干管的布置要依據城市的規劃布局和水源位置、供水形勢等進行合理確定。

3.1.3 建立規劃設計模型。在建立規劃設計模型時，首先要進行模型目標函數以及約束條件的確定，數學模型的目標函數是經濟性，其他方面是約束條件。傳統的城市給水管網規劃只是單一的造價規劃，采用的模型是線性規劃模型，以合理配置系統管段管徑為最終結果。當前，在給水管網優化設計中，大部分采用的是非線性規劃模型，包含有管網、泵站的投資建設及運行維修費用等。通過優化計算，在滿足全部約束條件的前提下，進行目標函數最小化求解，從而有效降低系統的投資和運行維修費用。

3.1.4 計算方法選擇。在優化計算方法的選擇上，主要有兩大類，分別是局部優化、全局優化。其中，前者采用的是線性規劃、非線性規劃等；后者采用的是遺傳算法、蟻群算法等。

3.2 改造工程的優化設計

為了提高城市給水系統的供水質量及保證安全供水，很多城市需要對過去的給水管網進行改造。一般而言，城市給水管網的改造涉及到新增供水干管、管道管徑的調整、受損嚴重管道的更換、增壓泵站的擴建新增等。實施優化設計能夠有效減小人為因素的影響，保證管網改造方案的科學合理。城市給水管網改造的目的是依據目標進行模型的構造，采用優化理論進行設計參數的合理確定和方案的選擇。通常情況下，進行給水管網改造規劃設計需要遵循以下步驟：首先是進行城市供水量、用水量、水廠、管網等資料的調查及收集，建立相應的結構數據庫；其次要依據城市的近期目標和遠期目標以及相應的規劃布局，建立管網給水優化設計模型，對系統的運行工況進行模擬，通過模擬可以發現系統中存在的問題并及時給出調整措施，對改造的可行性進行研究，依據模擬結果對方案的技術、經濟、安全性能等指標進行評估分析，找出最優的改造方案；最后是進行給水管網改造范圍的確定，制定合理的管網改造方案。要與當前城市供水中存在的問題相結合，分清主次，合理安排改造計劃，進行供水干管的新建，對當前的管道管徑進行合理調整，及時更換老化的管道。

4 結語

本文針對城市給水管網系統的規劃設計進行探討，介紹了相關技術的發展，對其優化規劃設計的原則進行了梳理，探討了具體方法及實現步驟。總而言之，城市給水管網規劃設計關乎經濟和社會效益，我國當前的城市給水管網規劃理論依然處在發展階段，還有很大的發展空間。為了使得計算方法更加精確和完善，仍然需要在實踐中不斷探索、積累經驗，形成一套完善的聯系實際的理論系統。

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作者簡介：許秀清（1983-），女（回族），安徽壽縣人，安徽省城建設計研究院工程師，碩士，研究方向：環境

工程。

（責任編輯：周 瓊）