淺談村村通自來水工程管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳昆

摘要：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量的逐漸提高，農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施也在逐步的完善，自來水工程就是其中重要的組成部分。在進(jìn)行自來水工程管網(wǎng)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會遇到一些難題，在一定程度上也影響了農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。文章對村村通自來水工程管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：村村通；自來水工程；管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言：在村村通工程中，供水管網(wǎng)的建設(shè)與規(guī)劃是很重要的部分，通過供水管網(wǎng)的建設(shè)，滿足了農(nóng)村各個地區(qū)的生活用水需求，同時(shí)，這些水源無論是在水質(zhì)、水壓還是在水量上都能達(dá)到基本的要求。對管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，也為系統(tǒng)的安全性提供了保障。

1村村通自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)

在進(jìn)行村村通自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，其最主要的目標(biāo)就是在保證了水質(zhì)、水壓以及水量的基礎(chǔ)下，最大限度的節(jié)約成本費(fèi)用，并且保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，權(quán)衡經(jīng)濟(jì)性、可靠度、水壓三個標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。以上三個基本指標(biāo)中，除了經(jīng)濟(jì)性之外，水壓、水量以及可靠性相對來說并不容易進(jìn)行定量評價(jià)。例如，實(shí)際的水流量與設(shè)計(jì)的水流量，經(jīng)常會因?yàn)橛盟康淖兓蛘呤枪艿赖钠茐牡仍颍a(chǎn)生一定的差別。在進(jìn)行自來水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的過程中，也經(jīng)常會因?yàn)榧訅涸O(shè)備及泵站在運(yùn)行方式和管理水平方面的差異，而難以保證設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

正常的自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般可以分成兩個設(shè)計(jì)階段：首先，規(guī)劃階段，在這一階段最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是管網(wǎng)干支線的布置，盡量的減少管線的長度，在保證質(zhì)量的情況下，實(shí)現(xiàn)投資最小；其次，設(shè)計(jì)階段，在設(shè)計(jì)階段主要的工作就是要處理管徑組合的相關(guān)問題，對管網(wǎng)布置方案進(jìn)行優(yōu)化，通過相應(yīng)的水力計(jì)算，對相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行確定，管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)就是通過最小的成本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化[1]。

2村村通自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.1優(yōu)化管網(wǎng)布置

管網(wǎng)布置是自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，保證管網(wǎng)布置的合理性，可以有效的縮短管網(wǎng)的長度，施工管理也就變得更加的簡單，附屬管件的使用量也會相對減少，同時(shí)，對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、管道的穩(wěn)定性、投資的合理性都會產(chǎn)生直接的影響。在進(jìn)行管網(wǎng)布置的過程中，樹狀管網(wǎng)是一種比較科學(xué)的布置方式，這種布置方式最大的優(yōu)勢就是管線較短、結(jié)構(gòu)簡單、管理方便、水力性能穩(wěn)定以及容易操作等等。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，很多農(nóng)村地區(qū)的管網(wǎng)布置也逐漸的開始采用混合管網(wǎng)以及環(huán)狀管網(wǎng)，再一次提升了供水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。因此，在村村通自來水管網(wǎng)設(shè)計(jì)初級優(yōu)化過程中，其最主要的就是要保證樹狀管網(wǎng)布置的合理性，這樣才能有效節(jié)約成本。

進(jìn)行管網(wǎng)布置的過程中，在了解了地形條件、水源位置以及接水點(diǎn)的排列等情況之后，就不需要額外的考慮水流的方向，把每一個節(jié)點(diǎn)按照“臨近規(guī)劃”的基本原則進(jìn)行連接，這種樹狀管網(wǎng)布置，一般都是以管網(wǎng)的連接圖為前提，包括了所有的管網(wǎng)連接圖口，通過這樣的方式，可以有效連接一個或者是多個節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)投資最小、管線最短的基本目標(biāo)。

2.2優(yōu)化管網(wǎng)管徑

在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，每一個管段管徑的合理選擇也是很關(guān)鍵的工作內(nèi)容。在了解了管徑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、最低水壓要求、節(jié)點(diǎn)需水量以及管網(wǎng)形式等條件的基礎(chǔ)下，管網(wǎng)管徑優(yōu)化最根本的目標(biāo)就是尋找一種能夠滿足壓力要求和流量要求，同時(shí)造價(jià)又相對較低的管徑組合，這也直接影響著供水的可靠性、水壓的穩(wěn)定性以及設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

在保證了水壓最低和節(jié)點(diǎn)需水量的前提下，要想有效的降低管網(wǎng)建設(shè)的費(fèi)用，一般可以選擇較小的管徑，但是，小管徑在實(shí)際應(yīng)用的過程中，經(jīng)常會導(dǎo)致管網(wǎng)水頭的損失過大，從而增加水泵的動力費(fèi)用。通常情況下，要想有效降低水泵的動力費(fèi)用、減少水頭的損失，一般可以選用大管徑，但是，使用大管徑無疑會增加管網(wǎng)建設(shè)的費(fèi)用。因此，在進(jìn)行管網(wǎng)管徑優(yōu)化的過程中，一般需要進(jìn)行綜合考慮，尋找一種最佳的設(shè)計(jì)方案。

3村村通自來水管網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化案例

以某村鎮(zhèn)為案例進(jìn)行自來水管網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究。該鎮(zhèn)的自來水管網(wǎng)在2010年就已經(jīng)完成了自來水工程的改造工作。服務(wù)人口達(dá)到了1.2萬，每一天的供水量約為1200m3/d，該區(qū)域受到經(jīng)濟(jì)、政治等因素的影響，城市化水平不高，區(qū)域中勞動密集型產(chǎn)業(yè)占很大的比重。通過上述的一系列條件可以計(jì)算出該區(qū)域的管網(wǎng)流量Q=108m3/h；該區(qū)域內(nèi)地勢相對比較平緩，區(qū)域內(nèi)的建筑一般都是以矮層建筑為主，各個控制點(diǎn)的H=19m。根據(jù)該區(qū)域的地址情況，決定采用PE塑料管，作為本次工程的給水管道材料[2]。

根據(jù)工程的規(guī)劃狀況，計(jì)劃初所定下的工程服務(wù)期t=15a，在進(jìn)行管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算時(shí)，在該區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)用水量不變的情況下，供水量的變化系數(shù)，另外的一些經(jīng)濟(jì)參數(shù)恒定不變，電費(fèi)元/kw.h，水泵靜揚(yáng)程，水頭的損失就可以用以下公式來表示：

h表示管段的水頭損失；q表示管段的流量；d表示的是管段的內(nèi)徑；l表示的是管段的實(shí)際長度。

方案一：管段的總長度為12125m，包含的管段為1、3、4、5、6、10；方案二：管段的總長度為12830，包含的管段為1、3、5、8、10、12；方案三，管段的總長度為12220，包含的管段為1、3、5、6、10、12；方案四：管段的總長度為11900，包含的管段為13、、4、6、10、12。

通過對比分析，方案四在所有的方案中，其管線的總長度雖然最短，但是，通過遺傳算法進(jìn)行推算之后，發(fā)現(xiàn)方案四的總費(fèi)用也相對比較高，要比方案一高出10%左右。因此，在今后的自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，可以采用遺傳算法進(jìn)行推理，保證設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，最終達(dá)到能節(jié)約成本的目的。

4村村通自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題

在進(jìn)行農(nóng)村地區(qū)自來水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，主要包括管道施工、管材選擇、管網(wǎng)布置以及管徑設(shè)計(jì)等幾個方面。每一個環(huán)節(jié)之間都相互影響。在實(shí)際施工和設(shè)計(jì)的過程中，還需要考慮到室外給排水的問題[3]。

實(shí)行了村村通之后，很多地區(qū)的路面都被硬化，如果在被硬化的路面上進(jìn)行施工，勢必會增加工程量，同時(shí)，也浪費(fèi)了大量的資源，這也是農(nóng)村地區(qū)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的一個難題。還有很多路面的下方都是巖石，增加了施工的難度。

社會主義新農(nóng)村建設(shè)的不斷深入，很多農(nóng)村地區(qū)都鋪設(shè)了給水管道和天燃?xì)夤艿溃@些工程也給自來水管網(wǎng)設(shè)計(jì)工程帶來了困難。自來水接通之后，一般都會根據(jù)實(shí)際的用水量收取費(fèi)用，這樣的方式，很多農(nóng)村地區(qū)的人們都不太容易接受，因此，也對自來水工程產(chǎn)生了一定的抵觸，不利于設(shè)計(jì)工程的開展。

總結(jié)：

農(nóng)村地區(qū)自來水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)和施工的難度都比較大，涉及的內(nèi)容也比較廣泛。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮到植被保護(hù)、生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)方面的問題，在這個基礎(chǔ)上再進(jìn)行施工，這樣才能保障施工方案的科學(xué)性，為農(nóng)村用水提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳云生.GoogleEarth在設(shè)計(jì)農(nóng)村自來水管網(wǎng)工程中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2014，11：225-226.

[2]金偉如.城市供水管網(wǎng)漏水原因分析及應(yīng)對措施探討[J].給水排水，2015，S1：359-361.

[3]霍云晶，安軍.農(nóng)村自來水管道設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，02：40.endprint