市政供水管網建設中管網平差的應用及意義

羅春幸

在城市的建設中，市政供水管網是重要的項目之一，為了保證供水安全可靠，設計階段需要將管網平差應用在其中。對此，本文將結合管網平差的應用實例，分析市政供水管網建設中，管網平差的應用及意義，以期為相關人員提供參考，優化市政供水管網的設計。

一、某經濟開發區市政管網平差的應用實例分析

某經濟開發區設計范圍內自來水廠位于片區內地勢較高點，地勢總體東北較高，西南較低。自來水廠現狀出水主干管管徑為DN700，本工程需對片區內市政配套管網進行改擴建，配水管網根據國家規范、參照相關規劃、結合當地現狀并考慮道路縱向高程、路網建設順序等進行布置，設計范圍內給水管道沿道路敷設，形成環狀。

1.管網計算的主要參數

管網計算之前應進行主要參數的準備，所掌握的基礎數據越完備，建立的水力模型與工程實際就也吻合。某經濟開發區的主要參數如下：

（1）設計范圍內總需水量10萬m3/d，其中某工廠約4萬m3/d由專用管道供給（管網平差不進行考慮）；

（2）最不利點服務水頭≥25m；

（3）日、時變化系數：Kd=1.3，Kh=1.3；

（4）清水池設計出水水位49.10m；

（5）消防用水量根據《建筑設計防火規范》，按開發區總體規劃人口規模，遠期水廠供水范圍內同一時間內按2處著火點考慮，一次滅火用水量45L/s。消防壓力按城區最不利點地面以上10m水柱考慮；

（6）最不利管段發生事故時，事故用水量按最高日最高時的流量的70%計。

2.管網平差的方法選用

在市政供水管網的建設中，管網平差的計算方式有很多，包括節點法、環方法、求解管段流量法等。其中，求解管段流量法的運用，存在很多未知數，而環方法在運算中所包含少量的未知數，但是在自動編程的過程中，大型管網的相關數據較多，所以存在很大的難度，在每一次進行管網平差之前，工作人員都應該分配初始流量，耗時較多且工作難度較大。相比之下，節點法在運行中，其所包含的未知數數量介于求解管段流量法、環方法之間，且對于市政供水管網的形狀，沒有相關的要求，可以實現對多水源的、枝狀的、空間的管網進行精準的編程設計、呈現。同時，應用節點法可以在一定程度上減少工作量。本次實例中，管網平差采用節點法。

3.管網水力計算及布置

由于洋浦經濟開發區內給水管網錯綜復雜，管徑大可達到DN700，小到十幾毫米，管道的相互連接關系多種多樣，管段長短不一，所以管網水力模型必須在保證計算結果接近實際情況的前提下對管網進行一定的簡化。

具體簡化原則如下：

（1）管網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）道路兩側管線不予以合并；

（4）管段相交的點，用水大戶與市政管道的相交點均設為節點。

在管網簡化后，根據各片區的用水情況，分區結合管長進行節點流量分配。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點。

配水管網按遠期最高日最高時流量進行設計，并按最高日最高時流量加消防流量、最不利管段發生故障兩種工況進行校核，管道的敷設分期分批逐步進行實施。

最高用水時管網平差計算

4.平差結果的處理

結合平差方程組的運算結果，工作人員需要對市政供水管網進行合理的處理優化。比如通過優化管網布置、合理調整供水系統劃分、對局部流速偏低的管段，有條件時可適度調小管徑，并進行核算后應滿足供水需求。

某經濟開發區供水范圍內，給水管網布設成環狀，南端局部供水壓力略小于25m的節點目前已有自行加壓措施，經管網水力平差計算及優化管網布置后，東片區地勢較高且為遠期擴容主要片區，考慮設置二級泵站加壓供水，但東片區及南端局部片區加壓的方式均不能對市政管網的壓力造成損失。開發區內其他區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，片區內最不利點服務水頭仍≥10m。最不利管段發生故障時最高日最高時流量70%進行校核，仍能保證各節點的正常服務水頭，亦能滿足要求。

通過管網平差可采用直觀的數據表現方式，將管網的運行實際呈現出來，從而為運行的調度工作提供有價值的依據。通常來說，在后處理的工作中，主要包含水力坡度顯示、管網流速、管網等水壓曲線的繪制、自由水頭曲線等。通過等壓線的內容，工作人員可以更加直觀地發現供水管網運行的問題，如壓力不足、水流方向等，掌握枝狀管網、空間管網的關系，確定管網的相交狀態，進而全面提高市政供水管網建設的順利程度，并提高管網設計的科學性。所以，設計人員及工作人員非常有必要結合管網平差的結果，對供水管網建設的問題，進行有針對性的改正優化，保證供水管網能夠更加穩定的運行，滿足居民的用水需求。除此之外，工作人員還能夠基于管網平差軟件，通過不同的顏色對管道的水壓、負荷進行表示，并劃分不同區域的水源，同時以動畫的方式模擬水管中水的流向。

總的來說，通過管網平差的軟件運算結果，能夠幫助設計人員優化建設方案，從而全面提高工作質量、效率。

二、市政供水管網建設中管網平差的意義

結合上文所述能夠發現，將管網平差應用在市政供水管網的建設中，其具有重要的意義。實際上，常用的管網平差方式有很多種，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。結合市政供水管網的實際，工作人員可以采用有針對性的方法，從而發揮其具體的作用。依據管網平差結果，有效地指導工程設計，各分區系統設置也更加趨于合理。通過管網平差的應用，可以在規劃、設計過程中優化管網的布置，甚至還可以實現對市政供水管網施工工況的模擬，便于工作人員結合季度的用水需求，對供水管網進行合理的設計，以此來實現節約水資源的目的，保證供水管網建設的科學性。

同時，利用管網平差的方式，還能夠為工作人員提供相應的風險預案，包括管道爆裂、閥門關閉、施工風險、漏水事故等，進而滿足供水管網建設的相關需求。基于管網平差，工作人員還能夠及時發現漏水位置，便于及時對其進行處理，減少水資源的浪費現象，并提高供水的穩定性，滿足城市居民生產、生活的需求。

簡言之，在市政供水管網建設中，應用管網平差可以進一步優化建設方案，有針對性地預防可能出現的問題、風險等，從而提高市政供水管網建設效率。

三、結語

綜上所述，在市政供水管網的建設中，管網平差的應用有著相關的流程、要求，只有將其貫徹在建設中，才能夠發揮管網平差的作用。對此，工作人員需要結合市政供水管網工程的實際，利用管網平差進行合理的設計、規劃，從而全面提高管網建設的合理性。因此，結合本文的分析，將管網平差應用在市政供水管網的建設中，具有較強的可行性和指導性意義。