淺析城市給水管網問題及優化設計

劉向日

（衡陽市名洋水務設計有限公司，湖南 衡陽 421001）

給水管網是城市發展規劃中的重要組成部分，也是城市基礎設施中的重要一環，與人們的生產方式和生活水平都密切相關。隨著城市規模的擴大，人民生活水平的提高，城市給水管網系統面臨的壓力也在不斷增加。給水管網現階段存在的問題，一定程度上制約了城市的發展。為了滿足人民生活、生產用水的需要，我們需要對城市給水管網存在的問題進行科學的研究和探討，并對給水管網進行不斷的優化設計，提高給水管網的運作水平，努力實現經濟、社會效益的最大化。

1 城市給水管網的概述

城市給水系統是保證城市居民生活、企業生產等用水的相互聯系一系列構筑物和輸配水管網組成的系統，由取水構筑物、水處理構筑物、泵站、給水管網、調節構筑物等工程設施組成。給水管網由不同材質、管徑的給水管連接而成，是給水系統中投資最大并且極為重要的組成部分，主要包括原水輸水管道、生活給水管道、消防給水管道等管道系統。

2 城市給水管網面臨的問題

（1）管網漏損較大。經調查，各地水司存在產銷差較大的問題，有的水司甚至達到50%以上，其中管網漏損是產銷差大的主要因素。影響管網漏損的因素較多，如在設計時，管材的選擇不當，水力計算結果與實際運行不匹配，導致部分區域給水壓力過高。在施工時，管道連接不佳，基礎下沉等都是導致管網漏損的重要原因，管網漏損會導致水資源浪費，管網壓力下降等不良影響。

（2）給水管網管徑不匹配。由于前期管網設計數據有誤或者施工過程中的誤差導致給水管網管徑不匹配，從而造成給水管網水壓低的問題。在用水高峰期時，用戶的水壓過低，部分住在高層的用戶或者建在地勢高的地方就會出現水量過小或者無水可用的現象。

（3）給水管網二次污染問題嚴重。給水管網常年潮濕，管道容易發生腐蝕、結垢、管壁附著沉積物的現象，由于自來水在管網中滯留時間比較長，余氯的減少，很容易造成微生物繁殖的污染。二次供水設施的設計、施工、管理的不合理和供水管網系統的維護不當也會造成給水管網的二次污染，從而降低水質。

（4）給水管網基礎數據未建立電子檔案，造成管道管理、維修不方便。現在城市中仍然存在大量的老城區，由于給水管網建造時間久遠，管網基礎數據未建立電子檔案。隨著城市規模不斷擴大，建筑設施日漸增多，新老建筑物參差不齊，沒有明顯規律可循，給水管網的數據記錄沒有更新，造成部分管網信息的流失，就會加大給水管網的維修難度。

（5）給水管網布局不合理。給水管網布局不合理，造成部分管網水頭損失過大，使得水廠運行不節能，經濟效益較差。同時給水管網布局不合理，部分給水管道流速偏小，管網水質容易變差，有些枝狀管網中水不流動，更容易造成管網水質達不到飲用水標準。

3 城市給水管網的優化設計

3.1 做好勘察工作

勘察是進行正式設計之前的重要工作，勘察工作是否到位，會直接影響到后續給水管網的設計質量。在進行給水管道設計的勘察過程中，重點要進行沿線地形、地質，管道安裝空間，周邊居民情況等方面的調查。尤其是在進行長距離輸水管線設計時，因管線距離長，周邊地形變化大，影響因素多。做好勘察工作，是在進行管網材料、安裝方式及管網加壓方式與加壓點設計的保障。筆者在進行衡陽市祁東縣鳥江鎮到金橋鎮輸水管線設計時，輸水距離總計9km，沿線地勢起伏較大，最高地勢相差近20m，需要進行多泵站的協同工作，因此在進行地形勘察時，需要精確勘察現場地形高低起伏情況，并確定好沿線地形特征點的相關位置，標高信息，從而為后期水力計算的精確性及加壓泵站的位置選擇提供重要依據。并且，本輸水管線需沿S210 省道邊緣布置，安裝空間小，地質情況復雜，部分管段需要設計為鋼管架空安裝。進行道路沿線兩側施工環境的勘察，也為后期進行沿途管線敷設方式及管材的選擇提供依據。因此做好勘察工作是進行給水管網優化設計的前提。

3.2 優化管網水力計算

水力計算是給水管網設計的核心工作。直接關系到給水管網的運行穩定性與經濟性。給水管網水力計算的一般步驟：a.給水管網平面布置；b.進行初步分配流量；c.設定最不利點最小水頭要求，進行管網平差計算；d.依據經濟流速等要求進行管徑調整。其中，流量的分配會直接影響管徑的匹配性，從而影響管網運行的可靠性。在進行流量分配前，應做好現有管網流量水壓資料收集工作，并以此作為流量分配的重要依據。并且應確定合適的流量分配方法，據張銘[4]關于流量分配可靠性的研究表明，采用改進的最小平方和法進行流量分配，其管網可靠性較要最小平方和法、最短路線法節點累計法等傳統方法。此外，在進行管網平差計算時，可以采用一些優化的計算方法，提高計算結果的準確性和擴展性：如GIS 系統與遺傳算法相結合的計算模式、自適應遺傳算法等[5][6]。

3.3 選擇合理的二次加壓方式

二次加壓方式主要有兩類，一類是疊壓方式加壓；一類是水箱加水泵的方式進行加壓。

疊壓供水的主要優點是可以充分利用泵前水頭，節約土地，減小二次污染。然而疊壓的加壓方式具有調節性差，供水效果受泵前管網壓力影響較大，降低泵前管網的壓力等問題[7]。筆者所在的衡陽市水務公司的楊柳加壓泵站應用的是疊壓的方式對水進行二次加壓，以滿足管網較遠處高新區用戶用水需求。該泵站投入使用后，泵前管網壓力有一定程度下降，在用水高峰期，甚至導致一些高地勢區域用戶出現停水的問題。因而，選擇疊壓設備前，應計算最高日最高時供水條件下，泵前管網壓力情況。一方面要保證加壓泵站節點的泵前水壓至少有0.1Mpa，從而使加壓泵站在高峰期能正常運行；另一方面要保證泵前管網沿途高地勢用戶在用水高峰期最小服務水頭的要求。

近些年，由于城市規模的擴大，舊城區管徑偏小城市管網供水能力不足問題日益加劇。由于水箱加水泵的加壓方式其具有一定的調節能力、供水性能穩定、對泵前給水管網壓力沖擊小的特點而又受到了各大水司和供水設備廠商的關注。各大廠商相繼推出箱式疊壓供水設備、調峰泵站等多種水箱加水泵加壓設備。但需要注意水箱供水帶來給水二次污染問題。在進行設計時，應采用設置導流板穿孔板等方式，來改善水箱內流態，避免死水，回水產生；還應當設置次氯酸鈉發生器，二氧化氯發生器等消毒設備。

綜上所述，筆者認為，在進行給水管網擴建設計時，考慮到老城區管徑較小，輸水能力有限這一普遍問題，應優先考慮使用水箱加水泵的加壓方式，并要注意增加防止二次污染設施。如若采用疊壓的加壓方式，則需要考慮泵前管網的壓力降低情況。

3.4 選擇合適的管材

管道材質的優劣是直接影響管網漏損程度、管網運行能耗的重要因素。管材選擇應從承壓性，耐久性、抗腐蝕性、經濟性、水力性能等角度進行考慮。現階段，衡陽市區內的新裝給水管道材質以球墨鑄鐵管為主。該管道具有承壓性好，耐腐蝕，易于安裝的優點。但其接口仍然是承受管網壓力的薄弱環節，近年來發生在衡陽的爆管事故多發生在接口處。因而在設計時，要注意管道轉彎處，三通處等應力較為集中點的受力分析和支墩的設置。

4 結束語

城市給水管網作為城市規劃中的重要一環，為城市經濟發展提供了很大的幫助，針對給水管網現階段存在的問題，在設計時，要注意做好現場勘察、優化管網水力計算方式、充分根據現有管網特點選擇二次加壓方式以及管材，從而優化給水管網運行的可靠性和經濟性。保證人們生產、生活用水的質量，實現經濟、社會效益的最大化。