關于城市供水管網規劃設計優化的思考

韓利兵

摘 要 通過城市內供水網絡系統的建設，能夠滿足全城市民的生活用水需求，以及企業的生產用水需求。由于其工程量極大，且對于施工質量和安全有較高的要求，對于建設資金和后期維護資金的需求也很大。因此必須要對城市供水管網進行合理的規劃，并不斷地優化供水管網設計，這不僅是滿足人們正常生產和生活的需要，也是節省資金、節約水資源的重要途徑，還能夠保證資源的合理調配和利用。

關鍵詞 城市供水管網 設計重點 優化設計原則

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）01-0109-03

1 供水管網設計重點

1.1 供水管網定線

所謂供水管網定線是指在進行城市供水管網的設計時，要在綜合考慮城市水源、地形地質條件、水塔的位置、城市未來規劃等因素，并結合城市生活和生產用水需求，在保證用水安全的前提下確定水管管線的分布走向，對其進行合理設計規劃[1]。從性質上來講，定線的設計是保障供水管網基礎運行狀態和運行穩定性的科學設計工作，在供水管網的設計工作開展中，只有首先保障設計的實際效果，才能從根本上提升和優化管網設計的質量水平。對于供水管網的設計來說，這也是發揮基礎性作用的一部分設計工作內容，需要相關工作人員引起充分的重視，并運用科學的方法完成設計工作。

1.2 水塔及清水池設計

該項設計內容主要是指水塔、清水池的容積和高程，具體參數需要依據泵站的工作曲線來分析得出。這些內容涉及到配水與輸水構筑物之間的水流量、水管壓力以及水質情況，是確保水源輸送安全的重要內容。

1.3 管網水流量

水流量的設計關系到管網作用發揮的根本性效果。合適的水流量不僅能夠保證城市供水管網的正常運行，滿足用戶的用水需求，也是最大化的節約水資源、確保水資源得到合理分配的重要條件。因此，在管網設計中，應當通過多方面元素的控制和規劃，對管網的水流量進行針對性地控制。提升控制工作的力度，通過多方面的基礎設計工作提高水流量控制的有效性，為不同區域管網設計的實踐應用效果提供保障[2]。在設計管網水流量時，需要收集管網沿線的流量以及集中流量，然后綜合分析并計算得出設計標準參數。具體的計算辦法是統計管道的水流量以及水頭損失，同時根據所用管道材質的不同以及主水管線的定線計劃，綜合進行平差計算。精準的管網水力參數是城市內用水需求和管網安全順利運行重要保障。

1.4 供水量

供水量需要結合不同區域的需求進行合理的規劃，一方面要考慮及時充足地供水，另一方面也要考慮資源節約的問題。針對供水量的規劃不僅要考慮水資源的分布，區域實際情況也要關注，才能使管網設計達到最便捷最快捷地完成供水任務的效果，對于用戶來說能夠便捷的享受水資源帶來的舒適和方便，這也是其追求的主要目標。作為管道設計人員應當本著人性化的思路和方法，在管道設計中融入科學的思路和創新的技術，通過管道的合理設計，促使供水量能夠結合不同的區域環境特征以及現實需求，實現靈活的調配和應用。每天不同時段居民生活用水需求都不同，不同季節和氣溫條件下人們的用水需求也不同，在進行城市供水管網的供水量設計時，要總結以往不同條件下的用水規律，同時結合周邊建筑物或其他用水設施對于水資源的需求量來合理設計供水量，避免造成水資源的浪費。

2 優化設計原則

2.1 合理分布的原則

宏觀上的合理布局是確保在實踐中發揮環節穩定性和有效性的基礎條件，合理的整體布局也能夠最大化地節約設計環節的資源素材利用。通過科學的計算和有效的規劃提升管網設計的合理性，從宏觀布局上對管網設計的效果進行控制，是城市供水管道網絡設計規劃中應當關注的重點內容。合理的設計供水管網的走向分布是城市供水管網設計中應當首先遵守的原則，它是供水管網系統正常運行并滿足人們用水需求的重要保障，也是節約成本并為后期保養維護提供方便的重要基礎。另外還需要考慮到城市供水管網需要覆蓋全城，在施工過程中會面臨各種復雜的地質條件及各種地下管線，施工難度大，所需資金多，安全風險大。考慮到以上城市供水管網施工情況及需求，在進行管網設計時要對管網的分布位置進行合理布局，同時綜合考慮地質條件和環境因素的影響，對施工中可能會遇到的施工技術應用難題和安全問題提前設計預防措施或解決辦法。制定供水管網運行過程中緊急情況的應急預案，預留檢修口，以便及時維修并解決問題，避免供水管網以及用戶損失的擴大。

2.2 管網定線原則

宏觀上的定線要把握住良好的基本原則，既要保證科學性和規范性，又要保證現代技術和設計理念合理地融入其中，這是定線設計在現代社會背景下需要遵循的基本原則，也是定線設計技術水平提升和優化的一個典型表現。管網定線原則是指要合理確定管網的主管和支管，盡可能地設計管道沿道路進行鋪設，避免過多地穿越障礙物進行施工，減少施工過程中的資金投入和施工難度。另外在供水管網主管和支管定線過程中，應當保證供水公司出發的最低有兩條的出水管，避免因出水管問題而影響水源供應。同時在管網定線時還必須結合政府對于當地城市未來的規劃，保證供水管網符合規劃要求，延長使用年限，不必因與規劃不同而必須反復修改施工，不僅影響供水管網的正常運行，還浪費資源、人力和物力。

2.3 其他

第一，供水管網的設計必須要有針對性的解決問題。解決實際問題是管網設計與布置的根本目標，若能夠通過合理的管網規劃和設計，使得用戶所獲得的供水效果和質量得到提升，則管網設計的根本性作用就能得到有效的發揮。另外從管網設計的有效性角度上來講，設計工作的開展若無法解決實際的問題，則意味著設計的功能和效果也未能得到有效的發揮，因此在基礎的設計工作開展中，還需要重視對針對性問題的解決效果。同一城區的不同區域所要解決的管網施工以及用水問題各不相同，因此必須要針對不同地區的問題有區別地制定相應的解決方案，而不能一概而論，一套方案不能適用全城的供水管網施工。第二，經濟效益原則。在進行城市供水管網設計時，要在保證管網合理、安全運行并且能夠滿足居民生產生活用水的同時，考慮投資與管網運行的經濟效益性，不僅要盡可能地將工程造價控制在最低限額內，還要保證管網運行過程中能夠合理地節約水資源，實現效益最大化。

3 優化設計方案

3.1 管線設計優化

方案的制定與針對性材料的收集和整理有直接的關系，為了確保管線設計的方案能夠具備一定的實用性，需要從設計工作的開展環節入手，結合現階段的實際情況和現有的資源條件做好管線的設計和優化工作。在具體的設計優化工作落實中，需要相關技術人員結合實際做好前期的準備工作，力求提升管線設計的有效性和針對性。在進行城市管網的設計之前，必須要對現場進行實地勘察，如果定線圖與實際勘測數據存在誤差，則必須對定線圖進行修改。在管線設計時需要注意的是舊供水管網系統的改造問題，在設計時必須保證管位之間的距離超過1.5米，避免管道之間的相互影響。但隨著當前技術不斷進步，管道的材質質量也不斷提高，減少了管道相互之間的不良影響，因此可以根據實際情況適當減少間距。對于新設計的供水管網，要注意做好預留，并對相關情況做書面記錄，同時畫好標準圖并在圖紙上做好標記。

對供水管道進行豎向設計時，需要注意以下幾點：第一，注意管線的分布位置，盡可能減少管道的受壓情況，管道若受到壓迫，不僅會影響其正常作用的發揮，壓迫的時間過長時，管道本身還有可能出現損傷或功能發揮異常的現象，這都會影響管道的實際應用效果。同時，還要確保管線在受到外力擠壓時不會出現斷裂、縫隙等問題，影響管道的正常使用;第二，在設計時要考慮管道的使用環境，不同類型的環境對管道使用的效果會產生相應的影響。例如，外部的溫度因素，濕度因素等都是影響管道應用效果的關鍵性因素。在現階段的實踐應用中，供水管道的設計受到外部環境因素的影響仍然比較顯著，因此在設計工作的開展中，還應當對這部分因素給予充分的重視。如在溫度較低天氣寒冷的地區，要對管道采取保暖措施，避免管道里的水凍結，無法正常使用;第三，針對不同的埋管深度配備相應的管線材質，因為不同的管道材質能夠承受的最大壓力也不同。在進行住宅區的供水管網設計時，也要注意以下幾方面：第一，要結合住宅樓的分布情況合理設計管線分布走向，在方便居民用水的同時注意保持住宅樓的外觀整潔美觀，杜絕混亂;第二，要方便管道的后期維護工作，預留檢修通道;第三，要保證設計方案可以被實際操作，而不能設計得使管道雖功能齊全卻無法進行施工。

3.2 管網優化設計

整體管道網絡的優化設計是符合現階段城市供水管網發展與建設要求的關鍵設計環節，在城市供水管網的規劃設計中，結合實際的規劃發展規模以及供水量，需要針對整體的管網發展和設計效果進行針對性的把握和控制。作為設計人員，一方面要考慮網絡化設計中各個區域管道的布局狀態，更需要同步考慮整個管道網絡在實際應用中的順暢性，通過科學的布局和全面系統的優化設計，為管網的整體運行狀態提供保障。在管線的布局走向設計完成后，要對管徑、水流量等參數進行優化設計，對管網的供水流量進行合理配置。在確定這些參數時，必須要結合現場的環境以及區域內的用水需求進行綜合分析確定，保證不同地區不同壓力范圍內的供水能力。在進行管網優化設計時，較為常用的算法是遺傳算法，這種算法適用于中小型管線的設計。針對在某一時段用水量比較集中的情況，可以相應設計為直接式的管網，相應緩解這一時段的用水壓力，滿足用戶的集中用水需求。

3.3 給水管網的優化設計

1.確保水資源供應持續、穩定，且線路長度最短、土石方施工量最小，有效的降低成本，盡量不要占用普通農田，維護管理更加便捷。

2.確定合適的管線方向，如果現場條件適宜，最好可以沿著道路的走向敷設施工，保證管道施工與維護更加的方便。

3.輸水管道盡量不要穿越河谷、鐵路、沼澤等地質不良的地帶，也不能穿越易發洪水的區域，如果不得不穿越這些地區，應該加強保護管理，確保輸水安全性合格。

4.線路選擇過程中，有效利用地形條件，可以采用重力輸水或者部分重力輸水的方式，提高輸水效果。

5.輸水管線的數量，一般是單線或者雙線形式，結合管道重要性、流量等方面要素，確定合適的數量。如果可以間斷供水或者水源的數量較多，通常可以布置一條輸水管線。如果不能間斷供水，要設置兩條管線，也可以用一條管線加貯水池的方式，以保證水資源供應正常化。

6.在選擇兩條輸水管線的情況下，為了防止管線損壞而導致輸水量無法得到保證，應該保證管線之間是連通的，并且布置閥門設施。連通管道直徑和輸水管線是相同的，也可以小20%左右，確保某個管道出現故障問題后，依然可以有70%的供水流量可以使用。輸水管道和連通的管道之間需要設置閥門部件，避免出現故障后影響范圍過大。供水可靠性要求較低時，可以減少閥門數量。

7.輸水管的最小坡度應大于1.5D（D為管徑，以mm計）。管線坡度小于1：1000時，應每隔0.5～1km在最高點的位置上需要設置排氣閥，以確保內部的空氣能夠及時地排出去，或者在輔水管放空時引入空氣。輸水管線如果分布在比較低洼的位置上，需要安裝泄水閥、泄水管，直接和河道或者低洼比較低的部位上連通，以確保能及時排出。

8.管線埋深要從荷載、冰凍深度方面出發進行，保證管道運行的安全性。在輸水管線的設置環節中，有些情況下無法避免上述問題，要從技術、經濟方面出發考慮，確定最佳設計方案，提高管線運行效果。

3.4 配水管網設計

配水管網也是管網內必不可少的組成部分，將輸水管線傳輸過來的水直接分配到其他管道系統內。在該管網中，因為線路的作用有很大差異，管徑也不同，所以把管線分為干管、分配管、接戶管三種類型。干管是將水廠的水傳輸到各個用水區域內，管徑超過100mm，如果城市用水量大且人口密集，直徑要增加到200mm以上。

4 結語

水是人們正常生產和生活中必不可少的資源，而在城市內傳統的用水方式并不適合，因此必須進行城市供水管網系統的設計和修建，以滿足人們的用水需求。而為了在滿足人們用水需求的基礎上，保證能夠合理地調配、利用水資源，并保證管網運行的順利、安全，同時節約資金。因此，必須要對城市供水管網系統進行優化設計，以達到上述供水系統建設的目標。

參考文獻：

[1] 吳正高.城市給排水管網規劃及優化探析[J].中國高新技術企業，2015（09）：35-36.

[2] 趙媛媛，張克林.城市給水管網加壓泵房的規劃設計分析[J].中國科技縱橫，2016（19）：96.