村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

謝千津

（廣東海納工程管理咨詢有限公司）

0 引言

隨著中國城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷推進，在城鎮(zhèn)化進程中，很多村鎮(zhèn)依靠經(jīng)驗值來進行輸配水管網(wǎng)的直徑、坡道等設(shè)計參數(shù)的設(shè)置，但是在復雜的工程下，實際的管網(wǎng)運行中，憑借簡單的方案就確定好施工進程往往不能滿足實際的需求，往往造成管道大量沉積物發(fā)生年久失修，以及供水差發(fā)生二次污染，嚴重影響用水人群的健康，因此要得到合理的供水電耗，并且將供水實現(xiàn)安全可靠，合理投資，降低管網(wǎng)的損耗，同時改善管網(wǎng)水質(zhì)，就要對供水管網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，以達到社會效益和經(jīng)濟效益雙贏的目標，以給水管網(wǎng)優(yōu)化的重要作用。

1 當前村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)設(shè)計的現(xiàn)狀

1.1 論證供水管網(wǎng)設(shè)置

在進行給水輸配水管網(wǎng)設(shè)置的時候，在各個節(jié)點上要保證節(jié)點中對于輸配水管網(wǎng)中各個組成部分進行論證，得到最經(jīng)濟的設(shè)計方案。

1.1.1 系統(tǒng)優(yōu)化方法需要改進

一般進行給水輸配，系統(tǒng)的優(yōu)化方需要進行給水收費水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，輸配水管網(wǎng)的優(yōu)化布置，以及管網(wǎng)的方案確定等，選擇合適的水泵，揚程確定好管道的具體尺寸。在給水輸配管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度上，通常采用的方式眾多，其中樹狀管網(wǎng)系統(tǒng)布置，能夠降低工程投資的同時，在用水量較大或地勢較高的地區(qū)，做好水塔位置管網(wǎng)系統(tǒng)的布設(shè)等就可以了。

1.1.2 村鎮(zhèn)水質(zhì)水量情況復雜

村鎮(zhèn)的水質(zhì)水量差異大，這是由于未建灰水收集管（資金別用）：只接入黑水，水量小、濃度高（COD=1 000 mg/L，NH3-N=200 mg/L）；戶內(nèi)化糞池滲漏：黑水無法收集，僅有部分灰水進入收集管，水量小、濃度低；化糞池停留時間長：因污水量小于設(shè)計值，污水在化糞池內(nèi)停留時間過長，碳源過度消耗，碳氮比失調(diào)；戶內(nèi)雨水進入收集管（天井明渠）：雨季水量大、濃度低；節(jié)假日用水人口增加：污水量大，導致污水處理設(shè)施溢流。

1.1.3 給水管網(wǎng)布設(shè)標準不明確

村鎮(zhèn)的給水管網(wǎng)的布設(shè)，標準不明確、不健全：①鎮(zhèn)級污水處理城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）；②村莊污水處理，尚無明確排放標準，已完成住建部《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標準（報批稿）》；部分省市頒布了地方排放標準（北京、河北、山西、寧夏、浙江、上海等），各地對村莊污水的排放標準限值差異較大；③《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標準（報批稿）》提出，排水管管徑≥100 mm，坡度宜≥5‰，70 m以內(nèi)或轉(zhuǎn)彎處設(shè)置檢查井，尚未頒布實施。

1.2 村鎮(zhèn)給水管網(wǎng)布設(shè)資金不足

村鎮(zhèn)往往水源處地面標高較高，一般采用重力流進行供水，但是容易造成初期的投資費用和后期的運營管理費用較高的問題。采用泵站加壓的供水系統(tǒng)，又要考慮到用戶用水量和泵站供水量的差異，因此采用達成水塔還是不搭設(shè)水塔的方式，需要進行實際的論證，尤其是在村鎮(zhèn)這種地形相對復雜的情況下，進行給水管網(wǎng)的布設(shè)，需要考慮到投資費用以及官網(wǎng)布設(shè)的優(yōu)越性科學性等。采用減壓出水調(diào)節(jié)裝置，還可以起到提高經(jīng)濟效益的目的。

2 村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)設(shè)計思路

2.1 注重供水管網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃

近年來，隨著各地城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷加快，社會主義新農(nóng)村的趨勢投入了大量的人力物力財力。在自來水基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展上，為了解決農(nóng)村人口的飲水困難和供水不安定不安全問題，采用了村村供水自來水工程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。在村鎮(zhèn)供水上具有一定的特等特征。村鎮(zhèn)的供水飲用水事業(yè)發(fā)展較為緩慢，地廣人稀的情況下，山高坡陡條件惡劣，交通不便，給水系統(tǒng)修建難度較大，而水污染嚴重的情況也是值得注重的，供水規(guī)劃之后，使得供水單位在耗能上較大，沒有做過直接的水源處理，就直接飲用，會使人們的健康受到影響。

2.2 優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計思路

在進行村鎮(zhèn)供水的管網(wǎng)設(shè)計上一直是較為薄弱的環(huán)節(jié)，地形變化大，使得官網(wǎng)的沿線高差變化較大，因此在進行地勢高處用水用戶供水的時候，需要將地勢低處的管網(wǎng)進行壓力提高，令在村鎮(zhèn)進行供水，用水量較小的情況，管網(wǎng)中流量晝夜變化大，管網(wǎng)運行安全性不足，爆管事故頻發(fā)，給管網(wǎng)維護帶來巨大的壓力。因此在管網(wǎng)的設(shè)計上，從經(jīng)驗設(shè)計已經(jīng)需要過渡到優(yōu)化設(shè)計階段，采用傳統(tǒng)的方法，憑借經(jīng)驗進行大量格的設(shè)計，計算結(jié)果不準確，且過程繁瑣。

研究人員必須根據(jù)復雜的問題進行相應(yīng)的官網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，例如：將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬退火法，遺傳算法等納入到設(shè)計思路中，解決組合優(yōu)化問題。目前對管網(wǎng)的配水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，采用了NP類的組合優(yōu)化設(shè)計方案，取得了很好的效果。

3 進行村鎮(zhèn)管網(wǎng)設(shè)計案例

某村鎮(zhèn)進行供水管網(wǎng)設(shè)計，首先要進行實地調(diào)研，收集資料，確定地區(qū)的地形用水定額變化系數(shù)等。采用調(diào)節(jié)裝置的理論，對于供水管網(wǎng)進行設(shè)計理論分析，研究出裝置結(jié)構(gòu)，材料選取位置容積等，通過實踐檢驗，對管網(wǎng)最終確定優(yōu)化方案，最后進行經(jīng)濟效益的分析。

3.1 利用給水減壓裝置

在村鎮(zhèn)的供水管道上，運用給水減壓儲水裝置，作為供水管線的主要設(shè)計思路。該裝置作用于調(diào)節(jié)主管網(wǎng)的最高時流量，在滿足用水戶對用水水量水壓的要求下，能夠減少工程的投資，提高供水的安全可靠性。裝置主體包括了結(jié)構(gòu)位置，選擇容積大小以及裝置數(shù)量。首先在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，考慮了減少中下游管道動靜水壓力。在設(shè)計的過程中選取了玻璃鋼儲水容器、導水管、活結(jié)浮球開關(guān)、進排水閥安全及卸空法等。這些裝置具有統(tǒng)一的特點，就是能夠減壓。

3.2 減少中下游管道工程壓力

在輸水管網(wǎng)的設(shè)計過程中，根據(jù)水壓減小，任意壓力減少，從而達到減少中下游管道工程壓力的目的，以降低工程造價。在解壓出水調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計上，采用了有效削減管網(wǎng)用水高峰時的最高時流量的設(shè)計思路，將玻璃鋼出水容器，接到需要減壓的主管道上一側(cè)連接到主管道一側(cè)，連接到玻璃缸，出事有充氣，穿過檢修開孔，進入玻璃缸出事容器后，在側(cè)邊依次連接水位指示管，開啟水力進水閥，向外排出內(nèi)部沖水，直觀地看到儲水容器中的水位表。同時在內(nèi)壓力超過容器壓力時，設(shè)計思路是：自動打開解壓出水調(diào)節(jié)裝置，確定科學的位置，根據(jù)村鎮(zhèn)的水管網(wǎng)地形以及水戶的位置，設(shè)置水戶需要的水壓值，管網(wǎng)延伸長度以及各類水庫對供水的需求等，按照位置進行下游管網(wǎng)控制點的布設(shè)，確定儲水裝置安裝的位置標高，考慮到地質(zhì)條件和管線的縮短要求，進行相應(yīng)的設(shè)計。根據(jù)給水管網(wǎng)布設(shè)在安裝位置上滿足標高要求，對于工程地質(zhì)條件進行環(huán)境衛(wèi)生的處理和管理地段的維護。

3.3 設(shè)置最高設(shè)計水位

減壓出水調(diào)節(jié)裝置容積的確定，是設(shè)置出最高設(shè)計水位，在工程有效容積的情況下，在設(shè)計中還考慮了給水管道的造價，對于PVC 給水管道的造價工是以最小二乘法原理進行了擬合得到的相關(guān)指數(shù)，考慮到了水管造價估計供值誤差等，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，采用動態(tài)管網(wǎng)優(yōu)化模型，進行了管網(wǎng)優(yōu)化，后年費用值的最小值的計算，得到建設(shè)管段造價年成本和管網(wǎng)年運行費用等。經(jīng)過理論驗證和實際施工中經(jīng)驗的總結(jié)分析，最終得到的村鎮(zhèn)管網(wǎng)設(shè)計，安裝了下游管網(wǎng)節(jié)點，自由水頭將管段管徑明顯降低，滿足了供水水壓要求，折合管理費用，年投資達到最小目標，優(yōu)化模型對減少投資的要求，增加供水效益。

4 結(jié)語

根據(jù)用水現(xiàn)取量和給水量曲線，求得相應(yīng)的水量值。通過上述減壓出水調(diào)節(jié)裝置，對出水調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計和安裝位置以及容積數(shù)量等進行了理論研究，從而得出村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的設(shè)計優(yōu)化方案。在某村鎮(zhèn)進行供水管網(wǎng)的設(shè)計，就考慮到該區(qū)域的管網(wǎng)布置調(diào)節(jié)裝置容積等情況。在設(shè)計內(nèi)容上，選擇了地勢較高的地表水作為水源利用，重力自流進行供水。從供水區(qū)域全局出發(fā)，考慮到該村鎮(zhèn)的地形水源分置規(guī)劃等條件，進行相應(yīng)的管網(wǎng)設(shè)計，最終得到管網(wǎng)設(shè)計方案，在交付使用之后，效果良好。