市政给水管网设计中输水方式的选择及管网分区

引言
经济的发展必然带动城市的进步，带动人们生活水平的提升。作为城市发展中非常关键的一项基础设施，城市给水管网的建设在最近几年非常受人们的关注。在具体开展给水管网设计工作的时候，设计人员要结合项目的具体情况展开全方位的分析，在确保运作稳定的前提之下，选取正确的输水措施，确保管线的布局合理，以此来确保给水管网运行稳定，最终实现节能目的。

1 市政给水系统输水模式的设计
1.1 输水方式类别
最常见的输水方式包括三大类别，一是重力输水、二是压力输水、三是前两者结合的重压输水。下面简述几种模式的概念及原理。重力输水是水源所在地和用水点之间存在高差，且高差能满足用水点水压要求。在输水模式的设计中，应该根据当地的实际地形情况来确定是否选择重力输水方式。如果给水管网的所在地较为平缓，水源与用水点高差不能满足水压要求，或者水源所在地比用水点还要低时，建议设计为压力输水方式，这种情况之下，为了保证输水管道中水压过高，应该结合地形情况在中途增设一些加压泵站，分级提升。在设计方案的确定中，应该通过对于各类数据的严格计算，来确定输水管的类型和参数。若当地的地形复杂，则可以在设计时灵活运用重力与压力，采用二者相互结合的方式。
1.2 输水方式的选择方法和原则
在选择输水措施的时候必须要秉承着“正确、合理和可行”的理念，一般情况下，给水系统设计对于输水方式的选择都要遵循一定原则，不管是重力输水还是压力输水，选择之前都要利用“Hp=Z2-Z1+h”公式来对所需的水压进行计算，然后根据计算结果确定出适当、可行的输水方式，保证给排水系统设计的合理性。

2 市政给水管网分区方案的确定
2.1 选择区域系统阶层数
在分区系统的划分中，合理化进行配水是第一阶层的功能，空压减漏以及改压体质是第二三阶层的功能。现如今，两阶层的分区系统是我国现阶段市政供水官网系统所采取的。通常情况下，供水分区的阶层分类是由供水管网的资金以及规模大小来决定的，在对当地的实际情况进行考虑之后，需要对此进行分阶段的实施。
2.2 区域规模的划定
如果管网的设计已经能够保证满足用户对于水压的要求，则应重点考虑的问题还包括管网水压的均衡问题，从而尽可能降低供水事故的发生，将漏失量保持在最低的限度，达到节能的目标，这就需要在设计中应尽量采用低压供水的措施。通常在供水区域之内，其水压值是能够有效控制的，重点在于怎样在管网的设计中确定具体的区域规模。笔者结合自己的设计经验，建议在此阶段首先应考虑该区域地形标高差，其次应考虑水头损失，在此基础上兼顾人口密度、进水点位置等诸多因素。在具体区域规模的划定方面，也应充分顾及到工程的实际投资。分区之后则应重点计算管道流量，充分考虑到可能发生的漏失量。
2.3 方案中位置和进水点数目的确定
为了减少意外事故的发生，增加供水安全的可靠性，需要测定水压和流量以进行控制，范围是在进水点数目所控制的区域内。一般来说，单点进水的时候最有利于进水管的位置以及水压控制点的确定。而多点进水主要适用于经常发生事故的多发地区的用水安全。如果进水点数目的设置是在一个范围较小的区域的时候，需要经过多次的水力模拟实验来得出进水点数目以及位置。
2.4 区域方案优化
当设计者作出对市政管网的分区方案，应对该方案的合理性进行充分的论证，论证应该遵循科学的原则，通过必要的模拟仿真，对方案的完善性进行评估，对给水管道的方案进行优化，对管道的闸断、设施等方案进行逐条分析，使方案得到优化。市政管网规划设计的优化计算方法目前逐渐成熟起来，传统的闭环自动算法主要是针对管网设计的过程进行建模，而随着市政管网的发展，有不少管网系统逐步趋向于非线性特征，有一些大型城市的管网呈现出完全的非线性，对这些过程进行数学建模难度较大，甚至无法建模。在这种情况下，传统的闭环自动控制技术是难以进行精确仿真的。
本文推荐目前应用较为广泛的遗传算法，由于基于遗传算法的管网仿真系统可以不需要数学模型的建立步骤，因此比较适合对一些复杂度较大的市政给排水管网进行分析和优化。遗传算法的这个优势使其越来越广泛地应用于很多市政管线项目的优化中，并且逐渐发展成为一门相对独立的学科。
把遗传算法用于市政设计等大型工程的优化，并且取得了较为满意的效果，模糊控制理论的潜力被激发出来。到了本世纪，日本的一些遗传算法研究者提出了以模糊技术特有的不确定性来解决市政管网难以进行数学建模的问题，从而使遗传算法的发展进入了一个新阶段，同时也产生了不少有价值的应用实践成果。

3 市政给水系统设计需要考虑的管网分区问题
给水系统设计中，管网分区方案的确定同样要遵循合理、可行原则，笔者认为最好的管网分区方案是技术合理、建设费用和管理费用能实现最小化的方案。在费用方面，给水管网建设费用主要是管材及施工费用，还有部分为附加设备设施费用。管网建设中的管道费用取决于管材、管道数量以及市场价格，附加设备费用同样如此。管理费用主要产生于泵站管理，这主要取决于水泵的扬程。管网建设想要做到经济合理，只能从建设费用与管理费用两个方面进行压缩，尽可能的将总建设费用降至最低。不论是对管网的分区工作亦或是设计工作来讲，当我们开展设计工作的时候必须考虑两点内容。第一点也是非常关键的一个要素，即技术要素。其次是管线建设所需的资金方面的问题。对于技术来讲，当前时期，必须要强化施工管控的力度，确保所有的工序都能够顺畅的开展。要适当的学习国外的优秀设计思想和设计工艺，确保管线的分区方案有较高的存在价值。对于资金来讲，可以通过压缩建设费用、管理费用来确保管网分区的经济合理，切实降低市政给排水管网工程的造价成本。
4 结论
总而言之，在选择市政给水系统输水方式的时候，不但要考虑当地的实际情况，还要结合一定的经济技术手段。如果是在经济条件较好的地区进行长距离输水的时候，除了要对重力输水进行首要考量之外，还要综合经济以及技术等两方面因素进行考虑，这是在选择输水方式时进行综合考虑的。
而在设计给水管网分区的时候，最主要的是将给水管网的全年费用进行估算，这个可以利用模型来进行。之后要对比经济技术，将给水管网的全年费用确定之后，然后对供水管网的分区进行规划。