市政給水管網設計中輸水方式的選擇及管網分區

引言
經濟的發展必然帶動城市的進步，帶動人們生活水平的提升。作為城市發展中非常關鍵的一項基礎設施，城市給水管網的建設在最近幾年非常受人們的關注。在具體開展給水管網設計工作的時候，設計人員要結合項目的具體情況展開全方位的分析，在確保運作穩定的前提之下，選取正確的輸水措施，確保管線的布局合理，以此來確保給水管網運行穩定，最終實現節能目的。

1 市政給水系統輸水模式的設計
1.1 輸水方式類別
最常見的輸水方式包括三大類別，一是重力輸水、二是壓力輸水、三是前兩者結合的重壓輸水。下面簡述幾種模式的概念及原理。重力輸水是水源所在地和用水點之間存在高差，且高差能滿足用水點水壓要求。在輸水模式的設計中，應該根據當地的實際地形情況來確定是否選擇重力輸水方式。如果給水管網的所在地較為平緩，水源與用水點高差不能滿足水壓要求，或者水源所在地比用水點還要低時，建議設計為壓力輸水方式，這種情況之下，為了保證輸水管道中水壓過高，應該結合地形情況在中途增設一些加壓泵站，分級提升。在設計方案的確定中，應該通過對于各類數據的嚴格計算，來確定輸水管的類型和參數。若當地的地形復雜，則可以在設計時靈活運用重力與壓力，采用二者相互結合的方式。
1.2 輸水方式的選擇方法和原則
在選擇輸水措施的時候必須要秉承著“正確、合理和可行”的理念，一般情況下，給水系統設計對于輸水方式的選擇都要遵循一定原則，不管是重力輸水還是壓力輸水，選擇之前都要利用“Hp=Z2-Z1+h”公式來對所需的水壓進行計算，然后根據計算結果確定出適當、可行的輸水方式，保證給排水系統設計的合理性。

2 市政給水管網分區方案的確定
2.1 選擇區域系統階層數
在分區系統的劃分中，合理化進行配水是第一階層的功能，空壓減漏以及改壓體質是第二三階層的功能。現如今，兩階層的分區系統是我國現階段市政供水官網系統所采取的。通常情況下，供水分區的階層分類是由供水管網的資金以及規模大小來決定的，在對當地的實際情況進行考慮之后，需要對此進行分階段的實施。
2.2 區域規模的劃定
如果管網的設計已經能夠保證滿足用戶對于水壓的要求，則應重點考慮的問題還包括管網水壓的均衡問題，從而盡可能降低供水事故的發生，將漏失量保持在最低的限度，達到節能的目標，這就需要在設計中應盡量采用低壓供水的措施。通常在供水區域之內，其水壓值是能夠有效控制的，重點在于怎樣在管網的設計中確定具體的區域規模。筆者結合自己的設計經驗，建議在此階段首先應考慮該區域地形標高差，其次應考慮水頭損失，在此基礎上兼顧人口密度、進水點位置等諸多因素。在具體區域規模的劃定方面，也應充分顧及到工程的實際投資。分區之后則應重點計算管道流量，充分考慮到可能發生的漏失量。
2.3 方案中位置和進水點數目的確定
為了減少意外事故的發生，增加供水安全的可靠性，需要測定水壓和流量以進行控制，范圍是在進水點數目所控制的區域內。一般來說，單點進水的時候最有利于進水管的位置以及水壓控制點的確定。而多點進水主要適用于經常發生事故的多發地區的用水安全。如果進水點數目的設置是在一個范圍較小的區域的時候，需要經過多次的水力模擬實驗來得出進水點數目以及位置。
2.4 區域方案優化
當設計者作出對市政管網的分區方案，應對該方案的合理性進行充分的論證，論證應該遵循科學的原則，通過必要的模擬仿真，對方案的完善性進行評估，對給水管道的方案進行優化，對管道的閘斷、設施等方案進行逐條分析，使方案得到優化。市政管網規劃設計的優化計算方法目前逐漸成熟起來，傳統的閉環自動算法主要是針對管網設計的過程進行建模，而隨著市政管網的發展，有不少管網系統逐步趨向于非線性特征，有一些大型城市的管網呈現出完全的非線性，對這些過程進行數學建模難度較大，甚至無法建模。在這種情況下，傳統的閉環自動控制技術是難以進行精確仿真的。
本文推薦目前應用較為廣泛的遺傳算法，由于基于遺傳算法的管網仿真系統可以不需要數學模型的建立步驟，因此比較適合對一些復雜度較大的市政給排水管網進行分析和優化。遺傳算法的這個優勢使其越來越廣泛地應用于很多市政管線項目的優化中，并且逐漸發展成為一門相對獨立的學科。
把遺傳算法用于市政設計等大型工程的優化，并且取得了較為滿意的效果，模糊控制理論的潛力被激發出來。到了本世紀，日本的一些遺傳算法研究者提出了以模糊技術特有的不確定性來解決市政管網難以進行數學建模的問題，從而使遺傳算法的發展進入了一個新階段，同時也產生了不少有價值的應用實踐成果。

3 市政給水系統設計需要考慮的管網分區問題
給水系統設計中，管網分區方案的確定同樣要遵循合理、可行原則，筆者認為最好的管網分區方案是技術合理、建設費用和管理費用能實現最小化的方案。在費用方面，給水管網建設費用主要是管材及施工費用，還有部分為附加設備設施費用。管網建設中的管道費用取決于管材、管道數量以及市場價格，附加設備費用同樣如此。管理費用主要產生于泵站管理，這主要取決于水泵的揚程。管網建設想要做到經濟合理，只能從建設費用與管理費用兩個方面進行壓縮，盡可能的將總建設費用降至最低。不論是對管網的分區工作亦或是設計工作來講，當我們開展設計工作的時候必須考慮兩點內容。第一點也是非常關鍵的一個要素，即技術要素。其次是管線建設所需的資金方面的問題。對于技術來講，當前時期，必須要強化施工管控的力度，確保所有的工序都能夠順暢的開展。要適當的學習國外的優秀設計思想和設計工藝，確保管線的分區方案有較高的存在價值。對于資金來講，可以通過壓縮建設費用、管理費用來確保管網分區的經濟合理，切實降低市政給排水管網工程的造價成本。
4 結論
總而言之，在選擇市政給水系統輸水方式的時候，不但要考慮當地的實際情況，還要結合一定的經濟技術手段。如果是在經濟條件較好的地區進行長距離輸水的時候，除了要對重力輸水進行首要考量之外，還要綜合經濟以及技術等兩方面因素進行考慮，這是在選擇輸水方式時進行綜合考慮的。
而在設計給水管網分區的時候，最主要的是將給水管網的全年費用進行估算，這個可以利用模型來進行。之后要對比經濟技術，將給水管網的全年費用確定之后，然后對供水管網的分區進行規劃。