市政供水管网建设中管网平差的应用及意义

罗春幸

在城市的建设中，市政供水管网是重要的项目之一，为了保证供水安全可靠，设计阶段需要将管网平差应用在其中。对此，本文将结合管网平差的应用实例，分析市政供水管网建设中，管网平差的应用及意义，以期为相关人员提供参考，优化市政供水管网的设计。

一、某经济开发区市政管网平差的应用实例分析

某经济开发区设计范围内自来水厂位于片区内地势较高点，地势总体东北较高，西南较低。自来水厂现状出水主干管管径为DN700，本工程需对片区内市政配套管网进行改扩建，配水管网根据国家规范、参照相关规划、结合当地现状并考虑道路纵向高程、路网建设顺序等进行布置，设计范围内给水管道沿道路敷设，形成环状。

1.管网计算的主要参数

管网计算之前应进行主要参数的准备，所掌握的基础数据越完备，建立的水力模型与工程实际就也吻合。某经济开发区的主要参数如下：

（1）设计范围内总需水量10万m3/d，其中某工厂约4万m3/d由专用管道供给（管网平差不进行考虑）；

（2）最不利点服务水头≥25m；

（3）日、时变化系数：Kd=1.3，Kh=1.3；

（4）清水池设计出水水位49.10m；

（5）消防用水量根据《建筑设计防火规范》，按开发区总体规划人口规模，远期水厂供水范围内同一时间内按2处着火点考虑，一次灭火用水量45L/s。消防压力按城区最不利点地面以上10m水柱考虑；

（6）最不利管段发生事故时，事故用水量按最高日最高时的流量的70%计。

2.管网平差的方法选用

在市政供水管网的建设中，管网平差的计算方式有很多，包括节点法、环方法、求解管段流量法等。其中，求解管段流量法的运用，存在很多未知数，而环方法在运算中所包含少量的未知数，但是在自动编程的过程中，大型管网的相关数据较多，所以存在很大的难度，在每一次进行管网平差之前，工作人员都应该分配初始流量，耗时较多且工作难度较大。相比之下，节点法在运行中，其所包含的未知数数量介于求解管段流量法、环方法之间，且对于市政供水管网的形状，没有相关的要求，可以实现对多水源的、枝状的、空间的管网进行精准的编程设计、呈现。同时，应用节点法可以在一定程度上减少工作量。本次实例中，管网平差采用节点法。

3.管网水力计算及布置

由于洋浦经济开发区内给水管网错综复杂，管径大可达到DN700，小到十几毫米，管道的相互连接关系多种多样，管段长短不一，所以管网水力模型必须在保证计算结果接近实际情况的前提下对管网进行一定的简化。

具体简化原则如下：

（1）管网水力模型中只保留管径在DN200以上（含DN200）的管段；

（2）省略过路管，给水管线仅按照在路口连通考虑；

（3）道路两侧管线不予以合并；

（4）管段相交的点，用水大户与市政管道的相交点均设为节点。

在管网简化后，根据各片区的用水情况，分区结合管长进行节点流量分配。分配中考虑部分大用户水量，其余按管长及周边用水情况分配至各节点。

配水管网按远期最高日最高时流量进行设计，并按最高日最高时流量加消防流量、最不利管段发生故障两种工况进行校核，管道的敷设分期分批逐步进行实施。

最高用水时管网平差计算

4.平差结果的处理

结合平差方程组的运算结果，工作人员需要对市政供水管网进行合理的处理优化。比如通过优化管网布置、合理调整供水系统划分、对局部流速偏低的管段，有条件时可适度调小管径，并进行核算后应满足供水需求。

某经济开发区供水范围内，给水管网布设成环状，南端局部供水压力略小于25m的节点目前已有自行加压措施，经管网水力平差计算及优化管网布置后，东片区地势较高且为远期扩容主要片区，考虑设置二级泵站加压供水，但东片区及南端局部片区加压的方式均不能对市政管网的压力造成损失。开发区内其他区域都能满足市政供水自由水头≥25m的要求。

最高日最高时流量加消防流量校核时，片区内最不利点服务水头仍≥10m。最不利管段发生故障时最高日最高时流量70%进行校核，仍能保证各节点的正常服务水头，亦能满足要求。

通过管网平差可采用直观的数据表现方式，将管网的运行实际呈现出来，从而为运行的调度工作提供有价值的依据。通常来说，在后处理的工作中，主要包含水力坡度显示、管网流速、管网等水压曲线的绘制、自由水头曲线等。通过等压线的内容，工作人员可以更加直观地发现供水管网运行的问题，如压力不足、水流方向等，掌握枝状管网、空间管网的关系，确定管网的相交状态，进而全面提高市政供水管网建设的顺利程度，并提高管网设计的科学性。所以，设计人员及工作人员非常有必要结合管网平差的结果，对供水管网建设的问题，进行有针对性的改正优化，保证供水管网能够更加稳定的运行，满足居民的用水需求。除此之外，工作人员还能够基于管网平差软件，通过不同的颜色对管道的水压、负荷进行表示，并划分不同区域的水源，同时以动画的方式模拟水管中水的流向。

总的来说，通过管网平差的软件运算结果，能够帮助设计人员优化建设方案，从而全面提高工作质量、效率。

二、市政供水管网建设中管网平差的意义

结合上文所述能够发现，将管网平差应用在市政供水管网的建设中，其具有重要的意义。实际上，常用的管网平差方式有很多种，如线性理论（Linear Theroy）法、 哈代·克罗斯（Hardy-cross）法、有限元（Finite-Element）法、牛顿·莱福逊（Newton-Raphson）法等。结合市政供水管网的实际，工作人员可以采用有针对性的方法，从而发挥其具体的作用。依据管网平差结果，有效地指导工程设计，各分区系统设置也更加趋于合理。通过管网平差的应用，可以在规划、设计过程中优化管网的布置，甚至还可以实现对市政供水管网施工工况的模拟，便于工作人员结合季度的用水需求，对供水管网进行合理的设计，以此来实现节约水资源的目的，保证供水管网建设的科学性。

同时，利用管网平差的方式，还能够为工作人员提供相应的风险预案，包括管道爆裂、阀门关闭、施工风险、漏水事故等，进而满足供水管网建设的相关需求。基于管网平差，工作人员还能够及时发现漏水位置，便于及时对其进行处理，减少水资源的浪费现象，并提高供水的稳定性，满足城市居民生产、生活的需求。

简言之，在市政供水管网建设中，应用管网平差可以进一步优化建设方案，有针对性地预防可能出现的问题、风险等，从而提高市政供水管网建设效率。

三、结语

综上所述，在市政供水管网的建设中，管网平差的应用有着相关的流程、要求，只有将其贯彻在建设中，才能够发挥管网平差的作用。对此，工作人员需要结合市政供水管网工程的实际，利用管网平差进行合理的设计、规划，从而全面提高管网建设的合理性。因此，结合本文的分析，将管网平差应用在市政供水管网的建设中，具有较强的可行性和指导性意义。