村镇供水管网优化设计

谢千津

（广东海纳工程管理咨询有限公司）

0 引言

随着中国城镇建设的不断推进，在城镇化进程中，很多村镇依靠经验值来进行输配水管网的直径、坡道等设计参数的设置，但是在复杂的工程下，实际的管网运行中，凭借简单的方案就确定好施工进程往往不能满足实际的需求，往往造成管道大量沉积物发生年久失修，以及供水差发生二次污染，严重影响用水人群的健康，因此要得到合理的供水电耗，并且将供水实现安全可靠，合理投资，降低管网的损耗，同时改善管网水质，就要对供水管网系统进行优化设计，以达到社会效益和经济效益双赢的目标，以给水管网优化的重要作用。

1 当前村镇供水管网设计的现状

1.1 论证供水管网设置

在进行给水输配水管网设置的时候，在各个节点上要保证节点中对于输配水管网中各个组成部分进行论证，得到最经济的设计方案。

1.1.1 系统优化方法需要改进

一般进行给水输配，系统的优化方需要进行给水收费水管网系统的优化设计，输配水管网的优化布置，以及管网的方案确定等，选择合适的水泵，扬程确定好管道的具体尺寸。在给水输配管网的优化调度上，通常采用的方式众多，其中树状管网系统布置，能够降低工程投资的同时，在用水量较大或地势较高的地区，做好水塔位置管网系统的布设等就可以了。

1.1.2 村镇水质水量情况复杂

村镇的水质水量差异大，这是由于未建灰水收集管（资金别用）：只接入黑水，水量小、浓度高（COD=1 000 mg/L，NH3-N=200 mg/L）；户内化粪池渗漏：黑水无法收集，仅有部分灰水进入收集管，水量小、浓度低；化粪池停留时间长：因污水量小于设计值，污水在化粪池内停留时间过长，碳源过度消耗，碳氮比失调；户内雨水进入收集管（天井明渠）：雨季水量大、浓度低；节假日用水人口增加：污水量大，导致污水处理设施溢流。

1.1.3 给水管网布设标准不明确

村镇的给水管网的布设，标准不明确、不健全：①镇级污水处理城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）；②村庄污水处理，尚无明确排放标准，已完成住建部《农村生活污水处理设施技术标准（报批稿）》；部分省市颁布了地方排放标准（北京、河北、山西、宁夏、浙江、上海等），各地对村庄污水的排放标准限值差异较大；③《农村生活污水处理设施技术标准（报批稿）》提出，排水管管径≥100 mm，坡度宜≥5‰，70 m以内或转弯处设置检查井，尚未颁布实施。

1.2 村镇给水管网布设资金不足

村镇往往水源处地面标高较高，一般采用重力流进行供水，但是容易造成初期的投资费用和后期的运营管理费用较高的问题。采用泵站加压的供水系统，又要考虑到用户用水量和泵站供水量的差异，因此采用达成水塔还是不搭设水塔的方式，需要进行实际的论证，尤其是在村镇这种地形相对复杂的情况下，进行给水管网的布设，需要考虑到投资费用以及官网布设的优越性科学性等。采用减压出水调节装置，还可以起到提高经济效益的目的。

2 村镇供水管网设计思路

2.1 注重供水管网设计规划

近年来，随着各地城镇化建设的不断加快，社会主义新农村的趋势投入了大量的人力物力财力。在自来水基础设施的建设和发展上，为了解决农村人口的饮水困难和供水不安定不安全问题，采用了村村供水自来水工程的基础设施建设，促进农村经济发展。在村镇供水上具有一定的特等特征。村镇的供水饮用水事业发展较为缓慢，地广人稀的情况下，山高坡陡条件恶劣，交通不便，给水系统修建难度较大，而水污染严重的情况也是值得注重的，供水规划之后，使得供水单位在耗能上较大，没有做过直接的水源处理，就直接饮用，会使人们的健康受到影响。

2.2 优化管网设计思路

在进行村镇供水的管网设计上一直是较为薄弱的环节，地形变化大，使得官网的沿线高差变化较大，因此在进行地势高处用水用户供水的时候，需要将地势低处的管网进行压力提高，令在村镇进行供水，用水量较小的情况，管网中流量昼夜变化大，管网运行安全性不足，爆管事故频发，给管网维护带来巨大的压力。因此在管网的设计上，从经验设计已经需要过渡到优化设计阶段，采用传统的方法，凭借经验进行大量格的设计，计算结果不准确，且过程繁琐。

研究人员必须根据复杂的问题进行相应的官网优化设计，例如：将神经网络模拟退火法，遗传算法等纳入到设计思路中，解决组合优化问题。目前对管网的配水管网优化设计，采用了NP类的组合优化设计方案，取得了很好的效果。

3 进行村镇管网设计案例

某村镇进行供水管网设计，首先要进行实地调研，收集资料，确定地区的地形用水定额变化系数等。采用调节装置的理论，对于供水管网进行设计理论分析，研究出装置结构，材料选取位置容积等，通过实践检验，对管网最终确定优化方案，最后进行经济效益的分析。

3.1 利用给水减压装置

在村镇的供水管道上，运用给水减压储水装置，作为供水管线的主要设计思路。该装置作用于调节主管网的最高时流量，在满足用水户对用水水量水压的要求下，能够减少工程的投资，提高供水的安全可靠性。装置主体包括了结构位置，选择容积大小以及装置数量。首先在结构设计上，考虑了减少中下游管道动静水压力。在设计的过程中选取了玻璃钢储水容器、导水管、活结浮球开关、进排水阀安全及卸空法等。这些装置具有统一的特点，就是能够减压。

3.2 减少中下游管道工程压力

在输水管网的设计过程中，根据水压减小，任意压力减少，从而达到减少中下游管道工程压力的目的，以降低工程造价。在解压出水调节装置的设计上，采用了有效削减管网用水高峰时的最高时流量的设计思路，将玻璃钢出水容器，接到需要减压的主管道上一侧连接到主管道一侧，连接到玻璃缸，出事有充气，穿过检修开孔，进入玻璃缸出事容器后，在侧边依次连接水位指示管，开启水力进水阀，向外排出内部冲水，直观地看到储水容器中的水位表。同时在内压力超过容器压力时，设计思路是：自动打开解压出水调节装置，确定科学的位置，根据村镇的水管网地形以及水户的位置，设置水户需要的水压值，管网延伸长度以及各类水库对供水的需求等，按照位置进行下游管网控制点的布设，确定储水装置安装的位置标高，考虑到地质条件和管线的缩短要求，进行相应的设计。根据给水管网布设在安装位置上满足标高要求，对于工程地质条件进行环境卫生的处理和管理地段的维护。

3.3 设置最高设计水位

减压出水调节装置容积的确定，是设置出最高设计水位，在工程有效容积的情况下，在设计中还考虑了给水管道的造价，对于PVC 给水管道的造价工是以最小二乘法原理进行了拟合得到的相关指数，考虑到了水管造价估计供值误差等，经过优化设计，采用动态管网优化模型，进行了管网优化，后年费用值的最小值的计算，得到建设管段造价年成本和管网年运行费用等。经过理论验证和实际施工中经验的总结分析，最终得到的村镇管网设计，安装了下游管网节点，自由水头将管段管径明显降低，满足了供水水压要求，折合管理费用，年投资达到最小目标，优化模型对减少投资的要求，增加供水效益。

4 结语

根据用水现取量和给水量曲线，求得相应的水量值。通过上述减压出水调节装置，对出水调节装置的设计和安装位置以及容积数量等进行了理论研究，从而得出村镇供水管网的设计优化方案。在某村镇进行供水管网的设计，就考虑到该区域的管网布置调节装置容积等情况。在设计内容上，选择了地势较高的地表水作为水源利用，重力自流进行供水。从供水区域全局出发，考虑到该村镇的地形水源分置规划等条件，进行相应的管网设计，最终得到管网设计方案，在交付使用之后，效果良好。