城市给水管网问题及优化设计

摘要：随着我国现有城市规模的日渐扩大，给水管网承担的为城市输送生活用水的任务也愈加繁重。近年来，城市生活水平不断提高，对给水管网的要求也在逐步提高，给水管网中所暴露的问题也在不断增多。科学合理地解决管网中供水安全性、管网布局、供水效益等诸多问题，成为改善城市居民日常生活的重要保证。因此，本文就城市给水管网为切入点，分析了现阶段城市给水管网存在的问题，探讨了城市给排水管网存在问题的解决措施，并对其城市给水管网设计要点及优化进行了阐述。

关键词：城市给水管网；问题；措施；优化设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、现阶段城市给水管网存在的问题

1、给水过程中水的安全性不高

随着社会日新月异的变化，居民的生活水平逐渐迈上了了一个新的台阶，对水质量的要求也到了一个新的高度。通过我们查阅资料和研究发现，影响水的安全性主要有两方面的原因：一是水在管网中滞留时间越长产生的水垢越多；二是管网中管壁生物膜对水质产生二次污染。水通过未经处理涂衬的金属管道和配件流动过程中，处于化学和电化学的作用，再加上滞留时间长，使得水在管网中化学与电化学反应时间越充分，越易对管内壁造成腐蚀，产生铁、锰、锌等金属锈蚀物，往往使沉积管道内壁形成水垢。

饮用水中C、N、P等营养元素含量低于污水处理系统，虽微生物生长发育和新陈代谢属于基质限制型，但是在这种贫营养状态下，微生物尽其所能利用每一个营养分子，尽可能多地吸收各种不同类型的营养基质，形成贫营养生物膜。而构成生物膜的菌种里存在条件致病菌，即使常规管网水样中未检出细菌和大肠杆菌，实际上管网中仍存在一定的微生物学风险。目前已经发现经水传播的病毒有100多种，其中脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）和甲肝病毒（HAV）是最为熟知的水源性病毒。水体通过生物膜再度产生细菌的同时，又为致病菌提供了有利的生存环境，致使生物膜中的微生物病原体对饮用者的健康造成了极大的威胁。

2、现今管网布局缺乏合理性、科学性

输配水管网是城市水系统的重要组成部分，它担负着把水安全可靠地输送到用户的任务，并要满足用户对水量、水压、水质的要求。但是现在供水管网系统配置不合理，缺少统一规划，能耗浪费现象比较严重。因此，对给水管网技术经济合理性进行研究，探讨如何对管网进行统一规划、合理布局、合理选择管径、布置泵站、以期达到降低投资，节约能量和保证安全给水的目的，对提高给水系统的经济效益和社会效益有重要的意义。

给水管网还停留在原有的规划控制中，没有综合分析需求的变化，或是看到了需求发生改变，没有及时地做出相应的改变，处在落后阶段。随着城市规模的扩大，城市中一些不发达的地区也逐渐成为商业街，对生活用水的质量要求不断提高，使管网处于超负荷工作状态中，也暴露出了原有设计缺乏长远性的缺点。

城市管网一直处于运行状态，其中相当一部分已经出现老化，有些老城区甚至50年都没有检修，加上材质质量较差，又超负荷运行，许多城市管道都出现了严重的漏耗现象。一些城市自来水由于供水管导致的漏损率已达到10%-30%，当前的平均水平高达24%左右的漏损率，这个数字要远远高于欧洲发达国家7%的漏损率，同时城市的管网又处于超负荷送水状态，进一步增加了不必要的能耗和漏耗。就目前的漏耗率来计算，相当于每年损失了5亿元人民币左右。

3、供水效益亟待提高

我们在考虑社会需求和环境保护的前提下，也要尽量减少供水成本。电费是供水成本中所占比例较大（一般为30%-40%）的一项，故降低电费是降低成本的重要措施。我们在计算供水成本的时候往往忽视了管网漏失，而事实上管网漏失也是影响供水企业经济效益的重要因素。因为管网要进行定期的检查与维修，这都需要一定的人力与物力，而近年来劳动力价格不断提高，劳动力成本也成为了供水成本中一个不可忽视的项目。

二、城市给排水管网存在问题的解决措施

1、给水过程中水安全性的提高措施

给水管网的材质直接影响水质的安全，要是管材表面不易形成水垢和生物膜，我们应选择抗化学物，抗腐蚀，不导电等良好特性的材质，例如不可塑的聚氯乙烯（UPVC）和中等浓度的聚乙烯（MDPE）。另外，水中余氯不足，藏匿于水中的颗粒物和生物膜内的细菌又会借机再起，造成水中细菌总数的增加，细菌的溶解性分泌物会加速管道的腐蚀。因此，在条件允许的情况下，要定期冲洗管网，降低细菌再生长的可能性。贫营养生物膜中细菌的生存环境是影响水质的重要因素，所以控制细菌生长环境能有效地改善水质。水利冲刷能解决流速过快给微生物带来的营养基质及流速过慢低余氯情况下的微生物再生长；水温不仅影响细菌生长率，还影响滞后期和细菌量，所以控制低温，在细菌达到生长优势前就流出配水系统，能降低细菌量。

2、加强管网布局的合理性、科学性

在今后的管网建设中，在满足设计年限内的供水规模和供水范围条件下，在布置中使各布置管线连成环，确保水的安全性，同时适当扩大管网的管径，为今后的发展预留一定空间。针对管网中漏耗率高的现象，应加强给水管网建设中工程质量管理的力度。加强对给水管网检查与维修的力度，注意对管道进行科学合理的养护，并及时更换出现问题的管道，能够有效地降低管道跑、冒、滴、漏现象的发生率，达到提高供水质量，降低水源的损耗。另外，采用先进的管理理念，对城市给水管网进行合理的监管，在不同区域安装压力探测器，及时检测到各个管网的水压，既保证给水管网的工作压力维持在一个恒定的范围之内。

3、提高供水效益的措施

给水管网应根据输配水的方向不同，将水尽可能按多种途径进行处理，如园林灌溉、洗车、冲厕等可以用二、三级城市污水回用水，因而减少供水工艺，从而到达提高供水效益与减少人力物力的目的。为了有效避免管网漏失的情况，我们应在易发生管漏的地方换用耐腐蚀的材质。此外，对管网定期维护要落到实处，不能敷衍了事。

三、城市给水管网设计要点及优化

1、城市给水管网设计要点

一般来说，许多城市的供水管网建设都滞后于城市水厂建设，在管径过小、布局凌乱、管网老化、管材较差等诸多问题，从而造成管道漏损严重，用户的供水压力和供水安全得不到保证。

在给水管网设计过程中，定线所用图至少是本市最近的实测1：500地形图，并且有必要时通过现场的踏勘来确定或修正。如果是改造工程，注意最理想的管位是和老管道的净距1．5m。在实际操作中，有些管道之间影响比较小，净距可酌情减少。如规范中规定热力管与给水管的水平净距为1．5m，而如今管材的质量提高后，根据实际情况也可以酌情减少两管道水平净距，而并不影响管道正常运行。设计人员应加强对管道基础、预留预埋、管径、标高等的标注和说明，给出尽可能多的标准图或详图，以避免不必要的损失。在竖向设计时，要按照以下原则进行合理布置，保证管线在荷载作用下不被压坏；在天气寒冷地区或是冬季，要保证管道介质不冻结，满足竖向规划要求，按照规范要求布置各个管线之间的垂直间距。值得注意的是，各个管材对压力的承受力是不一样的，设计最小覆土要根据所选择的管材实际情况而定。

当工程管线竖向之间发生矛盾时应遵行如下原则：支管避让干管：可弯曲管避让不可弯曲管；规划管线让现状管线；压力管避让重力管；管径小的管线避让管径大的管线。在设计过程中，这些原则也不是固定的，主要是根据实际情况而定，尽量减少不必要的损失和麻烦。在住宅区给水设计应注意：系统设计应充分结合物业管理需要；设计应考虑当地施工水平的因素：运用新产品应慎重，要深入了解其原理性能，掌握其优缺点，明确安装使用的注意事项等；注意其它专业对给排水设计的要求，如建筑构造、结构构件对管径、标高的限制。

2、城市给水管网优化设计

给水管网优化设计是在已定线下寻求管径与水力参数的最优化组合的解，目标是降低管网年费用折算值。城市输配水系统的合理设计、改建或扩建、运行，对于节约投资、节省电能，具有重要的经济意义。目前，输配水系统的合理改造、改建和调度、运行，以及它对降低成本、节省节能的显著经济效益，越来越受到重视。对给水管网优化设计的指导思想是，在已定的管网中，合理分配管网流量，或在分配流量的管网基础上，采用优化算法，优化管网(道)设计管径(尺寸)，或根据城市地形特点，优化组合和分布供水区域，采用不同压力范围供水，使整个系统的运行费用(动力费用)最低。在已有管网中进行合理调度，在满足用户用水量的基础上使供水压力满足较小服务水头，并使运行费用达到较低。

一般在解决中小型管道系统优化设计时，可以选择遗传算法求得最优化设计方案。综合地运用直接式管网叠压供水技术和无负压管网增压稳流给水设备，当市政供水管网水量充分，供水压力相对稳定时，可采用无负压管网增压稳流给水设备。用水非常集中、瞬时用水量过大的地方，则应使用直接式管网叠压供水，以减少峰值流量对管网造成的影响，保证无负压设备的正常工作。

结束语

总而言之，城市给水管网作为城市基础设施组成部分，时刻影响着居民正常生活，故必须加大对城市水管网现状的分析，了解其中的问题，并不断改善以提高城市供水效率，保障达到城市安全供水需求。

参考文献

[1]贺忆.给水管网直接优化设计方法研究[D].合肥工业大学.2013年

[2]孙现红,涂慧.给水管网现状及分析[J].科技致富向导.2013年