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给水管网管线优化布置理论研究
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内容提示：给水管网系统是一个有各种管道，泵站，水塔，调节阀等多种设施构成的输送水系统，通过系统的合理设计及运行管理可以节约大量工程投资、提高水厂的经济效益。但管网问题是很复杂的，管网布置、调节水池容积、泵站工作情况等都会影响技术经济指标。在进行技术经济计算之前，事先必须完成管网布置。
1.引言
给水管网系统是一个有各种管道，泵站，水塔，调节阀等多种设施构成的输送水系统，通过系统的合理设计及运行管理可以节约大量工程投资、提高水厂的经济效益。但管网问题是很复杂的，管网布置、调节水池容积、泵站工作情况等都会影响技术经济指标。在进行技术经济计算之前，事先必须完成管网布置。（参考《建筑中文网》）
2.城市给水管网的优化布置
2.1 管网布置
以往在市政给水系统建设中，给水管网建设的随意性较大，随着城市规划的不断完善，道路建设和管理逐步规范。有些等级的道路明文规定：在建成后若干年内不得开挖，这就要求管道敷设一定要有规划，且规划要有一定的准确性。加之企业的效益控制意识增强，管网规划也日益受到重视且逐渐成为供水规划的重要组成部分。
给水管网规划、定线是管网设计的初始阶段，其布置的合理与否直接关系到供水运行的合理与否及水泵扬程的设置，对工程投资和管理维护也有很大影响；管网规划与布置是管道系统规划中的关键部分，管网工程投资巨大，一般占管道系统总投资的60%～80%，管线埋藏于地下，从而使资金浪费、供水不合理等问题不易曝露，存在的隐患较多。因此，为了彻底消除这些不合理因素，必须在管网规划和设计阶段进行合理的规划和优化设计，并进行系统的现状、近期和远期的水力模拟校核以期能达到设计最优化的目的。对城市给水管网布置要满足以下基本要求：
①应符合城市总体规划的要求，布置管网时应考虑给水系统分期建设的可能性，并留有充分的发展余地；
②管网应布置在整个供水区域内，在技术上要使用户有足够的水量和水压；
③管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生故障时，断水范围应减到最小；
④力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。
对于地形较为平坦的城市，管网的规划和布置相对来说要简单的多。但是，对于地形高差偏大的城市，若采用统一供水，会使环状网的平差难度增大，由于管网各部分地面标高相差太大，容易造成低区管内压力过高，发生爆管及管件损坏；而高区则会出现管网压力不足，甚至不能将水供至最不利点。若采用分区供水，会涉及到如何制定分区的界限，各区之间水量如何统一协调，平差很难收敛等问题，这也是在进行给水管网布置时所要考虑的。对于供水发展历史较长的城市，考虑编制管网规划时，可将城市管网分成新城区管网和旧城区管网改造两个部分。
2.2 管网定线
管网定线取决于城市平面布置，供水区的地形，水源和调节水池位置，街区和用户特别是大用户的分布以及河流、铁路、桥梁等的位置等。所以，管网定线时需要考虑的要点如下：
1） 输水管定线：
①线路简短，保证供水安全，造价经济，尽可能沿公路敷设，少占农田，不占良田。
②尽可能避免穿越铁路、公路、河流、沼泽、山谷等障碍物。
③输水管的走向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。
④输水管尽可能充分利用地形条件，优先选择重力流输水。
⑤不得间断供水工程，输水管要设两条或两条以上。
⑥输水管应有一定的坡度，在输水管的高处要设排气阀，在低的地方设泄水阀。
⑦输水管的选择应考虑远近结合，分期结合。
2） 干管定线：
①干管的布置要考虑水源、水塔等位置，应符合城市路网规划要求，沿原有道路和规划道路敷设。
②干管尽可能地布置在较高的位置，保证对附近用户配水管中有足够压力，增加管道的供水安全性。
③干管的间距根据街区情况，采用500～800m，干管隔一定距离设横跨管，其间隔考虑在800～1000m左右。其作用是保证关闭一些阀门时，能够供水。
④在干管上充分考虑配水管的设置，留有接口。干管的布置也要考虑未来的发展，分期建设。在管线上要设附属设备，如闸阀（用来调节水量、检修），消火栓。⑤供水区范围应根据规划原则确定，并将管线合理分布于全供水区，尤其注意高、远、偏等缺水地区。
2.3 改扩建管网的管线布置
做好管线布置的方案比较是进行改扩建管网优化设计的关键。对改扩建管网的布置应尽量利用原有管道，增设新管道，以管网改造为主。抓住对管网改扩建的时机，有步骤地对低压缺水区进行改扩建，增设新管道或增大原有管道的管径，更换年久失修或过水断面明显缩小的管段，达到提高供水效率的目的，以及增强管网运行的安全可靠性。根据规划，结合原管网道路下埋有多种管线的实际情况，对管网进行改扩建时的管线布置要考虑以下几点：将原管道所在道路列入改造规划范围内或其附近平行方向有规划道路，设定沿规划道路敷设管道；原管道所在道路维持不变，但允许增设管道，设定沿原管道所在道路加设管道；既无规划道路，又不允许新增管道，只得考虑将原管道拆除，新建大管径管道；对扩建部分的管网，沿规划道路敷设管道，满足新建管网布置要求。 总之，配水管网的改造应按以下原则进行：
①摒弃原有的严重老化、漏损严重的管道，采用新管代替之；
②管网改造尽可能采用耐压性较好、抗腐蚀性较强的管道，以减少管道事故；
③管网改造应有利于降低运行成本，避免对水质造成二次污染；
④新管敷设尽量和原管道走向方面一致，以减少勘察和施工费用，并便于和已建管段衔接；
⑤新管敷设应和改造的街道走向一致；
⑥考虑远、近期管网的有机结合。
2.4 管网图形简化
对新建的给水管网适当加以简化，保留主要的干管，略去一些次要的、水力条件影响较小的管线，使简化后的管网基本上能反映实际用水情况，保证用户的用水量和水压，使城市配水系统能够优化运行。但是对管网的不适当简化将会使计算结果和实际用水情况差别增大，造成部分供水区域压力过低，部分供水区域压力过高，甚至造成投资和运行的浪费。为了防止城市管网中某个区域压力过高或压力偏低，使整个系统的投资和运行达到最佳状态，必须合理简化管网中的管线。所以管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前提下，对管线进行的简化。管网简化的方法如下：
①管线省略的原则是，通常情况下，管径的大小与管线在供配水中的作用和水力条件的影响成正比。根据管网内用水人口和用水标准的分布，逐步去掉不影响管网的水力计算的支管或管线，但需要人为地判断管线对管网工作的影响程度（如干线间的小连通管等），且不可避免地产生计算误差，尤其对于构成环的小管径的管线很难省略。在管网中省去一条管线（其不分担流量）后，严格地说会影响整个管网的水力条件，对所省略管线四周的管线水力条件影响最大。管线省略后对水头损失的影响与管线在管网中的位置、管径、管长、将要省略的管线数和四周管线中的流量等因素有关。但是，若布置的支管末端是大用户用水，以及容易发生火灾的地方特别是在一条支管的末端，则这样的管线不能轻易被省略掉。原因是为了核算所定的管径和水泵能否满足消防时的流量和水压要求。
②管线的合并在理论上可以得到精确的计算结果，在大中城市的给管网中，有30%的管线可以做此简化处理。当两条管线距离越近，因合并而产生的水头损失影响越小。此外，平行管线合并和管线省略需要考虑对其四周管线的处理。
③可以分解的管网数少且至多由两条管线连接时，如管线的流向和流量易于确定，则可以将连接的管线断开，将一个管网分解为两个独立的管网，对两个管网分别单独计算。而我国大多数管网成环布置，一个供水区域与外部管网多处连接，此方法一般亦难以实现。
④对于供水规模较大的城市，许多市政道路下的给水管线都不只一条，通常位于道路的两侧，相互间通过过路管道连接，这些过路管管径通常与主干管管径相同或相近，长度较小，对道路两侧管线的水力条件基本不造成影响，过路管两端的水力参数基本相同，所以可将这种管段作为一个节。
3.结束语
管网规划与布置是管道系统规划中的关键部分管线埋藏于地下，容易使资金浪费、供水不合理等问题不易曝露，进而存在的隐患较多。因此，为了彻底消除这些不合理因素，必须在管网规划和设计阶段进行合理的规划和优化设计，并进行系统的现状、近期和远期的水力模拟校核以期能达到设计最优化的目的。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/11862.htm
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