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【摘 要】 本文主要从城市管网优化设计的任务与原则入手，针对城市管网设计存在的问题，并对城市管网及小区给水设计的优化措施进行了分析研究。
【关键词】 城市管网；小区给水设计
一、城市管网优化设计的概述
1、城市管网优化设计的任务
1.1管网优化布置。管网优化布置是管网优化设计的基础，管网布置是否合理，对于给水系统的安全可靠性以及技术经济合理性有着重要影响。在管网的优化布置过程中，要注意对于地形高差比较大的城市，要实施分区供水，还优化供水分区和方式，注重串联供水或并联加压供水方式的选择，还要设置加压站，将加压供水系统的运行费用降到最低。
1.2管径优化设计。管网中每个管段管径的尺寸，与管网系统布局以及该管段在管网系统中承担的任务息息相关，管径优化设计需要以管网优化布置为前提，采取管网优化模型进行。
2、城市管网优化设计原则
2.1要将未来城市发展的前景与给水系统建设相结合。优化设计应该将城市总体规划考虑在内，对于城市近、远期供水量和规划布局给水干管系统进行确定。
2.2優化设计要具有很强的针对性，针对城市给水网系统现状存在的主要问题进行解决。结合现状，进行城市给水调查工作，对管网及其运行中出现的问题做出详细深入的研究，采取措施加强问题的解决。
2.3以供水需求、保障管网运行安全可靠为基础，实施优化设计，最大程度节省投资、降低能耗，使其具有实际性和可操作性。
2.4重视对现状管道的合理利用和充分利用，避免大拆大建。
二、城市管网设计存在的问题
1、供水管网布局不合理。供水管网还停留在以前的规划控制中，并没有随着需求的改变而改变；随着经济、文化中心的调整，原本不发达的地域变成商业繁华、人口集中的区域增大，人们对生活用水的质量和要求逐步提高，使得水管网已经不适应当前的供水要求。
2、供水管漏耗严重。一些城市供水管网出现老化，老城区问题尤为突出，供水管网铺设时间大多在50年以上，管材质量差，长期超限运行，年久失修，老化严重，造成爆管以及各种形式的明漏、暗漏。这部分管网约占全部管网长度的6.2%，致使大多数城市供水管网漏损严重、爆漏事故多，一般城市自来水漏失率达到10%～30%，平均水平在24%左右，远远高于欧洲7%的漏损率。由于给水管网的输配水能力小于净化处理能力，管网超负荷送水，增加了能耗和漏耗。
3、供水效益亟待提高。城市管网系统是一个庞大复杂的“反应器”，经水厂处理合格的水，在管网中会发生一系列的物理、化学及生物反应而导致水质下降。由于天气的影响，供水压力过高、道路的施工措施欠妥、地下管道埋设过浅，抗重压能力较差等原因，导致管道因不堪重负而经常发生爆管现象。在满足社会需求和环境保护要求的前提下，必须尽量减少供水成本。电费在自来水成本中所占比例较大（一般为30%～40%），故降低电耗始终是贯彻节能方针、提高供水企业经济效益的重要环节。
三、城市管网设计优化设计的具体措施
1、加强城市管网的整体设计。调查和收集的城市供水、城市用水，水厂，管网等基本数据，建立供水管网结构的数据库。根据目标，进行供水管网系统的规划布局，建立了水力设计优化模型，实施操作模拟，发现网络操作系统的模拟存在的问题，对于管道网络转型的可行性进行分析。根据流水线操作模拟计算和分析的结果，分析和评估方案的技术、经济、安全、性能，以寻求最佳改造方案，以达到更好的综合效益。确定网络系统的改造范围，并制定科学的管网改造方案。结合城市供水现状中存在的问题，重点、合理安排供水管网项目有序开展新的供水管道，管道直径的现状调整和更换老化和漏管、扩张或增加泵站等。
2、布置给水管网系统，建立给水管网结构数据库。与小城市相比，一般情况下，大城市的城市建设区域占地的面积比较大，这样也导致不同的区域之间具有不同的地形高差，那么也会使得给水系统具有了复杂性，管网系统布置也具有多样性，另外，还要针对不同布局方案的技术经济进行对比分析，选择最优的管网布置方案。管网布局方案要将输配水干管考虑在内，但是如果是次要的、水力条件影响比较小的给水支管，那么就能将其忽略。布置输配水干管以及定线需要按照城市规划的布局、水源和调节池的位置、供水区地形地势以及大用户的分布，和河流、铁路、桥梁等位置实施合理确定。
3、建立给水管网优化设计模型。管网优化设计的数学模型主要是将经济性作为其目标函数，其他因素为约束条件，并按照这些数据建立目标函数以及约束条件的数学表达式。传统的城市给水管网优化属于造价单目标优化的内容，主要使用线性规划的模型，能够达到合理配置系统管段管径的目的。当前，给水管网优化设计大部分采用的是非线性规划模型，主要包括管网、泵站投资建设以及运行维修等费用，采用数学方法实施管网优化的计算，一定要在满足设定约束条件的前提下，求出最小化的目标函数，在最大程度上降低整个管网系统投资和相应的运行维修费用。
四、加强小区给水设计的具体措施
1、加强室内管道系统设计。为了确保对居民的供水不间断，也为了减少屋顶水箱的体积、向构筑物结构施加的重力及建设供水系统的成本，同样建议将屋顶水箱一分为二或将两水箱的生活出水管道联通及消防出水管道也联通，这样就使单个水箱的消防蓄水量减少了一半或更多，甚至都可以不用安装消防监视表来监视消防水箱。为了保证给水质量不受污染及对内外力作用力的考虑，要注意给水管道材质的选择，如多层建筑和多层公共建筑物可以选择使用有食品级环氧树脂内衬的镀锌钢管作为给水管道。而高层建筑的生活给水管道则要使用热镀锌衬塑钢管。控制好小区住宅内的给水立管的水流速度，使其保持在1m/s之内，与此同时按照每个楼层的户数合理安排供水立管的数量。另外，为避免抄读用户用水记录时弄错水表箱，应在表箱上明确标示用户的门牌号，且管廊井内的水表也要有清晰的用户标示挂牌，水表前后更应严格使用生料带的丝口连接。
2、加强室外管道系统设计。现时建设的住宅小区的规模都比较大，其中一般都设有人造水景或天然河道，这就给小区内给水管道的布置施工增加了一定的难度。为了降低给水管网穿越河道或水景的难度，可以先要求开发商和相关的小区规划设计部门对过河管线的布置进行探讨，然后根据他们给出的布置方案进行施工。若河道河床的深度小于1.5m，可以直接将套管埋设在河床底部，然后将水管线的PE管穿越套管。
为降低水区给水管线的损坏率，同时也为方便施工与维修，在铺设给水管网的时候需要注意以下几点：（1）尽量将小区的供水管线埋设在小区的绿化带、人行道下面，避开小区的车行道中间；（2）不能把小区的管线布置在小区范围外的市政规划范围内；（3）管线的布置不可以从私家花园及地下车库的进出口通道穿插过去；（4）注意给水管线上的覆土厚度，小区内一般的位置不得小于0.7m，小口径的管道覆土厚度可在0.5m以上，而穿越地下车库的给水管道上方的覆土厚度一定要在1.1m以上。
为避免给水管道在发生爆管漏水时不能及时准确的找到漏水管线而加大事故所造成的损失，在布置小区内的给水管线时要将各种压力及功能的供水管线以道路或建筑物隔离开来，从而能及时准确的找到漏水管线，再将其阀门迅速关闭。另外，给水管线在与其它公共管线并行布置时要保持净距离在0.5m以上，遇上特殊情况也不得小于0.3m；而在交叉布置时，净距离一般要大于0.3m，特殊情况下也要在0.15m以上，且最好还用木板将他们之间进行隔离保护。如果在布置时遇到雨水管和污水管，一般让污水管先布置，而与雨水管交叉处在取得建设单位的同意后可砌筑雨水井。
总之，城市管网及小区给水设计对于城市化建设的发展和进步有着重要作用，针对其存在的问题，采取相应措施具有重要意义，有助于促进城市给水工程的进一步发展。
参考文献：
[1]张海代.城市地下给水管网改造与优化设计[J].企业导报，2009，06：187-188.
[2]陈长斌.北方地区城市给水管网现状与优化设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013（01）.
[3]王丽，吕贤君.自来水管网管理经济创新[J].中国电子商务，2013（12）：131.
【关键词】 城市管网；小区给水设计
一、城市管网优化设计的概述
1、城市管网优化设计的任务
1.1管网优化布置。管网优化布置是管网优化设计的基础，管网布置是否合理，对于给水系统的安全可靠性以及技术经济合理性有着重要影响。在管网的优化布置过程中，要注意对于地形高差比较大的城市，要实施分区供水，还优化供水分区和方式，注重串联供水或并联加压供水方式的选择，还要设置加压站，将加压供水系统的运行费用降到最低。
1.2管径优化设计。管网中每个管段管径的尺寸，与管网系统布局以及该管段在管网系统中承担的任务息息相关，管径优化设计需要以管网优化布置为前提，采取管网优化模型进行。
2、城市管网优化设计原则
2.1要将未来城市发展的前景与给水系统建设相结合。优化设计应该将城市总体规划考虑在内，对于城市近、远期供水量和规划布局给水干管系统进行确定。
2.2優化设计要具有很强的针对性，针对城市给水网系统现状存在的主要问题进行解决。结合现状，进行城市给水调查工作，对管网及其运行中出现的问题做出详细深入的研究，采取措施加强问题的解决。
2.3以供水需求、保障管网运行安全可靠为基础，实施优化设计，最大程度节省投资、降低能耗，使其具有实际性和可操作性。
2.4重视对现状管道的合理利用和充分利用，避免大拆大建。
二、城市管网设计存在的问题
1、供水管网布局不合理。供水管网还停留在以前的规划控制中，并没有随着需求的改变而改变；随着经济、文化中心的调整，原本不发达的地域变成商业繁华、人口集中的区域增大，人们对生活用水的质量和要求逐步提高，使得水管网已经不适应当前的供水要求。
2、供水管漏耗严重。一些城市供水管网出现老化，老城区问题尤为突出，供水管网铺设时间大多在50年以上，管材质量差，长期超限运行，年久失修，老化严重，造成爆管以及各种形式的明漏、暗漏。这部分管网约占全部管网长度的6.2%，致使大多数城市供水管网漏损严重、爆漏事故多，一般城市自来水漏失率达到10%～30%，平均水平在24%左右，远远高于欧洲7%的漏损率。由于给水管网的输配水能力小于净化处理能力，管网超负荷送水，增加了能耗和漏耗。
3、供水效益亟待提高。城市管网系统是一个庞大复杂的“反应器”，经水厂处理合格的水，在管网中会发生一系列的物理、化学及生物反应而导致水质下降。由于天气的影响，供水压力过高、道路的施工措施欠妥、地下管道埋设过浅，抗重压能力较差等原因，导致管道因不堪重负而经常发生爆管现象。在满足社会需求和环境保护要求的前提下，必须尽量减少供水成本。电费在自来水成本中所占比例较大（一般为30%～40%），故降低电耗始终是贯彻节能方针、提高供水企业经济效益的重要环节。
三、城市管网设计优化设计的具体措施
1、加强城市管网的整体设计。调查和收集的城市供水、城市用水，水厂，管网等基本数据，建立供水管网结构的数据库。根据目标，进行供水管网系统的规划布局，建立了水力设计优化模型，实施操作模拟，发现网络操作系统的模拟存在的问题，对于管道网络转型的可行性进行分析。根据流水线操作模拟计算和分析的结果，分析和评估方案的技术、经济、安全、性能，以寻求最佳改造方案，以达到更好的综合效益。确定网络系统的改造范围，并制定科学的管网改造方案。结合城市供水现状中存在的问题，重点、合理安排供水管网项目有序开展新的供水管道，管道直径的现状调整和更换老化和漏管、扩张或增加泵站等。
2、布置给水管网系统，建立给水管网结构数据库。与小城市相比，一般情况下，大城市的城市建设区域占地的面积比较大，这样也导致不同的区域之间具有不同的地形高差，那么也会使得给水系统具有了复杂性，管网系统布置也具有多样性，另外，还要针对不同布局方案的技术经济进行对比分析，选择最优的管网布置方案。管网布局方案要将输配水干管考虑在内，但是如果是次要的、水力条件影响比较小的给水支管，那么就能将其忽略。布置输配水干管以及定线需要按照城市规划的布局、水源和调节池的位置、供水区地形地势以及大用户的分布，和河流、铁路、桥梁等位置实施合理确定。
3、建立给水管网优化设计模型。管网优化设计的数学模型主要是将经济性作为其目标函数，其他因素为约束条件，并按照这些数据建立目标函数以及约束条件的数学表达式。传统的城市给水管网优化属于造价单目标优化的内容，主要使用线性规划的模型，能够达到合理配置系统管段管径的目的。当前，给水管网优化设计大部分采用的是非线性规划模型，主要包括管网、泵站投资建设以及运行维修等费用，采用数学方法实施管网优化的计算，一定要在满足设定约束条件的前提下，求出最小化的目标函数，在最大程度上降低整个管网系统投资和相应的运行维修费用。
四、加强小区给水设计的具体措施
1、加强室内管道系统设计。为了确保对居民的供水不间断，也为了减少屋顶水箱的体积、向构筑物结构施加的重力及建设供水系统的成本，同样建议将屋顶水箱一分为二或将两水箱的生活出水管道联通及消防出水管道也联通，这样就使单个水箱的消防蓄水量减少了一半或更多，甚至都可以不用安装消防监视表来监视消防水箱。为了保证给水质量不受污染及对内外力作用力的考虑，要注意给水管道材质的选择，如多层建筑和多层公共建筑物可以选择使用有食品级环氧树脂内衬的镀锌钢管作为给水管道。而高层建筑的生活给水管道则要使用热镀锌衬塑钢管。控制好小区住宅内的给水立管的水流速度，使其保持在1m/s之内，与此同时按照每个楼层的户数合理安排供水立管的数量。另外，为避免抄读用户用水记录时弄错水表箱，应在表箱上明确标示用户的门牌号，且管廊井内的水表也要有清晰的用户标示挂牌，水表前后更应严格使用生料带的丝口连接。
2、加强室外管道系统设计。现时建设的住宅小区的规模都比较大，其中一般都设有人造水景或天然河道，这就给小区内给水管道的布置施工增加了一定的难度。为了降低给水管网穿越河道或水景的难度，可以先要求开发商和相关的小区规划设计部门对过河管线的布置进行探讨，然后根据他们给出的布置方案进行施工。若河道河床的深度小于1.5m，可以直接将套管埋设在河床底部，然后将水管线的PE管穿越套管。
为降低水区给水管线的损坏率，同时也为方便施工与维修，在铺设给水管网的时候需要注意以下几点：（1）尽量将小区的供水管线埋设在小区的绿化带、人行道下面，避开小区的车行道中间；（2）不能把小区的管线布置在小区范围外的市政规划范围内；（3）管线的布置不可以从私家花园及地下车库的进出口通道穿插过去；（4）注意给水管线上的覆土厚度，小区内一般的位置不得小于0.7m，小口径的管道覆土厚度可在0.5m以上，而穿越地下车库的给水管道上方的覆土厚度一定要在1.1m以上。
为避免给水管道在发生爆管漏水时不能及时准确的找到漏水管线而加大事故所造成的损失，在布置小区内的给水管线时要将各种压力及功能的供水管线以道路或建筑物隔离开来，从而能及时准确的找到漏水管线，再将其阀门迅速关闭。另外，给水管线在与其它公共管线并行布置时要保持净距离在0.5m以上，遇上特殊情况也不得小于0.3m；而在交叉布置时，净距离一般要大于0.3m，特殊情况下也要在0.15m以上，且最好还用木板将他们之间进行隔离保护。如果在布置时遇到雨水管和污水管，一般让污水管先布置，而与雨水管交叉处在取得建设单位的同意后可砌筑雨水井。
总之，城市管网及小区给水设计对于城市化建设的发展和进步有着重要作用，针对其存在的问题，采取相应措施具有重要意义，有助于促进城市给水工程的进一步发展。
参考文献：
[1]张海代.城市地下给水管网改造与优化设计[J].企业导报，2009，06：187-188.
[2]陈长斌.北方地区城市给水管网现状与优化设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013（01）.
[3]王丽，吕贤君.自来水管网管理经济创新[J].中国电子商务，2013（12）：131.