摘要：管网布置与优化设计是一个复杂的优化问题。文章针对优化设计涉及到的各个方面进行了论述，并对一些具体内容进行了探讨，对某给水系统进行合理的规划和优化设计，以期能达到设计最优化的目的。
关键词：给水管网;规划;优化设计;输水管
一、城市给水管网布置原则
做好管线布置的方案比较是进行新建、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。抓住管网改造的时机，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，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应按以下原则进行：一是摒弃原有的严重老化、漏损的管道，采用新管代替；二是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；三是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；四是新管敷设尽量和原管道走向一致，以减少勘察和施工费用，同时便于和已建管段衔接；五是新管敷设应和改造的街道走向一致；六是考虑远、近期管网的有机结合。
二、给水管网的优化布置
（一）给水管网布置
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。随着城市的发展，作为城市基础设施的供水事业的发展将日益显现其重要的作用。而在供水发展规划中管网规划的科学性日益重要，需要在规划的制定过程中不断探索，使管网布局更合理。所以，在进行城市管网布置时，除满足基本要求之外，还应充分考虑地形及地质情况采用统一供水或采用分区分压供水，在管网中可设置加压泵站及高地水池，优选重力流输配水以节能。
（二）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输水管定线与干管定线的设计。
（三）改扩建管网的现状
随着我国给水事业的迅速发展，各地城市给水管网均具规模，城市给水管网在其新建成的一定时期内，其供水能力是可以满足用户用水要求的。但随着人口增长和生活水平的提高，城市用水量急剧增长，给水管网供水能力逐渐不能适应用水量增长的需要。
（四）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。
三、给水管网的优化设计
城市给水管网是由大大小小的给水管道组成的，遍布整个城市的地下。根据给水管网在整个给水系统中的作用，可将它分为输水管和配水管网两部分。
（一）输水管设计
从水源到水厂或从水厂到配水管网的管线，因沿线一般不接用户管，主要起转输水量的作用，所以叫做输水管。有时，从配水管网接到个别大用户去的管线，因沿线一般不接用户管，所以，此管线也叫做输水管。因此，输水管有原水输水管和清水输水管之分，对输水管线选择与布置的要求
(1)应能保证供水不间断，尽量做到线路最短，土石方工程量最小，工程造价低，施工维护方便，少占或不占农田。
(2)管线走向，有条件时最好沿现有道路或规划道路敷设，以便于进行施工和管道维修。
(3)输水管应尽量避免穿越河谷、重要铁路、沼泽、工程地质不良的地段，以及有洪水淹没的地区；若无法避免时，必须采取有效措施，以保证管道能够安全输水。
(4)选择线路时，应充分利用地形，优先考虑重力流输水或部分重力流输水。
(5)输水管线的条数(即单线或双线)，应根据给水系统的重要性、输水量大小、分期建设的安排等因素，全面考虑确定。当允许间断供水或水源不只一个时，一般可以设一条输水管线；当不允许间断供水时，一般应设两条，或者设一条输水管，同时修建有相当容量的安全贮水池，以备输水管线发生故障时供水。
(6)当采用两条输水管线时，为避免输水管线因某段损坏而使输水量减少过多，需要在管线之间设连通管相互联系，并装设阀门。连通管直径可以与输水管相同或比输水管小20％～30％，以保证在任何一段输水管发生事故时，仍能通过70％的设计流量。在输水管和连通管上装设必要的阀门，以缩小发生事故时的断水范围。当供水可靠性要求较低时，阀门数可以适当减少。阀门应安放在阀门井内。
(7)输水管的最小坡度应大于1.5D(D为管径，以mm计)。管线坡度小于1：1000时，应每隔0．5～1km，在输水管线的最高点安装排气阀(管内无水时，能自动打开；管内有水时，能自动关闭)，以便及时排除管内空气，或在辅水管放空时引入空气；在输水管线的低洼处设置泄水阀及泄水管，泄水管接至河道或地势低洼处。
(8)管线埋深应考虑地面荷载情况和当地冰冻深度，防止管道被压坏或冻坏。
在输水管选线与布置时，有时上述要求难以同时满足，此时应进行技术经济比较，以确定最佳的输水管线和布置方案。
（二）配水管网设计
配水管网是将输水管线送来的水，配给城市用户的管道系统。在配水管网中，由于各管线所起的作用各不相同，因而其管径也各不相同，因此可将管线分为干管、分配管(或称配水管)、接户管(或称进户管)三类。干管的主要作用是输水至城市各用水地区，同时也为沿线用户供水，其管径均在lOOmm以上。大城市中，则在200mm以上。为简化起见，配水管网的布置和计算，通常只限于干管。分配管的主要作用是把干管输送来的水，配给接户管和消火栓。此类管线均敷设在每一条街道或工厂车间的前后道路下面，其管径均由消防流量来确定，一般不予计算。为了满足安装消防栓所需要的管径，以免在消防时管线水压下降过多，通常规定分配管的最小管径：中小城市采用100～150mm大城市采用150～200mm。接户管就是从分配管接到用户去的管线，其管径视用户用水的多少而定。
四、结语
给水工程建设中，输配水管网的投资占整个给水工程投资的60%、80%，而且还涉及每年庞大的能量消耗，同时管网的运行状态还影响着供水水质。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供水的目的，对提高供水系统的经济效益和社会效益有着重要的意义。
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