作為城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，給水管網(wǎng)需要大量資金投入，占到了整個(gè)供水工程建設(shè)投資比例的絕大部分。所以對(duì)給水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證用水安全性、可靠性的前提下，降低工程造價(jià)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。本文就市政給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，并就一些優(yōu)化設(shè)計(jì)作出簡(jiǎn)單介紹。
        關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)；評(píng)價(jià)體系；設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)；優(yōu)化設(shè)計(jì)
        給水管網(wǎng)直接溝通著供水廠與千家萬(wàn)戶，鋪設(shè)管線較長(zhǎng)，是城市供水系統(tǒng)中投資最高的建設(shè)部分，約占給水系統(tǒng)總成本的 50%-80%。因此科學(xué)合理的給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)城市發(fā)展，人們安居樂(lè)業(yè)具有非常重要的作用。科學(xué)合理的給水管網(wǎng)能夠保證服務(wù)范圍內(nèi)居民充足的用水、水壓，還能整體上降低節(jié)點(diǎn)水齡，減小管網(wǎng)漏失率，從而降低水廠制水成本、供水能耗[1]。
        1.市政給水管網(wǎng)規(guī)劃的意義
        伴隨著城市化水平的不斷提高，城市供水公司的規(guī)模也在不斷的壯大，但現(xiàn)實(shí)供水情況是仍然難以滿足群眾對(duì)用水的需求，特別是一些城市在用水高峰期還會(huì)出現(xiàn)停水的狀況。為了給城市居民提供優(yōu)質(zhì)、充足的用水，市政給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)必須要深入研究，不斷優(yōu)化，同時(shí)也對(duì)市政給水管網(wǎng)規(guī)劃人員提出了更高的要求，市政給水給水管網(wǎng)的規(guī)劃是整個(gè)城市供水體系的決定因素，良好的規(guī)劃有著非常大的必要性和意義：（1）它指導(dǎo)著后期的施工建設(shè)，其規(guī)劃的優(yōu)劣直接關(guān)系到城市居民和工業(yè)企業(yè)能否隨時(shí)隨刻的享受到健康優(yōu)質(zhì)的水資源服務(wù)。（2）好的規(guī)劃能滿足居民生活和工業(yè)生產(chǎn)的需要，提高對(duì)水資源的利用率，以及為國(guó)家節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。
        2.給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的的評(píng)價(jià)體系
        隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)的快的飛速發(fā)展，工程應(yīng)用中系統(tǒng)的組成要素越來(lái)越多，復(fù)雜性越來(lái)越高，給水管網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于其系統(tǒng)構(gòu)造、老化趨勢(shì)、疲勞程度、環(huán)境以及人為因素的影響，其健康狀況會(huì)逐步衰退。這就需要對(duì)給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，做到前期審核上的嚴(yán)格把關(guān)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。
        科學(xué)有效的評(píng)價(jià)體系要得到執(zhí)行，還需要建立嚴(yán)格的制度保障和正確的原則引導(dǎo)：（1）正確的故障排查。對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)最根本目的就是找到設(shè)計(jì)中的不足之處，要在前期就要考慮到以后給水管網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，例如供水中嚴(yán)重的漏失現(xiàn)象，地段的合理性等等，所有可能出現(xiàn)的問(wèn)題都要考慮進(jìn)去。（2）經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)目前大力倡導(dǎo)的“建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)”的理念，給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)體系要大力貫徹，設(shè)計(jì)之處要就要從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，做到節(jié)約資源，降低能耗。（3）可靠性。評(píng)價(jià)體系的建立要本著認(rèn)真可靠負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)要保證設(shè)計(jì)下的給水系統(tǒng)能在規(guī)定的使用狀態(tài)下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定功能的性能[2]。
        3.給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
        給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)城市的供水安全，更關(guān)系到居民的日常生活，所以對(duì)給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)要從多方面綜合考慮[3]。
        3.1給水管網(wǎng)管材設(shè)計(jì)
        給水管網(wǎng)管材設(shè)計(jì)包括管道材料的選擇和管型的確定。（1）管道材料的選擇上，由于科學(xué)技術(shù)的日益飛進(jìn)，在管道材料開(kāi)發(fā)方面也有著不小的進(jìn)步，所以對(duì)管道材料有著多方面的選擇，現(xiàn)階段我國(guó)給水管網(wǎng)實(shí)踐中主要用的是有鋼管和球墨鑄鐵管金屬管材，同時(shí)還有著非金屬管材種類(lèi)，比如目前技術(shù)相當(dāng)成熟的聚乙烯管和硬聚氯乙烯管，不過(guò)，給水管網(wǎng)是一個(gè)多變性和負(fù)責(zé)性的問(wèn)題，所以在管材選擇上要因地制宜，根據(jù)具體情況具體分析，充分發(fā)揮各種管材安全可靠和滿足使用要求。（2）管徑的確認(rèn)應(yīng)根據(jù)給水總體規(guī)和專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃圖確定。
        并適當(dāng)考慮現(xiàn)在用水情況及今后的發(fā)展情況。給水管徑的確認(rèn)要考慮多方面的情況，例如新舊城區(qū)的區(qū)別，給水流量在日月之中的變化，給水管線鋪設(shè)的長(zhǎng)短等等方面[4] [5]。
        3.2給水管接口設(shè)計(jì)
        作為市政給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要項(xiàng)目，市政給水管的接口也應(yīng)該在設(shè)計(jì)規(guī)劃考慮范圍內(nèi)，它主要包括剛性接口和柔性接口，還可以采用外側(cè)填料對(duì)接口進(jìn)行處理。不同的接口使用不同的地方，具有不同的優(yōu)勢(shì)。承插鑄鐵管的主要采取剛性接口的形式，往插口縫隙中填縫料才屬于剛性接口，現(xiàn)在基本都使用粘合力強(qiáng)的石棉水泥。

當(dāng)管道的內(nèi)壁為橡膠圈接口可做成坡形，可在管道口內(nèi)嵌入楔形橡膠圈來(lái)起密封作用，以避免漏水事故的發(fā)生，而橡膠圈接口就是一種柔性接口，工程實(shí)踐表明柔性接口抗震性能很好，而且可以大大提高施工的速度[6]。
        3.3市政給水管網(wǎng)的抗震性
        市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)之處要考慮到其抗震性，其原因是我國(guó)處于東太平洋地震板塊中，所以經(jīng)常會(huì)有不同程度的地震發(fā)生，地震對(duì)市政給水管網(wǎng)可能造成管道斷裂，使得水到處灑落而浸泡重要設(shè)備，給水管水量大的情況下還可能會(huì)出現(xiàn)水災(zāi)，市政給水管網(wǎng)的基礎(chǔ)坍塌還可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷亡現(xiàn)象的發(fā)生[7]。所以在設(shè)計(jì)進(jìn)行選址時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)地震斷段，應(yīng)在設(shè)計(jì)在地質(zhì)構(gòu)造和巖坡相對(duì)穩(wěn)定地帶，而且位于地震區(qū)的城市的水源不宜少于兩個(gè)。
        4.市政給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
        在城市給水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般采取以下方法和步驟：
        4.1與城市發(fā)展相結(jié)合
        與實(shí)際相結(jié)合就是要立足實(shí)際，充分了解城市的未來(lái)規(guī)劃，根據(jù)城市的發(fā)展進(jìn)度來(lái)合理的設(shè)計(jì)城市給水管網(wǎng)并合理確定近遠(yuǎn)期的供水范圍、城市用水量、供水水源及規(guī)模。
        4.2與城市地理環(huán)境結(jié)合
        在大城市中，由于所占有面積較大，不同的區(qū)域有可能就會(huì)出現(xiàn)不同的地址情況，所以在布局給水管網(wǎng)時(shí)要考慮城市的地理環(huán)境，并對(duì)不同的布局方案進(jìn)行比較，擇優(yōu)運(yùn)用。
        4.3建立給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
        模型的建立是為了更好滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，出發(fā)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性，但是，在現(xiàn)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要改變傳統(tǒng)的以工程造價(jià)為目標(biāo)的單一優(yōu)化模型，要多采用包含管網(wǎng)、泵站投資建設(shè)和運(yùn)行維修等費(fèi)用的非線性規(guī)劃模型。并通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算，從而使得整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)投資及相應(yīng)的運(yùn)行維修費(fèi)用最低。
        4.4選擇最優(yōu)計(jì)算法
        給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，目前國(guó)內(nèi)外主要有經(jīng)典優(yōu)化法、線性規(guī)劃法、界限流量法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、廣義簡(jiǎn)約梯度法、遺傳算法、優(yōu)選管徑法[8]，這些優(yōu)化方法各有利弊，要根據(jù)具體的工程來(lái)選擇。以下一有關(guān)一些重要算法的簡(jiǎn)單介紹：
        4.4.1生物進(jìn)化規(guī)劃和遺傳算法
        隨著生物工程的發(fā)展，遺傳算法已經(jīng)介入到工程領(lǐng)域，其主要在有泵管網(wǎng)、管網(wǎng)擴(kuò)建與改建等課題中也開(kāi)始有應(yīng)用，在給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中是一種策略枚舉法，以單工況，單水源的簡(jiǎn)單情況為例：第一步對(duì)工程中所限定的不同標(biāo)準(zhǔn)管徑進(jìn)行編碼，從而不同的管徑組合方案會(huì)形成不同的代碼串。第二步對(duì)每一個(gè)代碼串進(jìn)行解碼，由水利計(jì)算子程序求出該方案下管網(wǎng)水利特性[9]。第三步運(yùn)用遺傳算法對(duì)產(chǎn)生的初始方案進(jìn)行選擇、重組，進(jìn)一步產(chǎn)生新一代個(gè)體，然后仿照生物的進(jìn)化過(guò)程演化下去，最終得到滿足需要的最優(yōu)個(gè)體，解碼后即為該課題最優(yōu)方案。
        4.4.2直接優(yōu)化法
        直接優(yōu)化法是對(duì)方案和方案中的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的選擇計(jì)算并得到最優(yōu)結(jié)果。直接優(yōu)化法有利有弊，優(yōu)點(diǎn)是直觀和方便，缺點(diǎn)是由于設(shè)計(jì)人員的能力有限，結(jié)果不盡相同，并不一定是最優(yōu)解。
        直接優(yōu)化法主要方法是電子表格法和兩廂優(yōu)化法，其中，兩廂優(yōu)化法是針對(duì)管道埋深來(lái)說(shuō)的，它基于設(shè)計(jì)流量確定后，在約束條件滿足的情況下，通過(guò)選取最經(jīng)濟(jì)流速等來(lái)確定管徑大小和最優(yōu)坡度[10]。
        4.4.3動(dòng)態(tài)優(yōu)化法
        動(dòng)態(tài)優(yōu)化法是目前市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)上比較常用的優(yōu)化方法，它主張將市政管網(wǎng)管道設(shè)計(jì)分階段，然后再對(duì)每一階段的管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。，動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：一是節(jié)點(diǎn)埋深間隔要小，增加存儲(chǔ)量和時(shí)間間隔。二是以管徑為狀態(tài)變量，通過(guò)流速和充滿度決策。
        5.結(jié)語(yǔ)
        所有市政給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)其根本目的是為了設(shè)計(jì)出更加符合城市發(fā)展的給水管網(wǎng)，所以對(duì)于以后的市政給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)要秉著以人為本，降低工程造假的原則，從實(shí)際情況出發(fā)，合理安排，更好的建設(shè)好城市供水這一基礎(chǔ)公共設(shè)施。