作為城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，給水管網需要大量資金投入，占到了整個供水工程建設投資比例的絕大部分。所以對給水管網進行優(yōu)化設計，在保證用水安全性、可靠性的前提下，降低工程造價，具有巨大的經濟效益和現(xiàn)實意義。本文就市政給水管網設計進行簡單的探討，并就一些優(yōu)化設計作出簡單介紹。

給水管網直接溝通著供水廠與千家萬戶，鋪設管線較長，是城市供水系統(tǒng)中投資最高的建設部分，約占給水系統(tǒng)總成本的50%-80%。因此科學合理的給水管網設計對城市發(fā)展，人們安居樂業(yè)具有非常重要的作用。科學合理的給水管網能夠保證服務范圍內居民充足的用水、水壓，還能整體上降低節(jié)點水齡，減小管網漏失率，從而降低水廠制水成本、供水能耗。

1.市政給水管網規(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)實供水情況是仍然難以滿足群眾對用水的需求，特別是一些城市在用水高峰期還會出現(xiàn)停水的狀況。為了給城市居民提供優(yōu)質、充足的用水，市政給水管網的設計必須要深入研究，不斷優(yōu)化，同時也對市政給水管網規(guī)劃人員提出了更高的要求，市政給水給水管網的規(guī)劃是整個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）它指導著后期的施工建設，其規(guī)劃的優(yōu)劣直接關系到城市居民和工業(yè)企業(yè)能否隨時隨刻的享受到健康優(yōu)質的水資源服務。（2）好的規(guī)劃能滿足居民生活和工業(yè)生產的需要，提高對水資源的利用率，以及為國家節(jié)省建設費用。

2.給水管網設計的的評價體系

隨著計算機、自動化技術的快的飛速發(fā)展，工程應用中系統(tǒng)的組成要素越來越多，復雜性越來越高，給水管網在運行過程中，由于其系統(tǒng)構造、老化趨勢、疲勞程度、環(huán)境以及人為因素的影響，其健康狀況會逐步衰退。這就需要對給水管網設計進行合理的評價，做到前期審核上的嚴格把關，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。

科學有效的評價體系要得到執(zhí)行，還需要建立嚴格的制度保障和正確的原則引導：（1）正確的故障排查。對管網設計的評價最根本目的就是找到設計中的不足之處，要在前期就要考慮到以后給水管網可能出現(xiàn)的問題，例如供水中嚴重的漏失現(xiàn)象，地段的合理性等等，所有可能出現(xiàn)的問題都要考慮進去。（2）經濟性。我國目前大力倡導的“建設資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會”的理念，給水管網設計的評價體系要大力貫徹，設計之處要就要從經濟性方面考慮，做到節(jié)約資源，降低能耗。（3）可靠性。評價體系的建立要本著認真可靠負責的態(tài)度對設計進行評價，同時要保證設計下的給水系統(tǒng)能在規(guī)定的使用狀態(tài)下，在規(guī)定時間內完成預定功能的性能。

3.給水管網的設計細節(jié)

給水管網的設計關系到整個城市的供水安全，更關系到居民的日常生活，所以對給水管網設計要從多方面綜合考慮。

3.1給水管網管材設計

給水管網管材設計包括管道材料的選擇和管型的確定。（1）管道材料的選擇上，由于科學技術的日益飛進，在管道材料開發(fā)方面也有著不小的進步，所以對管道材料有著多方面的選擇，現(xiàn)階段我國給水管網實踐中主要用的是有鋼管和球墨鑄鐵管金屬管材，同時還有著非金屬管材種類，比如目前技術相當成熟的聚乙烯管和硬聚氯乙烯管，不過，給水管網是一個多變性和負責性的問題，所以在管材選擇上要因地制宜，根據具體情況具體分析，充分發(fā)揮各種管材安全可靠和滿足使用要求。（2）管徑的確認應根據給水總體規(guī)和專項規(guī)劃圖確定。

并適當考慮現(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，給水管線鋪設的長短等等方面。

3.2給水管接口設計

作為市政給水管網設計的一個重要項目，市政給水管的接口也應該在設計規(guī)劃考慮范圍內，它主要包括剛性接口和柔性接口，還可以采用外側填料對接口進行處理。不同的接口使用不同的地方，具有不同的優(yōu)勢。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的石棉水泥。

當管道的內壁為橡膠圈接口可做成坡形，可在管道口內嵌入楔形橡膠圈來起密封作用，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。

3.3市政給水管網的抗震性

市政管網設計之處要考慮到其抗震性，其原因是我國處于東太平洋地震板塊中，所以經常會有不同程度的地震發(fā)生，地震對市政給水管網可能造成管道斷裂，使得水到處灑落而浸泡重要設備，給水管水量大的情況下還可能會出現(xiàn)水災，市政給水管網的基礎坍塌還可能會導致設備損壞和人員傷亡現(xiàn)象的發(fā)生。所以在設計進行選址時應盡量避開地震斷段，應在設計在地質構造和巖坡相對穩(wěn)定地帶，而且位于地震區(qū)的城市的水源不宜少于兩個。

4.市政給水管網優(yōu)化設計

在城市給水工程規(guī)劃設計中，給水管網優(yōu)化設計一般采取以下方法和步驟：

4.1與城市發(fā)展相結合

與實際相結合就是要立足實際，充分了解城市的未來規(guī)劃，根據城市的發(fā)展進度來合理的設計城市給水管網并合理確定近遠期的供水范圍、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)域有可能就會出現(xiàn)不同的地址情況，所以在布局給水管網時要考慮城市的地理環(huán)境，并對不同的布局方案進行比較，擇優(yōu)運用。

4.3建立給水管網優(yōu)化設計模型

模型的建立是為了更好滿足優(yōu)化設計的要求，出發(fā)點是經濟性，但是，在現(xiàn)階段的優(yōu)化設計中，要改變傳統(tǒng)的以工程造價為目標的單一優(yōu)化模型，要多采用包含管網、泵站投資建設和運行維修等費用的非線性規(guī)劃模型。并通過數學方法進行管網優(yōu)化計算，從而使得整個管網系統(tǒng)投資及相應的運行維修費用最低。

4.4選擇最優(yōu)計算法

給水管網的優(yōu)化設計方法，目前國內外主要有經典優(yōu)化法、線性規(guī)劃法、界限流量法、動態(tài)規(guī)劃法、廣義簡約梯度法、遺傳算法、優(yōu)選管徑法，這些優(yōu)化方法各有利弊，要根據具體的工程來選擇。以下一有關一些重要算法的簡單介紹：

4.4.1生物進化規(guī)劃和遺傳算法

隨著生物工程的發(fā)展，遺傳算法已經介入到工程領域，其主要在有泵管網、管網擴建與改建等課題中也開始有應用，在給水管網設計中是一種策略枚舉法，以單工況，單水源的簡單情況為例：第一步對工程中所限定的不同標準管徑進行編碼，從而不同的管徑組合方案會形成不同的代碼串。第二步對每一個代碼串進行解碼，由水利計算子程序求出該方案下管網水利特性。第三步運用遺傳算法對產生的初始方案進行選擇、重組，進一步產生新一代個體，然后仿照生物的進化過程演化下去，最終得到滿足需要的最優(yōu)個體，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)化法是對方案和方案中的一些數據進行直接的選擇計算并得到最優(yōu)結果。直接優(yōu)化法有利有弊，優(yōu)點是直觀和方便，缺點是由于設計人員的能力有限，結果不盡相同，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)化法是針對管道埋深來說的，它基于設計流量確定后，在約束條件滿足的情況下，通過選取最經濟流速等來確定管徑大小和最優(yōu)坡度。

4.4.3動態(tài)優(yōu)化法

動態(tài)優(yōu)化法是目前市政管網設計上比較常用的優(yōu)化方法，它主張將市政管網管道設計分階段，然后再對每一階段的管道進行優(yōu)化設計。，動態(tài)優(yōu)化設計主要有兩個方面：一是節(jié)點埋深間隔要小，增加存儲量和時間間隔。二是以管徑為狀態(tài)變量，通過流速和充滿度決策。

5.結語

所有市政給水管網優(yōu)化設計其根本目的是為了設計出更加符合城市發(fā)展的給水管網，所以對于以后的市政給水管網設計要秉著以人為本，降低工程造假的原則，從實際情況出發(fā)，合理安排，更好的建設好城市供水這一基礎公共設施。