1、城市供水管网发展规划的探讨摘要：城市供水管网将水厂生产的水输送到千家万户，是城市的血脉。输配水管网规划设计合理，将提高供水效益和社会效益。文章分析了城市供水管网的飞速发展后出现了缺水、缺压、能耗大的问题，提出了如何实施管网的规划、实施供水管网系统规划的具体措施，希望可以为水公司供水管网规划提供参考。 关键词：供水；管网；规划编制 中图分类号： TK284 文献标识码： A 一、城市供水管网的飞速发展 随着经济建设的不断发展和人民生活水平的不断提高，广州市自来水的供水量迅速增加，供水面积不断扩大，市政供水管网也飞速地发展。作为具有 105 年历史的广州市自来水公司，现有 7 间水厂，25 间加压
2、站，供水面积达 500 多平方公里，市政供水管道总长度达 5958.6 公里。市政供水管网东至增城市的新塘镇，西至南海市的黄歧镇、盐步镇，南至广州市与番禺市接壤的珠江南河道和沙尾河，北至钟落潭镇。 历年来，我公司对输配水管网的发展都十分重视，投入的资金一年比一年大，从附表中可以看出：从 1980 年至 2013 年，输配水管网管道总长度从 1555 公里发展到 5958.6 公里，增加了 3.83 倍；管道口径也从DN1200mm 增大到 DN3200mm 以上；从趋势上看，口径越大的管道增长速度越快，DN800mm 以上输配水管道长度翻了三翻多。这说明，随着水厂供水量的大幅度递增，输水管道相
3、应得到足够的重视，管网的输水能力得到飞速的发展，满足了城市水厂出水的要求；但一方面，也反映出配水管网在整体上的发展未能取得均衡，配水支管的发展相对滞后，管网发展的不协调，使用户缺水、缺压，某些管段流速过大，水头损失大，电耗大；而某些管段流速过小，余氯不足，水质容易恶化，甚至出现黄水，管垢增多，甚至出现因压力传递不及时而爆管等不合理现象发生。 管网的投资加大，管网的发展迅速，但输配水管网的发展未能取得均衡，造成这种情况的主要原因是没有一个系统的按计划分步调整、实施动态管理的输配水管网发展规划。因此，城市管网的发展应有一个有计划分步动态实施的供水管网发展规划系统才行。 二、管网发展规划的目的和意义
4、及其组织 通过管网发展规划的编制、实施，指导我公司的输配水管网的建设，使输配水管网更趋合理，提高供水效益和社会效益；同时，优化供水系统的动态运行调度，节约电耗。作为管网发展规划的组织，它必须对现有的管网情况具有相当的了解，能够指导管网分步调整、实施和局部发展；同时具备规划的职能，能高瞻远瞩，预测公司整个管网系统的发展和运作。 因此，管网的规划，不是现有公司的某一部门能完全胜任的，它必须是一个具有指导性、统筹计划性的部门。 三、如何实施管网的规划 管网系统的规划实际上是一个反复协调决策的过程，是整体与局部、局部与局部、主观与客观、现状与远景、经济与社会效益、需要与可能等各方面的统一，实际上整个管
5、网系统的规划的过程就是寻求一个最佳的折冲方案。总的来说，它分为四个阶段，即规划目标、建立模型、模拟优化和评价决策。 1、规划目标 整个规划工作就是从“规划目标”即“明确问题”和“提出目标”开始。明确问题除了要明确规划的范围、发展方向、发展要求，更加要明确发展的动态性和时间性，特别是城市用地的规划，由于资金、社会经济等各种各样的因素的影响，规划的城市发展不一定能够完全按原规划如偿实施，可能滞后，也可能发生改变，故管网的规划应有一定的时间性，同时与各规划部门应有一定的协调关系。所有这些问题均应明确，否则，规划将远离实际，无法把握管网的发展，更谈不上五年、十年的远景规划了。另外， “提出目标”也应有
6、理有据，分步协调地调整各时段的规划目标。如用水量的确定，用水水压的确定，特别是小区用水量发展的规划（小区的用水量发展规划应有一个确实可行的标准，对其他的部门所提出的用水量要求应合理地给予核实，否则，没有合理的用水量分析将直接影响到整个规划目标的实现） ，局部的管网规划，整体的管网规划，管网系统随时间推移的规划等。 2、建立模型 管网的系统规划中，我们需要知道管网的扑拓结构，知道管网系统的各种规划方案对水厂、水库、加压站等的影响，同时还应知道对用户的用水量、用水水质、用水水压的影响，更重要的是要知道管网的能耗，管网改造、增设的投资费用，以便对规划方案作出评价和选择。我们知道，为了改善用户的用水状
7、况和优化管网的运行状况，如以最不利点的自由水压为约束条件，那么各水厂将以多大的供水量，多高的扬程，各加压站的选址，各加压站的来水压力，出水压力，各水厂电耗，总电耗等因素将受到影响。可见这些条件的预测和计算都需要一个能定量地描述这些因素对管网规划系统的影响的数学模型。建立这个数学模型是进行管网系统规划的基础，其中各水厂的供水量、扬程、电耗、各节点流量等参数是极其重要的，这些资料可靠大量的运行数据和发展规划获得。3、模拟与优化 寻求优化方案是合理规划的核心，是协调供水环境和供水电耗、管网投资的必由途径，也就是在保障供水的条件下，寻求费用最小的控制方案。对管网的运行进行模拟，在确保用水环境的条件下，
8、将目标函数和约束条件写成显式，以求得最优化方案。 4、评价与决策 对于供水管网系统规划问题，用数学方法得出的最优解往往并不是一个最佳实用方案，因为用水环境对改善生活条件，改变用户的用水习惯，甚至用户的用水费用等社会效益不容易用费用来衡量，因此，在最优化规划中没有考虑进去，同时，供水管网还存在着政治、经济和技术等目标或条件的制约，因此需要对各种目标进行统一的协调，作出各方满意的决策。例如本市的某一地区，原有一间小型水厂直接供水，供水环境以前一直较好，用户对水压较为满意，但由于该地区处在城市河流的下游，近年来水质恶化，制水成本高企，自来水水质仍低下，故撤消了该厂的自来水供应，改为工业用水。这样一来
9、，该地区就常投诉缺水缺压。而实际上，该地区的自来水水量、水压均达到国家的要求，只是用水环境的改变影响了用户的用水习惯，因原有一些建筑未设间接供水设备，故出现了缺压的假象。也就是说，由数学模拟和数学规划行出的最优管网规划方案，要与其他的因素进行协调，从而才能确定一个能够付诸实施的最佳实用方案。 四、明确供水管网的特性 作为给水管网建设是城市基础设施的建设，其规划设计必须考虑城市的发展，城市的整体功能和经济投资的比例以及实施的动态性，因此，在开展管网规划工作时，应特别注意给水管网规划的几个基本特性。 时间上的超前性 从城市的发展历史上看，城市是逐步发展的，城市的发展，是通过城市的人流，物流和经济的
10、增长来实现的，这种增长是随时随刻的，而作为城市基础设施的给水管网，其所提供的服务却受其规模计划供水量和输配水能力的限制，不能随着城市的发展而无限度地随时随刻增长，到一定发展程度必须出现“缺口” 。而且给水管网基础设施，工程建设投资大，周期长，决定了“缺口”难以在短期内弥补。所以在新建、扩建或改建给水管网时，对输配水能力或效益要适当留有余地，要有超前规划的意识，应能满足城市动态发展 510 年以上规划期增长的需要。也就是说，供水管网的发展规划，应以现实的情况为基础，结合城市人口、城市用地、城市的发展规划、发展方向、经济增长情况等作出现实的、超前的规划作为管网发展的蓝图，而不应只是局部地、片面地考
11、虑问题，头疼医头、脚疼医脚地去处理问题，这样往往是被动的、无济于事，甚至适得其反。 城市基础设施建设的整体性 给水管网作为城市基础设施之一，是城市这个多元的相对完整的社会经济整体中的有机组成部分，与铁路、道路、桥梁、河涌、排水、煤气、电力、通讯等系统构成一个立体的有机整体，故在规划阶段，我们一定要重视这一个整体性，协调好与城市规划中其他基础设施之间的关系，否则，新装或扩管时经常受阻，造成路面等基础设施的变更，造成造价增大，工期长，甚至因故停工现象。如在南洲规划路上，想要安装南洲水厂的两条 DN2200mm 原水管，一条 DN2000mm 以上口径的出厂输水管和一条 DN600mm 配水主管的位
12、置问题，必须要先行在规划上协调好。 3、管网投资的比例性 社会主义基本经济规律和国民经济的有计划按比例发展规律，决定了城市基础设施建设具有比例性的特点，在增加供水量的投资中，管网的投资占较大的比例。如按西洲水厂 50 万 m3/d 的生产规模，连同出厂输水管工程及原水管引水工程，总投资约 10 亿元，其中管道投资约占 65%。即将实施建设的北部水厂的管道部分投资也约占总投资的 62%。 4、实施管网规划的动态性 作为基础设施建设、投资大、周期长的供水管网的总体规划，不可能在某一特定的时间内，完全按规划投资建设，对供水管网的总体规划的实施，应做好年度安排，先后顺序，阶段性效益的分析，规划报告。总
13、体规划应与局部规划相结合，局部规划应在总体规划的指导下，服从于总体规划的情况下，对局部地区进行较详细的规划，通过局部规划的实现来体现总体规划的效果。同时局部规划应做为总体规划的补充，而不应该各行其是，使局部规划与总体规划脱节，造成重复投资或使总体规划失效，从而影响整个城市的供水管网的规划，特别是对于局部分区、分压供水的可能性，结合地形、中途加压的可能性，用户直接加压的可行性等都应在总体规划指导下进行研究，否则，总体规划起不到指导性的作用，其效果也不可能实现，总体规划将成为一纸空文，一篇文字游戏而已。 从给水管网总体规划的特性可知，不能单纯为规划而规划，它是一个涉及到国计民生的系统工程，必须注意
14、到作为规划的特点及其实施的动态性，注重各方面的基础工作，定期地调整规划并做好规划实施效果的分析，这样才能保证给水管网系统的良性发展，降低配水电耗，增加水厂的效益和提高社会效益。 五、实施供水管网系统规划的具体措施 之前规划编制工作，一般都是临时组织一些技术人员，到各供水管理所收集抄送水量，然后按各年用水发展和结合各小区的申报用水量发展情况计算出节点流量，最后通过计算机计算，得出各节点和各管段的技术数据整理编制出来的。由于未能进行系统的科学的跟进，也没有实施规划控制管理和规划控制分析，使得规划工作的效果并未明显，因此，要通过这类规划达到适应城市发展的需要和合理输配水的需要，距离尚很远。为此，必须
15、加大力度重点加强管网规划的制订、实施、分析，才能真正地提高供水管网的经济效益和社会效益。 为了更好地搞好广州市的供水管网系统规划的制定，指导供水管网的建设，建议采取以下步骤，以提高规划工作的效果。 成立一个供水管网系统规划工作机构 就目前公司的编制来看，由于供水管网系统规划涉及面广，如水厂，生产调度，技术科室，计划科室，设计科室，供水所，规划部门，城市基础设施各部门等，以目前公司的某一个部门均未能完成胜任。因此，有必要成立一个供水管网系统规划工作机构。 有机构就有职能，该机构应熟悉了解本公司现有的供水管网系统和各水厂的运作、发展情况，同时能高瞻远瞩，预测公司整个供水管网系统的发展和届时的运作，
16、并能协调各相关职能部门的关系。由该机构进行供水管网系统规划的编制、控制、实施、分析和管理，并制定各项相应的规章制度。对涉及管网的管道工程依据规划进行审核，并负责对规划进行修正和补充，核实管网年度计划工程，以及对实施规划管理控制的效果进行分析，确保规划的实现和不断提高规划效果。 充实技术力量 编制管网规划是专业性强的工作，我公司具备有对本市管网较熟悉、经验丰富的管网技术人才，由他们组成供水管网系统规划工作机构的核心，但尚欠缺城市规划专业技术人才和城市给水管网计算专业人才，对此，必要时可借助大专院校或专业设计院力量，以充实该机构的技术力量。 抓好基础数据库的建设 基础数据是编制管网规划的原始依据，
17、必不可少，必须要扎实地坚持不懈地进行，既要准确、一丝不苟，又要持之以恒，长久不息。 做好基础数据的收集、整理、记录等工作 加强与市城市规划部门及有关城市基础设施部门联系，及时掌握城市总体规划、分区规划、开发小区发展规划等的实施信息。 对电脑抄收水费系统进行改进，使得可以随时反映小区水量和计算节点水量，为管网计算创造条件。 做好管网投资和运行费用的分析，获取管网规划所须要的经济流速和经济管径。 做好基础数据的修正工作、 基础数据是随时变化的，要及时跟进，修正，这是确保数据准确的必须程序。 （3）加强与基础数据有关的各职能部门之间的有机联系。 五、结语 供水管网必须确保供水安全性与可靠性。在管网规划设计过程中，要考虑采用多水源环状供水，提高供水的安全性；管网规划设计合理，将提高供水效益和社会效益。近远期规划相结合，在管网安全性和经济性之间取得平衡。 参考文献： 1.李平;申石泉;李宝伟;大型给水管网设计方法探讨 J;中国给水排水;2012 年 01 期 2.许强;盛宁;城市给水系统优化调度研究J;水科学与工程技术;2008 年 S2 期
