第7章-给水管网优化设计
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网是一个重要的公共设施，其设计优化对城市环境、生态、经济等方面都有着深远的影响。
因此，对市政给排水管网进行优化设计，不仅可以提高其功能效率，还能够节约资源、保护环境，从而促进城市可持续发展。
以下是市政给排水管网的优化设计要点及措施分析。
一、优化管网规划在市政给排水管网的规划设计中，应综合考虑城市发展需要、土地利用、人口规模、水资源等因素，制定相应的管网规划方案。
具体的优化措施包括：1.优化管网布局：根据城市用水情况，采用靠近用水中心、配水压力低、交通便利等因素制定合理的给水管网布局方案。
2.优化管径选择：在管径选择上，应根据管网流量、水力坡度等因素选用合适的管径，避免出现管径过大或过小的情况，从而提高管网效率。
3.优化管网结构：采用多级供水、分级供水和集中供水等管网结构方式，实现供水平衡和减少对城市环境的影响，提高供水水质和安全性。
二、完善监测管理体系针对市政给排水管网的监测管理体系不完善等问题，应采用以下优化措施：1.加强数据采集与分析技术：通过监测分析技术，对管网运行数据进行及时、准确地采集和分析，为城市的供应水量、水质、流量、管网的水力状况等信息提供准确的依据。
2.优化监测评估标准：制定更为科学、完善的监测评估标准，加强对管网建设和运营管理的监测，发现和解决问题，保证市政给排水管网的运行安全和稳定性。
3.加强监测设施建设：建立更加完善、科学的监测设施，对管网的数据信息进行实时监测和录入，确保数据真实可靠，为各项管理决策提供科学依据。
三、提高设备水平市政给排水管网并非一个简单的设施，其内部涉及到多项复杂技术，对管网设备的效率要求较高。
以下是可以采取的优化措施：1.加强设备维护管理：对市政给排水设备定期进行检修和维护，确保设备的正常运行，降低设备故障率，提高设备的运行效率和安全性。
2.采取新技术，提高设备水平：例如采用水力学分析、管网流量预测分析等新技术，可有效降低设备运行的能耗，提高设备的运行效率。
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网的优化设计是为了提高城市给排水系统的运行效率和服务质量，确保市民的正常生活和城市的可持续发展。
以下是市政给排水管网优化设计的要点及措施分析：1. 管网结构优化：根据城市的用水特点、需求和发展规划，调整管网结构，合理设置主干管、支线管和小区管道，提高管网的整体运行效率和水力性能。
2. 网络设计模型建立：通过建立市政给排水管网设计模型，模拟和分析管网的水力情况，确定管径、坡度、流量等参数，以保证管网的稳定运行和水力条件的合理性。
3. 物料选择与管径设计：根据不同管道的应用需求和管线的物理特性，选择合适的材料，如玻璃钢管、钢筋混凝土管、聚乙烯管等，并根据流量和水质要求设计合适的管径，以提高管网的使用寿命和运行效率。
4. 引进智能化技术：利用现代信息技术，引进智能监控和管理系统，实时监测和分析管网的运行情况，及时发现和解决问题，提高维修和管理效率。
5. 水质保护与净化：加强对给排水管网水质的监测与管理，建立水质保护与净化设施，避免污水和异味的外溢，保护环境和居民的健康。
6. 排水收费及管理：建立合理的给排水收费制度，引导居民和企业合理用水、节约用水，同时加强对管网的日常管理和维护，保证管网的正常运行和服务质量。
7. 防止地质灾害：在设计管网路线时，要考虑地质条件，避免穿越地质灾害点，防止地质灾害对管网的破坏和影响。
8. 管网改造与扩建：根据城市的发展和人口增长情况，定期进行管网改造和扩建，提高管网的容量和服务覆盖范围，满足城市的给排水需求。
9. 联合供水与回收利用：与供水系统、污水处理系统等进行联合设计和管理，实现给排水资源的最大化利用和节约，提高水资源的利用率和可持续发展能力。
市政给排水管网的优化设计是一个复杂而关键的工作，需要结合城市规划、水资源、环境保护等各方面因素进行综合考虑，并进行科学分析和技术应用。
只有通过合理的优化设计和有效的管理措施，才能保证市政给排水系统的稳定运行和服务质量的提升。
7第七章给水管网优化设计
当
t时，
i1
8760q p hp
❖ 能量变化系数可以根据泵站扬水量和扬程的变 化曲线进行计算。假设：
▪ a)泵站扬水量与管网用水量同比例变化； ▪ b)在最高日最高时管网用水量和最低日最低
时用水量之间变化范围内，各种用水量出现 的几率相等。
于是可以推导出以下公式：
❖ 1)若泵站扬水至近处水塔或高位水池，扬程基 本不变(hpt≈hp)，即全部扬程为静扬程，则：
(hp0 / hp ) ' (1 hp0 / hp ) ''
泵站总扬程hp中用于满足地形高差和 用户用水压力需要的部分压力。
[例7.2]
❖ 某给水管网用水量日变化系数为Kd＝1.35，时 变化系数为Kh＝1.82，其供水泵站从清水池吸 水，清水池最低水位为76.20m。设计考虑两 种供水方案：方案一泵站供水到前置水塔，估 计水塔高度35.60m，水塔最大水深3.00m， 水塔所在点地面高程79.50m，估计泵站设计 扬程48.40m；方案二不设水塔，供水压力最 不利点地面高程为82.20m，用户最高居住建 筑5层，需要供水压力24mmH2O，最大供水 时的泵站设计扬程47.50m。试分别求两方案 的泵站能量变化系数。
❖ 所以，可得泵站能量变化系数：
24365
24365
24365
qpthpt
q
3 pt
qh3av[(2
Kz
)3
13
K
3 z
]
''
i 1
8760q p hp
i 1
8760q
3 p
i 1
8760K
q3 3
z hav(KzΒιβλιοθήκη 1)2K3 z
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网的优化设计是城市基础设施建设的重要组成部分，在城市化进程中发挥着至关重要的作用。
为了保证城市给排水系统的高效、安全和稳定运行，需要注意以下几个方面：1.管道布局优化一般来说，城市给排水管网建设需要考虑很多因素，如道路布局、土地利用、地形地势等，需要科学规划。
管道布局要考虑道路交通的流量、尽量避免关键用地、优化管道长度等，这样有利于降低给排水管道建设成本，同时也能减少管道阻力，提高城市给排水系统的运行效率。
2.管道材料选择在市政给排水管网建设过程中，要根据实际需要进行管材的选择。
不同的管材具有不同的特点和优缺点，例如，塑料管材具有耐腐蚀、使用寿命长、重量轻等优点，而铸铁管材则具有耐高温、承受压力能力强等优点。
因此，在选择管材时，需要根据实际使用情况进行评估和考虑。
3.泵站的布置和设备选择对于涉及管线的地区，如浅坑、低洼地带、建筑物内排水等需要进行泵站的布置。
泵站应根据周边环境确定适当的位置。
选择高效的排水泵、制作具有高效节能、自动化程度高的控制系统和监测系统，以提高泵站的运行效率和减少能源耗损。
此外，随着人工智能和大数据技术的不断发展，可以采用智能化管理系统，实现城市排水的实时监控。
4.防止管道堵塞和泄漏城市给排水管网是相对复杂的系统，由于机械故障、堵塞、清理不彻底等原因，管道内常有积液，如果处理不当，就会容易出现堵积、霉变、并且会产生难闻的异味。
为了避免出现这些问题，需要加强对管道的定期检查和维护，及时清理淤泥和污垢，防止管道堵塞，并及时修理泄漏问题，保证整个系统的运转。
总之，城市给排水系统的建设和管理需要综合考虑各个方面，不断完善和改进技术手段，以确保城市基础设施的优质、安全和稳定运行。
给水管网的优化布置与设计
给水管网的优化布置与设计摘要：给水系统遍布城市，且各个环节错综复杂，因此需针对给水系统的所有环节进行严谨把控，优化布置给水管网。
特别是一些城市的给水系统老旧，无法在暴雨天气有效运用给水系统，因此需要通过积极优化给水管网，并按照实际情况合理改造，不断地深入研究城市市政给水管网，从而设计出符合现代化城市建设发展的市政给水系统。
关键词：给水管网；布置设计；优化措施1 给水管网类型分析1.1 单水源给水管网系统只有一个水源地，水源地抽取水经水厂处理后的水直接输入配水管网分配给各用户使用。
常见于小城市，其优点是管理方便，管网系统简单易维护。
缺点是单水源输水容易出现故障，并影响城市所有用户。
1.2 多水源给水管网系统多水源给水系统常见于中小城市，根据城市规模或者生产需求设置，用户的用水往往来自多个不同水厂、不同水源地。
用户给水的水压、水质也随之变化。
此系统优点是当单一水厂出现故障时或当某一水源地被污染时不影响城市用水，安全可靠性高，缺点是后期检修不易，维护程序繁琐，改进重建困难。
1.3 不同输水方式管网系统在实际应用中，必须依据城市所在地的实际情况，采取相应的输水方式。
实际规划中常见的有两种系统。
①重力给水管网系统。
水源地处地势较高处，城市位于地势下方。
水厂将处理后的水依靠自身重力输入给水管道，当水压过高时需设置减压站，避免水对给水系统破坏。
此系统十分经济，节约成本。
但是受地势因素影响，在实际规划设计中并不常见。
②水泵加压给水管网系统。
在水厂处理后的水由泵站加压输入高地势的城市管网，有时需要设置多个泵站，多级分别加压，此系统设计成本高昂，并带有输水损耗，在实际规划设计中并不常见。
1.4 消防给水系统消防给水系统是整个城市给水系统必不可少的一部分，它对城市安全尤为重要。
消防给水系统对水质要求不高，但要确保有足够的水量、水压。
它由以下部分组成：①建筑室内消防管道；②建筑室外消防管道；③建筑室内自动灭火器；④各区，各街道消防栓；⑤加压泵：主给水管道将水分配给各支线管线，再有支线管线分配给消防栓，各建筑物消防管道当水压不足时需先由加压泵将水加压，确保消防栓水压充足。
给水管网优化设计理论与方法
给水管网优化设计理论与方法1、给水管网优化设计理论与方法给水管网优化设计的研究包括管网优化设计模型和优化算法两个方面，优化设计模型需要相应的优化算法进行求解。
随着计算机的出现及其应用软件的开发，两者在理论和工程实际的应用中都逐渐成熟，应用比较广泛。
1.1给水管网优化设计模型研究给水管网优化设计模型是进行优化设计的基础，其优劣程度决定优化设计是否成功。
因此，所建的模型必须真实地反映管网运行特征及管理要求。
其模型的发展经历单目标函数和多目标函数两个阶段。
20世纪50年代后，国内的研究者开始对管网优化设计模型研究，取得一定成果的有同济大学、哈尔滨工业大学等。
国内研究者一般都以管网年费用折算值最小为目标函数建立管网优化设计数学模型。
此模型没有考虑管网的可靠性约束。
随着研究的深入和实践证明，人们逐渐认识到若仅以经济性作为管网优化设计的目标函数与工程实际相比存在某种欠缺和不足，还需要考虑系统可靠性这一因素。
1.2给水管网优化设计模型求解算法研究给水管网优化设计模型求解方法主要经历了以下三个阶段。
（1）拉格朗日函数优化法。
该方法主要用于求解以管径和水头损失为变量的单目标单工况优化设计模型。
应用拉格朗日未定系数法，将目标函数进行转换，然后用计算机进行求解。
但是由于管径为离散变量，应用此法求得的管径需要进行圆整，化为市售管径，这在某种程度上破坏了解的最优性。
该算法目前应用较少。
（2）数学规划法。
①线性规划。
线性规划法是在一组线性约束条件下，求某个线性目标函数的最小值(最大值)。
该方法只能解决树状管网的优化设计，因此该算法应用较少。
②动态规划法。
动态规划法是一种求解多阶段决策过程最优化方法。
该法对模型中的目标函数和约束条件的形式要求不高，以标准管径为变量计算结果不需要调整。
该方法对小型树状管网能得到最优解;对于简单的环状管网，需预先假设一组管径并进行初始流量分配，将环状网化为树状网;对于复杂管网应用该法不能得到最优解。
城市给排水管网优化设计
城市给排水管网优化设计摘要：本文分析了城市给排水管网设计要点，简单介绍了一般工程设计的优化方法，提出了城市管网优化设计内容。
关键词：设计；建筑设计；环境艺术引言广义而言，所谓“优化”就是从完成某一任务的所有可能方案中选出最好的方案。
因此，对各种事物，只要存在不同的解决办法，就存在优化问题。
用优化设计方法进行管网设计，一般可节省投资5％～20％左右。
因此，很有必要研究和推广优化设计方法。
1城市给排水管网设计要点一般来说，许多城市的供水管网建设都滞后于城市水厂建设，存在管径过小、布局凌乱、管网老化、管材较差等诸多问题，从而造成管道漏损严重，用户的供水压力和供水安全得不到保证。
1.1管线设计一般在定线所用图至少是本市最近的实测1：500地形图，并且有必要时通过现场的踏勘来确定或修正。
如果是改造工程，注意最理想的管位是和老管道的净距1．5m。
在实际操作中，有些管道之间影响比较小，净距可酌情减少。
如规范中规定热力管与给水管的水平净距为1．5m，而如今管材的质量提高后，根据实际情况也可以酌情减少两管道水平净距，而并不影响管道正常运行。
设计人员应加强对管道基础、预留预埋、管径、标高等的标注和说明，给出尽可能多的标准图或详图，以避免不必要的损失。
在竖向设计时，要按照以下原则进行合理布置，保证管线在荷载作用下不被压坏；在天气寒冷地区或是冬季，要保证管道介质不冻结，满足竖向规划要求，按照规范要求布置各个管线之间的垂直间距。
值得注意的是，各个管材对压力的承受力是不一样的，设计最小覆土要根据所选择的管材实际情况而定。
当工程管线竖向之间发生矛盾时应遵行如下原则：支管避让干管：可弯曲管避让不可弯曲管；规划管线让现状管线；压力管避让重力管；管径小的管线避让管径大的管线。
在设计过程中，这些原则也不是固定的，主要是根据实际情况而定，尽量减少不必要的损失和麻烦。
在住宅区给水设计应注意：系统设计应充分结合物业管理需要；设计应考虑当地施工水平的因素：运用新产品应慎重，要深入了解其原理性能，掌握其优缺点，明确安装使用的注意事项等；注意其它专业对给排水设计的要求，如建筑构造、结构构件对管径、标高的限制。
给水排水管道工程第7章 给水管网优化设计2
• 给水管网优化设计数学模型： Min W = w i = [(
i =1 M M i =1
1 p )(a + bDi )li + Pi qi hpi ] + T 100 i = 1,2, ,M
S.t.
kqi n hpi H Fi H Ti = m li Di ( ±q i ) + Q j = 0 i sj H min j H j H max j qi qmin i Di 0 h pi 0
W wi hi ) = ( H j i hi Hj Sj
(7.44)
S j 为与j节点连接的管段集合。
+ 1 j = Fi = H j 1 j = Ti hi
W = Hj
j
Si
wi ( ± i h )
7.3.2－1
hi = H Fi HTi = kqin li Dim
近似优化流量分配计算
迭代迭代公式： q
计算收敛条件：
( j +1) i
7.2.1-4
= q i( j ) ± k(qj )
i Rk
q(k j ) eqopt
k = 1,2,3, , L
允许误差，m3/s，手工 计算可取eqopt=0.0001 m3/s，即0.1L/s； 计算机程序计算可取 eqopt=0.00001 m3/s， 即0.01L/s。
M M
7.2.1-1
p k qin / m / m )(a + b )li + Pi qi hpi ] /m li 100 h fi
/m
求极值原理： 计算结果：q1 = q2 = (- Ph /A) m/(nα-m) = q / 2； A-综合常数。 证明：
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g － 重力加速度，取9.81 m/s2 ；
qpt － 全年各小时流量，m3/s； hpt － 全年各小时扬程，m； ηt － 全年综合效率，为变压器、电机和传动效率之积； E － 最大时电价，元/KWh；qp － 最大时流量，m3/s； Hp － 最大时扬程，m；η － 泵站最大时综合效率； P——管网动力费用系数，元/(m3/s·m·a)，定义为：
Kz——管网用水量总变化系数，即： Kz=KdKh。
（2）泵站压力稳定管网能量变化系数 若泵站扬水至较远处且无地势高差，其扬程全部用于克服管道水头损失(hpt∝qpt2)， 则：
24365
24365
24365
qpthpt
q3pt
t 1
8760q p hp
t 1
8760q3p
t 1
q3 hav
能量变化系数γ：
（1）泵站输水至近处水塔或高位水池（前置水塔系统），扬程基本不变(hpt≈hp)， 则：
24365
24365
q pt hpt
q pt
t1
t1
1
1
8760q p hp 8760q p K d Kh K z
(7.17)பைடு நூலகம்
式中 Kd——管网用水量日变化系数；
Kh——管网用水量时变化系数；
[(2
Kz )3 ...13
8760K
q3 3
z hav
...
K3]
(Kz
1)2 K z3
1
实际情况下，可以采用加权平均法近似计算能量变化系数，即：
(7.18)
(hp0 / hp ) (1 hp0 / hp ) (7.19)
(7.4) (7.5)
(a bDi ci )2
N
式中 N——为数据点数； σ——线性拟合均方差，元。
在1.0~2.0区间用黄金分割法取α值，代入式(7.4)~ (7.6)分别求得参数a、b和均方差σ，搜索最小均方 差σ，直到α步距小于要求值（手工计算取0.05，用 计算机程序计算取0.01）为止，得a、b和α值。
式中 p—年折旧和大修费率，％，一般P=2.5~3.0； Y2—管网年运行费用，元/a，主要考虑运行总电费。
7.2.2 泵站年运行电费计算
泵站年运行电费按全年各小时运行电费累计计算，可用下式表示：
y2
24365 gq pt hpt Et
t 1
t
86000E
q
p
hp
Pqphp
(7.12)
式中 Et－ 全年各小时电价，元/(KW·h) ； ρ－ 水密度，t/m3；
曲线连接，曲线延长后与纵轴相交，相交处的截距值即为a。如图7.1为根据铸铁 管数据所作曲线，a值为100。
图7.1 确定造价公式参数a
图7.2 确定参数b和α
第二步将公式改写为：
log(c a) log b log D
如图7.2所示，在方格坐标纸上， 以logD为横座标，log(c-a)为纵 坐标，点画［logD，log(c-a)］ 数据，并且画一条最接近这些点 的直线，该直线与logD＝0的纵 坐标线的相交点所对应的log（ca）值即为logb＝log（c-a）＝ 8.03，由此可得b=3072。该直线
计算过程见表7.2 。
最后得a=112.9，b=3135，α=1.5 。
球墨铸铁和预应力钢筋砼给水管造价公式
本例承插球墨铸铁给水管数据，可以计算得 a=112.9、b=3135、α=1.5，即承插球墨铸铁给水管 单位长度造价公式为： (7.9)
相同的方法，可求得预应力钢筋砼给水管单位长度 造价公式为：
7.2.1 给水管网优化设计目标函数 给水管网优化设计的目标是降低管网年费用折算值，亦即在一定投资偿还期（亦
称为项目投资计算期）内的管网建设投资费用和运行管理费用之和的年平均值。可用 下式表示：
W
C T
Y1
Y2
(7.10)
Y1
pC 100
(7.11)
式中 W—年费用折算值，元/a； C—管网建设投资费用，元； T—管网建设投资偿还期，a；取值15～20年； Y1—管网每年折旧和大修费用，元/a。
第7章 给水管网优化设计
7.1 管网造价计算
管道单位长度造价与管道直径有关，可以表示为：
C=a+bDα
(7.1)
C——管道单位长度造价，元/m； D——管段直径，m； a、b、α——管道单位长度造价公式统计参数。 管道单位长度的造价包括管材、配件与附件等的材料费和施工费。
根据中国建筑工业出版社《给水排水设计手册》（第10册）（2000年8月第二版） “给水管道工程估算指标”，不同材料给水管道单位长度造价如表7.1所示。
管道单位长度造价公式统计参数a、b、α可以用曲线拟合当地管道单位长度造价统计 数据求得。有作图法和最小二乘法两种方法。
【例7.1】根据表7.1所给数据，试确定各种管材管道单位长度造价公式统计参数a、b 和α。
【解】 （1）采用作图法求承插铸铁管参数。 作图法分为两个步骤，首先确定参统a，然后确定参数b和α。 第一步以D为横座标，C为纵座标，将(C,D)的数据点画在方格坐标纸上，并且用光滑
7.2 给水管网优化设计数学模型
数学模型：描述自然现象或工程对象的一个或一组数学公式。例如：给水 管网水力计算环方程组、节点方程组。
优化数学模型：在一定条件下求解一个或多个最大或最小目标值的数学模 型。描述目标值的数学表达式称为目标函数，需要满足的条件表达式称为 约束条件。
供水管网优化设计数学模型：以管网供水成本最低为目标函数，以供水安 全性最佳为约束条件的管网工程设计数学模型，表达形式为经济管径或经 济流速。
P 86000 E
(7.13)
γ—泵站电费变化系数，即泵站全年平均时电费与最大时电费的比值，即：
24365
gq pt hpt Et /t
t1 8760gqphp E /
(7.14)
显然， γ<=0，且全年各小时qpt、hpt、t和Et变 化越大， γ值越小。
* 注： ρg x 24 x 365 = 85935 ≈ 86000， 24 x 365 = 8760
的斜率为1.53，即α=1.53。 所以，承插铸铁管造价公式为：
c 100 3072D1.53
（2）黄金分割－最小二乘法求承插球墨铸铁管造价公式参数 a、b、α 已知α为区间（1.0～2.0)的一个数值，则
a
ci Di2 ci Di Di N Di2 ( Di )2
b
ci aN Di