作為城市供水系統的重要組成部分，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，是城市供水系統中投資最高的建設部分，約占給水系統總成本的50%-80%。因此科學合理的給水管網設計對城市發展，人們安居樂業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，城市供水公司的規模也在不斷的壯大，但現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停水的狀況。為了給城市居民提供優質、充足的用水，市政給水管網的設計必須要深入研究，不斷優化，同時也對市政給水管網規劃人員提出了更高的要求，市政給水給水管網的規劃是整個城市供水體系的決定因素，良好的規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，其規劃的優劣直接關系到城市居民和工業企業能否隨時隨刻的享受到健康優質的水資源服務。（2）好的規劃能滿足居民生活和工業生產的需要，提高對水資源的利用率，以及為國家節省建設費用。

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展，工程應用中系統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，由于其系統構造、老化趨勢、疲勞程度、環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，及時發現問題，及時解決。

科學有效的評價體系要得到執行，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的問題，例如供水中嚴重的漏失現象，地段的合理性等等，所有可能出現的問題都要考慮進去。（2）經濟性。我國目前大力倡導的“建設資源節約型，環境友好型社會”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度對設計進行評價，同時要保證設計下的給水系統能在規定的使用狀態下，在規定時間內完成預定功能的性能。

3.給水管網的設計細節

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和專項規劃圖確定。

并適當考慮現在用水情況及今后的發展情況。給水管徑的確認要考慮多方面的情況，例如新舊城區的區別，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象的發生。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定地帶，而且位于地震區的城市的水源不宜少于兩個。

4.市政給水管網優化設計

在城市給水工程規劃設計中，給水管網優化設計一般采取以下方法和步驟：

4.1與城市發展相結合

與實際相結合就是要立足實際，充分了解城市的未來規劃，根據城市的發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、供水水源及規模。

4.2與城市地理環境結合

在大城市中，由于所占有面積較大，不同的區域有可能就會出現不同的地址情況，所以在布局給水管網時要考慮城市的地理環境，并對不同的布局方案進行比較，擇優運用。

4.3建立給水管網優化設計模型

模型的建立是為了更好滿足優化設計的要求，出發點是經濟性，但是，在現階段的優化設計中，要改變傳統的以工程造價為目標的單一優化模型，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劃模型。并通過數學方法進行管網優化計算，從而使得整個管網系統投資及相應的運行維修費用最低。

4.4選擇最優計算法

給水管網的優化設計方法，目前國內外主要有經典優化法、線性規劃法、界限流量法、動態規劃法、廣義簡約梯度法、遺傳算法、優選管徑法，這些優化方法各有利弊，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生物進化規劃和遺傳算法

隨著生物工程的發展，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個體，解碼后即為該課題最優方案。

4.4.2直接優化法

直接優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結果。直接優化法有利有弊，優點是直觀和方便，缺點是由于設計人員的能力有限，結果不盡相同，并不一定是最優解。

直接優化法主要方法是電子表格法和兩廂優化法，其中，兩廂優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坡度。

4.4.3動態優化法

動態優化法是目前市政管網設計上比較常用的優化方法，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化設計。，動態優化設計主要有兩個方面：一是節點埋深間隔要小，增加存儲量和時間間隔。二是以管徑為狀態變量，通過流速和充滿度決策。

5.結語

所有市政給水管網優化設計其根本目的是為了設計出更加符合城市發展的給水管網，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，合理安排，更好的建設好城市供水這一基礎公共設施。