山地城市给水管网系统分析及可靠性研究

SOUTHWESTWATER&WASTEWATER西南给排水V01．33No．120l1山地城市给水管网系统分析及可靠性研究张晋，王圃，华佩，柯华斌z(1．重庆大学城市建设与环境工程学院三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045；2．中钢集团工程设计研究院唐山分院，唐山063000)摘要针对山地城市地形地貌和城市发展布局的特点．对目前山地城市中常见的给水管网系统类型和特点进行分析。介绍了给水管网系统的可靠性指标、可靠性模型及可靠度的计算方法。并对山地城市给水管网系统的可靠性进行总结和展望。关键词山地城市给水管网可靠性城市给水管网系统担负着向用户输送生产、生活用水的任务，是社会健康发展、人民安居乐业不可或缺的保障。给水管网系统投资庞大、结构复杂．其运行的可靠性直接关系到供水的稳定性和连续性。系统中任何一个节点的事故，都可能会造成较大的经济损失和社会影响因此对给水管网系统的可靠性研究．就显得尤为重要1山地城市给水管网系统1．1山地城市的定义在工程学中．把城市发展地形内有断面平均坡度>15％．垂直切割深度>25m的地貌特征的城市称为山地城市在城市形态学中．有学者以城市形态特征为起点．认为山地城市是与平原城市相对应的．山地城市由于其体现出来的主体景观和形态特征而有别于平原城市[11。由此．山地城市的给水管网设计有别于平原城市中的设计．有其自身的特点和难点。1．2山地城市给水管网系统的特点山地城市给水管网系统的特点主要有：1)山地城市地势起伏较大，各分区管网与水源地面标高相差较大．输水能耗高。为降低供水成本．通常采用分区供水．并设多级加压泵站及调节构筑物2山地城市一般不宜产生连片式的管网系统布局，而通常采取多中心、多组团的结构原则，各分区相对独立发展。由于各分区间输水干管长，管网延伸距离远．较难实现整体的环状管网，由此树··状管网较多，各分区管网问调节较为困难．供水整体可靠性较平原城市差3)山地城市一般傍水而建．城市的主要水源多为河流水。而河流水位季节性变化大．供水连续性差，同时源水水质也易受水位、季节影响。4)由于地势起伏、道路坡度大，造成高低管网分区间压力差较大，容易发生水锤和爆管事故。如处理不当．容易发损坏管段和阀件．并会造成大面积管道漏损5)由于地势迂回弯曲较大．山地城市输配水管线的铺设长度较平原城市长。同时．管线铺设存在“翻山越水”等穿越问题．建设投资较大．施工维护及运行管理费用高，单位长度造价较平原城市高。1．3山地城市给水管网系统布置方式山地城市地形特点和城市布局．在很大程度上决定和制约了给水管网的布置方式为保证供水可靠性、节省建设投资、降低运行费用，山地城市常采用分区、分压的供水方式[21。分区给水一般是根据城市地形特点将整个城市分成若干分区．每区有相对独立的泵站和分区管网等。但各区之间通过若干联络管相连．确定供水可靠。分区给水的原因．从技术上是使管网的水压不超过水管可以承受的压力，以免损坏水管和附件，并可减少漏水量：经济上的原因是降低供水能量费用。在给水区很大、地形高差显著、或远距离输水时，都要考虑分区给水问题。基于山地城市的特点，分区供水有两种形式：一为行政上的分区。一SOUTHWESTWATER＆WASTEWATER西南给排水V0l_33No．12011为工艺上的分区。行政上的分区主要是按组团以及组团内部的行政区划来分区：：艺上的分区网主要是指地形高差大或者管网延伸远而造成的分区，有三种分区方式：并联分区、串联分区和混合分区。1)并联分区运行方式当城市狭长发展．地形高差较大，宜采用并联分区。系统中增加的输水管长度不多，高、低两区的泵站可由同一泵站供水，管理方便，整个给水系统的运行情况较为简单，设计条件易与实际情况一致。2)串联分区运行方式当城市沿垂直于地形等高线的方向延伸时．宜采用串联分区系统中输水管长度较短．可选用低扬程水泵和低压管．从而降低能耗并能够实现适当的管道压力。然而在输水可靠性方面．串联分区在一定程度上降低了管网的供水可靠度。对于高区管网来说．下游管段中任一管段发生故障．都将影响系统向高区供水的能力，甚至有可能造成高区断水。3)混合分区运行方式混合分区是并联分区和串联分区的一种组合形式在工艺上．混合分区也可以分解成独立并联和串联的独立分区例如某山地城市．二泵站分别向城市的高区和低区供水．同时．由于低区沿江河狭长发展，管网延伸比较远，因此低区内部又进行了串联分区，这就是一种典型的混合分区方式。另外．水厂位置也影响到分区形式水厂靠近高区时，宜采用并联分区。水厂远离高区时，宜采用串联分区，以免高区的输水管过长，增加造价。2山地城市给水管网系统可靠性研究2．1山地城市给水管网系统可靠性基本指标给水管网系统在整体上是恢复性对象．它们的可靠性指标主要为无故障性、耐久性和宜修性等。1)无故障性指标无故障性指标