摘要:為了探討城市人口分布不均勻?qū)Τ鞘薪o水管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算的影響，本文提出一種直接以管段承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)為影響因子，賦予管段長(zhǎng)度相應(yīng)權(quán)值的新算法，并給出實(shí)際算例加以驗(yàn)算，最后得出結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞:給水管網(wǎng);影響因子;管段長(zhǎng)度；
　　
　　1．前言
　　城市給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，其中很重要的一步就是計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量，通常的做法就是先求長(zhǎng)度比流量或者面積比流量，然后再折算成節(jié)點(diǎn)流量。這里面存在一個(gè)假設(shè)的前提條件，那就是假設(shè)城市人口的分布是均勻的。而實(shí)際情況卻不是這樣的，城市人口的分布是不均勻的，這就使得我們的假設(shè)和實(shí)際情況存在差別，特別是隨著城市的重新規(guī)劃、城市的功能分區(qū)和大型生活小區(qū)的出現(xiàn)，這種差別越來(lái)越大。雖然在設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候采取一些措施來(lái)減少這種差別，比如根據(jù)房屋層數(shù)的不同對(duì)城市進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)計(jì)算比流量[1]；對(duì)單側(cè)供水的管段只計(jì)算一半的長(zhǎng)度等等。但是，這些措施總體來(lái)說(shuō)還是很粗糙的，因?yàn)槲覀儾豢赡軐?duì)城市進(jìn)行太多的分區(qū)。設(shè)計(jì)計(jì)算的假設(shè)前提和實(shí)際情況存在較大的差別，就會(huì)導(dǎo)致我們的設(shè)計(jì)存在不合理的地方。具體的體現(xiàn)就是某些管段的管徑選擇不合理，導(dǎo)致較大的水頭浪費(fèi)和頻繁的爆管事故。有沒(méi)有更加有效可行的措施來(lái)消除或者減少這種差別呢？這里筆者提出一種方法以供商酌。
　　2．算法
　　上述問(wèn)題的癥結(jié)就在于城市人口的分布是不均勻的，使得相同長(zhǎng)度或者承擔(dān)相同大小服務(wù)面積的管段會(huì)承擔(dān)不同數(shù)量的服務(wù)人口數(shù)。如果能夠直接以每根管段承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)作為影響因子，那問(wèn)題就解決了。這里筆者提出的做法是以每根管段單位管長(zhǎng)承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)與整個(gè)城市管網(wǎng)單位管長(zhǎng)承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)的比值作為該管段管長(zhǎng)的權(quán)值，然后以該管段的原始管長(zhǎng)和其對(duì)應(yīng)的權(quán)值的乘積作為該管段的計(jì)算管長(zhǎng)參與節(jié)點(diǎn)流量的計(jì)算。這樣做實(shí)際上相當(dāng)于在保證整個(gè)管網(wǎng)總長(zhǎng)度不變的前提下，對(duì)人口稠密地段的管段進(jìn)行長(zhǎng)度的放大，而對(duì)人口稀疏地段的管段進(jìn)行長(zhǎng)度的縮小。這里面有一個(gè)問(wèn)題，即如何確定每根管段承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)，在以前這是一個(gè)難題，現(xiàn)在已經(jīng)很容易解決了，很多城市在建立“數(shù)字化城市”的進(jìn)程中就已經(jīng)包括了這樣的內(nèi)容，還有的城市的供水企業(yè)建立了城市給水管網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)，其中就有這方面的數(shù)據(jù)。那么，這種根據(jù)人口分布密度給管長(zhǎng)取權(quán)值的方法和常規(guī)計(jì)算方法相比，最后的結(jié)果會(huì)怎么樣呢？下面就以中原地區(qū)某小城P市的城市給水管網(wǎng)為例。
　　3．算例
　　3.1算例原始資料
　　P市地處中原，城市設(shè)計(jì)人口為15萬(wàn)人，市內(nèi)有家一發(fā)電廠、一家氮肥廠和一個(gè)火車站。原設(shè)計(jì)把整個(gè)城市當(dāng)成一個(gè)區(qū)，按城市人口均勻分布考慮，設(shè)計(jì)最高時(shí)用水量為610.51L/s，其中生活用水量為456.9L/s，未預(yù)見(jiàn)及漏失水量為38.04L/s，發(fā)電廠用水量為46.67L/s，氮肥廠用水量為58.33L/s，火車站用水量為10.56L/s。圖1為原設(shè)計(jì)結(jié)果（L為管長(zhǎng)，DN為管徑）：
　　
　　圖1
　　近幾年，城市的發(fā)展方針進(jìn)行了調(diào)整，整個(gè)城市進(jìn)行了功能分區(qū)，出現(xiàn)了幾個(gè)規(guī)模較大、人口密集的生活小區(qū)，經(jīng)過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)得知城市給水管網(wǎng)每根干管承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)出現(xiàn)了很大的變化和差別。
　　
　　3.2計(jì)算管長(zhǎng)計(jì)算
　　城市管網(wǎng)管段總長(zhǎng)度為12820m，單位管長(zhǎng)承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)為11.7人/米。這樣，通過(guò)前述取權(quán)值的方法得到各管段的原長(zhǎng)和計(jì)算管長(zhǎng)對(duì)照表如表1：
　　表1

　　3.3節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算
　　有了表1中的管段原長(zhǎng)和計(jì)算長(zhǎng)度，現(xiàn)在就可以進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量的計(jì)算。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量都是由三部分組成的，即生活用水量、未預(yù)見(jiàn)及漏失水量和集中流量（假設(shè)澆灑道路及綠化用水與最高時(shí)用水錯(cuò)開(kāi)）[2]。由于未預(yù)見(jiàn)及漏失水量和集中流量與管段承擔(dān)的服務(wù)人口數(shù)沒(méi)有關(guān)系，故對(duì)未預(yù)見(jiàn)及漏失水量，仍采用管段原長(zhǎng)，按照未預(yù)見(jiàn)及漏失水量與管段原長(zhǎng)成正比進(jìn)行分配計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的未預(yù)見(jiàn)及漏失水量，對(duì)于生活用水量，則采用管段的計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算比流量和沿線流量，最后折算成節(jié)點(diǎn)的生活用水量。然后再對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的生活用水量、未預(yù)見(jiàn)及漏失水量和集中流量進(jìn)行疊加，以疊加值作為該節(jié)點(diǎn)的最終節(jié)點(diǎn)流量。
　　3.4計(jì)算結(jié)果比較
　　3.4.1設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果
　　以最終節(jié)點(diǎn)流量為基礎(chǔ)，在原設(shè)計(jì)選定的管徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行流量分配和平差計(jì)算，得到的結(jié)果如圖2所示（L為管長(zhǎng)，DN為管徑，h為水頭損失）：
　　
　　圖2
　　以最終節(jié)點(diǎn)流量為基礎(chǔ)，重新進(jìn)行管段流量的分配和初選管徑，然后進(jìn)行平差計(jì)算，得到的結(jié)果如圖3所示（L為管長(zhǎng)，DN為管徑，h為水頭損失）：
　　
　　圖3
　　3.4.2水頭損失比較
　　從圖2和圖3可以看出，兩者的水頭損失分別是20.08米和11.75米，后者節(jié)省了8.23米的水頭損失。
　　3.4.3工程投資比較
　　從圖2和圖3可以看出，二者選用的管徑及其相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度是大致相當(dāng)?shù)模�若選用相同的定額標(biāo)準(zhǔn)，則工程投資也是大致相當(dāng)?shù)摹?br /> 　　4結(jié)論：
　　1．從以上算例可知，是否考慮人口分布不均的影響，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的差別是很大的。
　　2．對(duì)于已建成的城市給水管網(wǎng)，考慮人口分布不均的影響，采用對(duì)管段長(zhǎng)度取權(quán)值的方法，可以對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化校核，幫助我們找到設(shè)計(jì)不合理的管段；對(duì)于新建管網(wǎng)，若能根據(jù)城市的總體規(guī)劃和功能分區(qū)，適當(dāng)?shù)目紤]人口分布不均的影響，將有助于使我們的設(shè)計(jì)更加趨近于實(shí)際情況，更加合理。
　　3、節(jié)點(diǎn)流量還應(yīng)與管段埋設(shè)地段的用水量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，如果能夠加以考慮，將會(huì)更加接近實(shí)際情況。
　　參考文獻(xiàn):
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　　[3]楊玉奎.規(guī)劃設(shè)計(jì)中給水管網(wǎng)計(jì)算方法的改進(jìn).廣州大學(xué)學(xué)報(bào)[J]2004.5466-469