人口分布不均对城市给水管网设计计算的影响

　　摘要:为了探讨城市人口分布不均匀对城市给水管网设计计算的影响，本文提出一种直接以管段承担的服务人口数为影响因子，赋予管段长度相应权值的新算法，并给出实际算例加以验算，最后得出结论。
　　关键词:给水管网;影响因子;管段长度；
　　
　　1．前言
　　城市给水管网的设计计算，其中很重要的一步就是计算各节点的节点流量，通常的做法就是先求长度比流量或者面积比流量，然后再折算成节点流量。这里面存在一个假设的前提条件，那就是假设城市人口的分布是均匀的。而实际情况却不是这样的，城市人口的分布是不均匀的，这就使得我们的假设和实际情况存在差别，特别是随着城市的重新规划、城市的功能分区和大型生活小区的出现，这种差别越来越大。虽然在设计计算的时候采取一些措施来减少这种差别，比如根据房屋层数的不同对城市进行分区，分区计算比流量[1]；对单侧供水的管段只计算一半的长度等等。但是，这些措施总体来说还是很粗糙的，因为我们不可能对城市进行太多的分区。设计计算的假设前提和实际情况存在较大的差别，就会导致我们的设计存在不合理的地方。具体的体现就是某些管段的管径选择不合理，导致较大的水头浪费和频繁的爆管事故。有没有更加有效可行的措施来消除或者减少这种差别呢？这里笔者提出一种方法以供商酌。
　　2．算法
　　上述问题的症结就在于城市人口的分布是不均匀的，使得相同长度或者承担相同大小服务面积的管段会承担不同数量的服务人口数。如果能够直接以每根管段承担的服务人口数作为影响因子，那问题就解决了。这里笔者提出的做法是以每根管段单位管长承担的服务人口数与整个城市管网单位管长承担的服务人口数的比值作为该管段管长的权值，然后以该管段的原始管长和其对应的权值的乘积作为该管段的计算管长参与节点流量的计算。这样做实际上相当于在保证整个管网总长度不变的前提下，对人口稠密地段的管段进行长度的放大，而对人口稀疏地段的管段进行长度的缩小。这里面有一个问题，即如何确定每根管段承担的服务人口数，在以前这是一个难题，现在已经很容易解决了，很多城市在建立“数字化城市”的进程中就已经包括了这样的内容，还有的城市的供水企业建立了城市给水管网的地理信息系统，其中就有这方面的数据。那么，这种根据人口分布密度给管长取权值的方法和常规计算方法相比，最后的结果会怎么样呢？下面就以中原地区某小城P市的城市给水管网为例。
　　3．算例
　　3.1算例原始资料
　　P市地处中原，城市设计人口为15万人，市内有家一发电厂、一家氮肥厂和一个火车站。原设计把整个城市当成一个区，按城市人口均匀分布考虑，设计最高时用水量为610.51L/s，其中生活用水量为456.9L/s，未预见及漏失水量为38.04L/s，发电厂用水量为46.67L/s，氮肥厂用水量为58.33L/s，火车站用水量为10.56L/s。图1为原设计结果（L为管长，DN为管径）：
　　
　　图1
　　近几年，城市的发展方针进行了调整，整个城市进行了功能分区，出现了几个规模较大、人口密集的生活小区，经过调查统计得知城市给水管网每根干管承担的服务人口数出现了很大的变化和差别。
　　
　　3.2计算管长计算
　　城市管网管段总长度为12820m，单位管长承担的服务人口数为11.7人/米。这样，通过前述取权值的方法得到各管段的原长和计算管长对照表如表1：
　　表1

　　3.3节点流量计算
　　有了表1中的管段原长和计算长度，现在就可以进行各节点的节点流量的计算。每个节点的节点流量都是由三部分组成的，即生活用水量、未预见及漏失水量和集中流量（假设浇洒道路及绿化用水与最高时用水错开）[2]。由于未预见及漏失水量和集中流量与管段承担的服务人口数没有关系，故对未预见及漏失水量，仍采用管段原长，按照未预见及漏失水量与管段原长成正比进行分配计算各节点的未预见及漏失水量，对于生活用水量，则采用管段的计算长度计算比流量和沿线流量，最后折算成节点的生活用水量。然后再对每个节点的生活用水量、未预见及漏失水量和集中流量进行叠加，以叠加值作为该节点的最终节点流量。
　　3.4计算结果比较
　　3.4.1设计计算结果
　　以最终节点流量为基础，在原设计选定的管径的基础上进行流量分配和平差计算，得到的结果如图2所示（L为管长，DN为管径，h为水头损失）：
　　
　　图2
　　以最终节点流量为基础，重新进行管段流量的分配和初选管径，然后进行平差计算，得到的结果如图3所示（L为管长，DN为管径，h为水头损失）：
　　
　　图3
　　3.4.2水头损失比较
　　从图2和图3可以看出，两者的水头损失分别是20.08米和11.75米，后者节省了8.23米的水头损失。
　　3.4.3工程投资比较
　　从图2和图3可以看出，二者选用的管径及其相对应的长度是大致相当的，若选用相同的定额标准，则工程投资也是大致相当的。
　　4结论：
　　1．从以上算例可知，是否考虑人口分布不均的影响，设计计算结果的差别是很大的。
　　2．对于已建成的城市给水管网，考虑人口分布不均的影响，采用对管段长度取权值的方法，可以对现有管网进行优化校核，帮助我们找到设计不合理的管段；对于新建管网，若能根据城市的总体规划和功能分区，适当的考虑人口分布不均的影响，将有助于使我们的设计更加趋近于实际情况，更加合理。
　　3、节点流量还应与管段埋设地段的用水量标准有关，如果能够加以考虑，将会更加接近实际情况。
　　参考文献:
　　[1]金建华.给水管网计算中若干问题的讨论[J].建材高教理论与实践.1997.4.62-63
　　[2]严煦世.给水工程[M].北京:中国建筑出版社.1999.31-34
　　[3]杨玉奎.规划设计中给水管网计算方法的改进.广州大学学报[J]2004.5466-469