浅析城市供水管网系统设计

张淑梅

武城县瑞源城乡供水有限公司253300

摘要：供水系统是城市市政管网的重要组成部分，随着城市规模的扩大，供水管网也越来越庞大。由于城市地下的自来水管线埋设情况复杂，资料管理混乱，容易造成设计上的失误和基础设施建设中的供水管线损坏的事故。文章结合工程实例针对供水管网设计与施工中遇到的问题进行了探讨。

关键词：城市供水；管网设计；管网施工

引言

随着城市的发展速度愈来愈快，城市市政供水问题与城市的发展根源问题息息相关，为了保障人们基本的生活水平，良好的供水管网能够保障城市发展的继续，改善城市市政供水的服务质量。城市供水系统一般由取水、净水和输配水三个子系统组成，输配水管网是城市供水系统的重要组成部分，它担负着把水安全可靠地输配到用户，并满足用户对水量、水压和水质的要求。供水工程建设中，输配水管网的投资占整个供水工程投资的60%、80%，而且还涉及每年庞大的能量消耗，同时管网的运行状态还影响着供水水质。因此，对供水管网技术经济合理性进行研究，探讨如何对管网进行统一规划、合理布局、优化设计，并合理选择管径、布置泵站，以期达到降低投资，节约能量和保证安全供水的目的，对提高供水系统的经济效益和社会效益有着重要的意义。

一、城市市政供水管网存在的问题

1.1城市市政供水管网规划布局不科学

城市市政供水管网是一项巨大的设计管理工程，尤其它规划设计管理需要非常科学的、先进的技术才能完成，同时需要城市付出巨额的资金、大量的人力参与到其日常管理与维护工作中。由于我国大部分在这方面的经验相对缺乏，技术相对滞后，尤其是一些中大城市的老城区，造成城市供水系统规划不科学，布局相对落后，更不上城市建设发展的脚步，无法满足城市居民的日常起居生活与生产工作的需求，一定程度上阻碍的城市发展。

1.2城市市政供水管网设备发展滞后

在大多建设发展多年的老城市当中，尤其是老城区的供水系统更新相当缓慢。根据国家城市建设统计数据显示，我国大部分中大城市的老城区关于供水管网建设都是相对落后，大部分管网的设备都超过了30年的使用年限，在城市运行过程中又缺乏有效的管道维护与维修，经常出现管道爆裂或堵塞的现象，由此带来的经济损失占到城市供水管网的成本的10%以上，严重地影响的供水系统的管理成本费用，同时还白白浪费大量的水资源。

二、城市供水管网系统设计具体建设

2.1整体系统构成

根据以上的功能分析，供水管网调度系统主要由供水管网调度中心（含系统主机、服务器）、N个管网PLC站点组成。管网调度中心设置在总公司调度室，管网PLC站点安装在管网监测点上，系统采用一对多的组网方式（1：N）。其中管网PLC站点是基础，主要是采集管网压力、流量等参数，然后通过GPRS网络或Internet网络传回数据到调度系统主机。系统主机进行数据处理（数据画面展示、曲线分析、网络发布、数据补传等），并将数据存储到服务器中。备机的作用主要是防止主机掉电、死机等特殊情况的数据丢失。

2.2供水管网调度中心软件的设计

本软件系统的主要功能包括数据通信、数据存储和管理、曲线分析、报表打印、系统组态（画面展示）等功能，见图1。该软件系统可以完成管网压力、流量、水厂数据的数据采集和分析处理。

2.3管网PLC站点的设计

PLC站点主要实现的功能为：

模拟量/开关量输入（压力、流量、或者水泵、阀门的工作状态）；实时接收中心调度室的的命令（随机点测、定时巡测、补调数据等），将相应的数据（流量、压力、开关状态等）发送回中心调度室；定时存储数据：（30分钟或15分钟存一次，时间可调），定时将数据通过GPRS

传送至中心调度室。PLC站点主要由主机（PLC）、直流开关电源、GPRS模块、接线端子等几部分组成，其实际接线箱如图2所示。其中PLC选用的是西门子CPU224XP型号，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点，还具有2个RS485通讯/编程口。在实际设计时，一个RS485口可以与GPRS模块通讯，另一个可以作为程序下载口或者流量信号（RS485输出）采集输入端。如果流量输出信号是脉冲输出，则可通过开关量接口输入；如果是4～20mA模拟信号，则通过模拟量接口接入。目前仅采集的是压力、流量模拟量数据，如果还想采集余氯、浊度等其他模拟量，则可通过扩展模拟量模块来接入。

2.4WEB发布软件的设计

WEB软件系统采用ASP.NET进行开发，该最大的特点是和供水管网调度中心软件系统进行无缝的结合，供水管网调度中心软件系统定义的画面、报表都可以在WEB里面查看，供水管网调度中心软件系统的图形画面、报表定义改变后，直接进行发布，即可更新到WEB里面，系统维护非常简单；另外WEB显示采用动态局部刷新技术，背景图经过压缩，而且在数据更新时，只是数据显示的位置进行局部更新，画面背景不变，画面无抖动，实时性高。WEB软件仅进行数据显示，无控制功能，保证系统的安全性。

三、社会效益和经济效益

在该系统投入使用前，对相关管网压力状况是无法实时监测的，供水系统的运行是根据人工的经验来进行调度的，缺乏科学的手段和依据；本系统投入使用后，调度运行人员可以实时动态地掌握整个管网关键点的压力，动态调整水厂的机泵开机组合，在保障供水服务压力、及时发现供水事故、保障管网的安全运行等方面效果明显；另外，系统记录的历史数据，也是公司今后进行管网设计和分析的重要数据来源。该系统的建设不仅提高了供水效率，而且为管网改建扩建提供宝贵的依据。

四、结语

该供水管网调度系统得到了很好的应用，为供水调度提供了科学技术手段。现在仅采集管网压力、流量数据，如果后期有余氯、浊度等水质参数需要采集，则可通过扩展模拟量模块接入，非常简单。系统五脏俱全，具有投入相对较少等优点，尤其针对分散的管网点，采用了GPRS通信方式，非常实用。当然，该系统也存在一些不足：（1）系统组态相对复杂，且功能少，画面不够美观。该调度中心软件是基于VB开发，不像Intouch或IFIX等专门的工控组态软件比较成熟，有专门的库图，并能通过简单脚本编写实现系统组态。（2）系统的兼容性相对较差，尤其对不同品牌的PLC的接入，需要开发专门的驱动程序。希望在功能丰富性、使用简单化及系统兼容性等方面有进一步的完善。

参考文献：

[1]尹学农，任群，王国华，王雪峰．给水排水管网工程设计优化与运行管理[M]．北京：化学工业大学，2007．

[2]苗秀荣．城市给水管网优化设计研究[J]．工业安全与环保，2008（1）．

[3]游映玖，华松．城市给排水建设面临的问题及其解决措施[J]．西部探矿工程，2003（03）

[4]白丹，杨培君，宋立勋．环状给水管网优化设计的一种综合方法[J]．系统工程理论与实践，2007，（07）．

[5]室外给水设计规范GB50013―2006．

[6]赵敏.住宅小区节水技术分析与设计[D].河北工程大学，2016.

[7]李娜.GIS与物联网技术相结合的智慧供水系统设计[J].测绘地理信息，2017，42（06）：85-87.