摘要:為了探討城市人口分布不均勻對城市給水管網設計計算的影響，本文提出一種直接以管段承擔的服務人口數為影響因子，賦予管段長度相應權值的新算法，并給出實際算例加以驗算，最后得出結論。
　　關鍵詞:給水管網;影響因子;管段長度；
　　
　　1．前言
　　城市給水管網的設計計算，其中很重要的一步就是計算各節點的節點流量，通常的做法就是先求長度比流量或者面積比流量，然后再折算成節點流量。這里面存在一個假設的前提條件，那就是假設城市人口的分布是均勻的。而實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和實際情況存在差別，特別是隨著城市的重新規劃、城市的功能分區和大型生活小區的出現，這種差別越來越大。雖然在設計計算的時候采取一些措施來減少這種差別，比如根據房屋層數的不同對城市進行分區，分區計算比流量[1]；對單側供水的管段只計算一半的長度等等。但是，這些措施總體來說還是很粗糙的，因為我們不可能對城市進行太多的分區。設計計算的假設前提和實際情況存在較大的差別，就會導致我們的設計存在不合理的地方。具體的體現就是某些管段的管徑選擇不合理，導致較大的水頭浪費和頻繁的爆管事故。有沒有更加有效可行的措施來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
　　上述問題的癥結就在于城市人口的分布是不均勻的，使得相同長度或者承擔相同大小服務面積的管段會承擔不同數量的服務人口數。如果能夠直接以每根管段承擔的服務人口數作為影響因子，那問題就解決了。這里筆者提出的做法是以每根管段單位管長承擔的服務人口數與整個城市管網單位管長承擔的服務人口數的比值作為該管段管長的權值，然后以該管段的原始管長和其對應的權值的乘積作為該管段的計算管長參與節點流量的計算。這樣做實際上相當于在保證整個管網總長度不變的前提下，對人口稠密地段的管段進行長度的放大，而對人口稀疏地段的管段進行長度的縮小。這里面有一個問題，即如何確定每根管段承擔的服務人口數，在以前這是一個難題，現在已經很容易解決了，很多城市在建立“數字化城市”的進程中就已經包括了這樣的內容，還有的城市的供水企業建立了城市給水管網的地理信息系統，其中就有這方面的數據。那么，這種根據人口分布密度給管長取權值的方法和常規計算方法相比，最后的結果會怎么樣呢？下面就以中原地區某小城P市的城市給水管網為例。
　　3．算例
　　3.1算例原始資料
　　P市地處中原，城市設計人口為15萬人，市內有家一發電廠、一家氮肥廠和一個火車站。原設計把整個城市當成一個區，按城市人口均勻分布考慮，設計最高時用水量為610.51L/s，其中生活用水量為456.9L/s，未預見及漏失水量為38.04L/s，發電廠用水量為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為原設計結果（L為管長，DN為管徑）：
　　
　　圖1
　　近幾年，城市的發展方針進行了調整，整個城市進行了功能分區，出現了幾個規模較大、人口密集的生活小區，經過調查統計得知城市給水管網每根干管承擔的服務人口數出現了很大的變化和差別。
　　
　　3.2計算管長計算
　　城市管網管段總長度為12820m，單位管長承擔的服務人口數為11.7人/米。這樣，通過前述取權值的方法得到各管段的原長和計算管長對照表如表1：
　　表1

　　3.3節點流量計算
　　有了表1中的管段原長和計算長度，現在就可以進行各節點的節點流量的計算。每個節點的節點流量都是由三部分組成的，即生活用水量、未預見及漏失水量和集中流量（假設澆灑道路及綠化用水與最高時用水錯開）[2]。由于未預見及漏失水量和集中流量與管段承擔的服務人口數沒有關系，故對未預見及漏失水量，仍采用管段原長，按照未預見及漏失水量與管段原長成正比進行分配計算各節點的未預見及漏失水量，對于生活用水量，則采用管段的計算長度計算比流量和沿線流量，最后折算成節點的生活用水量。然后再對每個節點的生活用水量、未預見及漏失水量和集中流量進行疊加，以疊加值作為該節點的最終節點流量。
　　3.4計算結果比較
　　3.4.1設計計算結果
　　以最終節點流量為基礎，在原設計選定的管徑的基礎上進行流量分配和平差計算，得到的結果如圖2所示（L為管長，DN為管徑，h為水頭損失）：
　　
　　圖2
　　以最終節點流量為基礎，重新進行管段流量的分配和初選管徑，然后進行平差計算，得到的結果如圖3所示（L為管長，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應的長度是大致相當的，若選用相同的定額標準，則工程投資也是大致相當的。
　　4結論：
　　1．從以上算例可知，是否考慮人口分布不均的影響，設計計算結果的差別是很大的。
　　2．對于已建成的城市給水管網，考慮人口分布不均的影響，采用對管段長度取權值的方法，可以對現有管網進行優化校核，幫助我們找到設計不合理的管段；對于新建管網，若能根據城市的總體規劃和功能分區，適當的考慮人口分布不均的影響，將有助于使我們的設計更加趨近于實際情況，更加合理。
　　3、節點流量還應與管段埋設地段的用水量標準有關，如果能夠加以考慮，將會更加接近實際情況。
　　參考文獻:
　　[1]金建華.給水管網計算中若干問題的討論[J].建材高教理論與實踐.1997.4.62-63
　　[2]嚴煦世.給水工程[M].北京:中國建筑出版社.1999.31-34
　　[3]楊玉奎.規劃設計中給水管網計算方法的改進.廣州大學學報[J]2004.5466-469