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【摘 要】 作为城市关键的基础设施，城市给水管网在人们的日常生活以及生产中发挥着重要的作用。随着科学技术的不断发展，目前关于给水管网的研究越来越多。为了有效的开展管网系统的维护以及改造改造，笔者对我市的给水管网系统进行了可靠性评估，希望能找出薄弱环节。
【关键词】 给水管网；泵站；输水管；可靠性
一、前言
现代化的城市离不开给水系统，可以说其是经济发展，人民生活以及城市文明的重要标志。城市给水系统的作用是：为用户提供足够的水压以及水量，此外还提供符合卫生标准的水。如果发生停水的状况，那么就会给生产和生活造成严重的影响和干扰。城市给水管网主要由以下几个部分组成：配水网、给水干网、调节构筑物以及泵站等。
可靠性问题。科学技术在不断的发展，人口也在急剧的增加，而给水系统由于长时间的运作而面临比较严重的老化问题，因此可靠性问题浮出水面，引起人们的重视。由于给水系统每时每刻都在提供水，而其主要是在城市道路的下面，因此发生事故的概率比较大，及时发生了也难以进行处理和维修，这样造成的危害就更大，可靠性问题愈发重要。
二、给水管网系统可靠性分析及水力计算的基础理论
1、可靠性理论基础
可靠性的基本概念。有关专家是这样定义可靠性的：可靠性指的是一个产品在一定的条件下以及一定的时间内，完成规定功能的能力。因此，我们可以看出可靠性和规定的功能、一定的条件以及规定的时间有着很大的关系。一定的条件指的是：储存条件、使用时的环境条件以及运输条件等。一定的时间指的是：我们一般所说的时间概念，比如：天、小时以及年等。规定的功能指的是：依据使用要求与生产能力，由技术标准规定的。
给水管网的水利计算。在给水管网水力计算时，我们一般会用到这个公式：
2、泵站和输水管的可靠性分析
泵站的可靠性分析。泵站的可靠性指标包括：故障率λ（t）、故障概率f（t）、可靠度R（t）、平均无故障工作时间MTBF等。而笔者使用的可靠性指标有：平均无故障工作状态、稳态可用度以及平均修复时间。我们要对泵站系统进行及时的维修和养护，对一些损耗和发生故障的元件要及时的进行更换。一般泵站系统会处于正常和故障的交替状态，而在一定的工作时间内包括修复—故障—修复的全过程。笔者以水泵机组为了进行可靠性分析。泵站的核心部分是水泵机组，我们可以在图1中看到其随时间的变化过程。
水泵机组发生故障的原因主要有以下几个方面：转子零件与轴磨损、安装时存在问题、机组设备的质量、工作叶轮的磨损与破坏以及一些不可预料的因素。
图2是泵站系统的可靠性框图，可以看出有5个可靠性单元，此外这几个单元系统是一个串联系统。为了不使用求解复杂的微分方程组，笔者采用可靠性单元法实施了计算。
我们在对实际泵站系统进行描述时，使用到了马尔柯夫过程，即：系统未来的状态仅仅和目前的状态有关，和过去的状态没有关系。以下是其数学表述：
设{X（t），t≥0}是取值在E={0，1，2，...}或E={0，1，2，...N}上的一个随机过程。如果对任意自然数N，及任意N个时刻点0≤t1 泵站的可靠性设计：（1）配水管道。一般设计不用分段，但是除了以下状况：实际不允许停水检修、阀门的检修时间大大的超过了允许最大持续断水时间。配水将配水廊道设置在廊道上，满足清淤的需要。（2）进水井。在确定进水井的数量的设计时，需要参考允许事故供水量的百分比。（3）水泵进水管。为了保证水泵机组工作的独立性，在设计水泵进水管时要单独进行设计。（4）水泵机组。我们使用的是储备法。（5）泵站出水管及其阀门。泵站出水管在设计时，最好为两条。阀门应该全部为检修阀门。（6）水泵联络管。水泵联络管的分段数要和泵吸水井分格数以及水泵分组数一样。
3、输水管的可靠性分析
笔者在研究后发现，单管输水管系统的可靠度最低，其次是不设联络管的双管输水管系统的可靠度次之，而设有联络管的双管输水管系统的可靠度是最好的。因此，在设计时可以使用设有联络管的双管输水管系统。
三、给水管网可靠性分析以及优化设计
1、可靠性分析
给水管网的可靠性有：水压、水量以及水质。通常，系统网络结构可靠度的计算方法有：真值法、卡诺图法、全概率公式法以及最小路集法等。其中，最小路集法比较常用。我们可以在图3中看到水管网可靠性评估流程。
2、工程应用
在对某市的城市给水管网进行分析后，笔者求出了城市给水管网各节点和全部管网系统的供水可靠性，见表1。
措施：（1）对于管段1、2、9、11、22，要放大管径，这样管段水头损失就会降低。扩大后管径是：DN500、DN400、DN400、DN500、DN350。对于其他的管道，增加配水管或支管。（2）采取变频调速水泵恒压供水。（3）使用PE管，这样既可以防止管内水质二次污染，也可以有效的降低管段水头损失。（4）无负压供水设备方案的优化设计。传统变频恒压供水系统的应用为无负压供水系统的应用提供了基础。无负压供水系统属于一种新型的供水模式，可以说是对传统供水模式的一种突破。该系统并非是对管件阀门、水泵以及控制柜进行简单地组合，而是应用了目前的电子信息技术，此外機械设备应用技术也在该系统中得到了使用无负压供水系统主要由以下几个部分组成：真空抑制器、预压自平衡器、过滤器、控制柜、由变频调速水泵机组、稳流补、压力和流量传感器以及倒流防止器等。在对无负压供水设备进行应用时，我们需要对其功能原理模式进行分析。这样才可以更快的解决现实的一些问题，综合效益才会得到提升。例如，对真空抑制器控制模式进行研究和分析，此外对稳流补偿器进行剖析，这样当遇到用户过量用水以及市政管网出现问题时，就会容易解决。当运行工作的过程中，使用真空抑制器，实施稳流补偿器空气的进入，这样就可以确保补偿器至断流水箱的转变。对负压进行积极的抑制。当我们使用温流补偿器时，对液位进行控制，这样对水泵等设备的控制就会实现。压力控制点方式，如果市政管网出现供水不足，或者是市政管网供给能力跟不上用户用水量时，直起变流量恒压供水泵。等到供水的要求得到满足后，这时系统就会自动恢复到正常状态。
使用上面的措施后，我们求出了整个管网系统的供水可靠性情况，见表2，可见供水可靠性得到了大幅度的提高。
四、结束语
笔者从给水管网系统可靠性及水力计算的基础理论、泵站和输水管的可靠性以及给水管网可靠性三个方面入手对水管网的可靠性分析与优化设计进行了分析和探讨，最后从实际的工程例子出发进行分析，希望对大家有所帮助。
参考文献：
[1]赵新华，陈春芳，郑毅.给水管网可靠度的计算[J].中国给水排水.2013（34）.
[2]张宏伟.供水管道漏损预测模型研究[J].中国给水排水，2013（34）.
[3]马鑫，隋锐.水管网的可靠性分析与优化设计[J].重庆大学学报.2012（23）.
【关键词】 给水管网；泵站；输水管；可靠性
一、前言
现代化的城市离不开给水系统，可以说其是经济发展，人民生活以及城市文明的重要标志。城市给水系统的作用是：为用户提供足够的水压以及水量，此外还提供符合卫生标准的水。如果发生停水的状况，那么就会给生产和生活造成严重的影响和干扰。城市给水管网主要由以下几个部分组成：配水网、给水干网、调节构筑物以及泵站等。
可靠性问题。科学技术在不断的发展，人口也在急剧的增加，而给水系统由于长时间的运作而面临比较严重的老化问题，因此可靠性问题浮出水面，引起人们的重视。由于给水系统每时每刻都在提供水，而其主要是在城市道路的下面，因此发生事故的概率比较大，及时发生了也难以进行处理和维修，这样造成的危害就更大，可靠性问题愈发重要。
二、给水管网系统可靠性分析及水力计算的基础理论
1、可靠性理论基础
可靠性的基本概念。有关专家是这样定义可靠性的：可靠性指的是一个产品在一定的条件下以及一定的时间内，完成规定功能的能力。因此，我们可以看出可靠性和规定的功能、一定的条件以及规定的时间有着很大的关系。一定的条件指的是：储存条件、使用时的环境条件以及运输条件等。一定的时间指的是：我们一般所说的时间概念，比如：天、小时以及年等。规定的功能指的是：依据使用要求与生产能力，由技术标准规定的。
给水管网的水利计算。在给水管网水力计算时，我们一般会用到这个公式：
2、泵站和输水管的可靠性分析
泵站的可靠性分析。泵站的可靠性指标包括：故障率λ（t）、故障概率f（t）、可靠度R（t）、平均无故障工作时间MTBF等。而笔者使用的可靠性指标有：平均无故障工作状态、稳态可用度以及平均修复时间。我们要对泵站系统进行及时的维修和养护，对一些损耗和发生故障的元件要及时的进行更换。一般泵站系统会处于正常和故障的交替状态，而在一定的工作时间内包括修复—故障—修复的全过程。笔者以水泵机组为了进行可靠性分析。泵站的核心部分是水泵机组，我们可以在图1中看到其随时间的变化过程。
水泵机组发生故障的原因主要有以下几个方面：转子零件与轴磨损、安装时存在问题、机组设备的质量、工作叶轮的磨损与破坏以及一些不可预料的因素。
图2是泵站系统的可靠性框图，可以看出有5个可靠性单元，此外这几个单元系统是一个串联系统。为了不使用求解复杂的微分方程组，笔者采用可靠性单元法实施了计算。
我们在对实际泵站系统进行描述时，使用到了马尔柯夫过程，即：系统未来的状态仅仅和目前的状态有关，和过去的状态没有关系。以下是其数学表述：
设{X（t），t≥0}是取值在E={0，1，2，...}或E={0，1，2，...N}上的一个随机过程。如果对任意自然数N，及任意N个时刻点0≤t1
3、输水管的可靠性分析
笔者在研究后发现，单管输水管系统的可靠度最低，其次是不设联络管的双管输水管系统的可靠度次之，而设有联络管的双管输水管系统的可靠度是最好的。因此，在设计时可以使用设有联络管的双管输水管系统。
三、给水管网可靠性分析以及优化设计
1、可靠性分析
给水管网的可靠性有：水压、水量以及水质。通常，系统网络结构可靠度的计算方法有：真值法、卡诺图法、全概率公式法以及最小路集法等。其中，最小路集法比较常用。我们可以在图3中看到水管网可靠性评估流程。
2、工程应用
在对某市的城市给水管网进行分析后，笔者求出了城市给水管网各节点和全部管网系统的供水可靠性，见表1。
措施：（1）对于管段1、2、9、11、22，要放大管径，这样管段水头损失就会降低。扩大后管径是：DN500、DN400、DN400、DN500、DN350。对于其他的管道，增加配水管或支管。（2）采取变频调速水泵恒压供水。（3）使用PE管，这样既可以防止管内水质二次污染，也可以有效的降低管段水头损失。（4）无负压供水设备方案的优化设计。传统变频恒压供水系统的应用为无负压供水系统的应用提供了基础。无负压供水系统属于一种新型的供水模式，可以说是对传统供水模式的一种突破。该系统并非是对管件阀门、水泵以及控制柜进行简单地组合，而是应用了目前的电子信息技术，此外機械设备应用技术也在该系统中得到了使用无负压供水系统主要由以下几个部分组成：真空抑制器、预压自平衡器、过滤器、控制柜、由变频调速水泵机组、稳流补、压力和流量传感器以及倒流防止器等。在对无负压供水设备进行应用时，我们需要对其功能原理模式进行分析。这样才可以更快的解决现实的一些问题，综合效益才会得到提升。例如，对真空抑制器控制模式进行研究和分析，此外对稳流补偿器进行剖析，这样当遇到用户过量用水以及市政管网出现问题时，就会容易解决。当运行工作的过程中，使用真空抑制器，实施稳流补偿器空气的进入，这样就可以确保补偿器至断流水箱的转变。对负压进行积极的抑制。当我们使用温流补偿器时，对液位进行控制，这样对水泵等设备的控制就会实现。压力控制点方式，如果市政管网出现供水不足，或者是市政管网供给能力跟不上用户用水量时，直起变流量恒压供水泵。等到供水的要求得到满足后，这时系统就会自动恢复到正常状态。
使用上面的措施后，我们求出了整个管网系统的供水可靠性情况，见表2，可见供水可靠性得到了大幅度的提高。
四、结束语
笔者从给水管网系统可靠性及水力计算的基础理论、泵站和输水管的可靠性以及给水管网可靠性三个方面入手对水管网的可靠性分析与优化设计进行了分析和探讨，最后从实际的工程例子出发进行分析，希望对大家有所帮助。
参考文献：
[1]赵新华，陈春芳，郑毅.给水管网可靠度的计算[J].中国给水排水.2013（34）.
[2]张宏伟.供水管道漏损预测模型研究[J].中国给水排水，2013（34）.
[3]马鑫，隋锐.水管网的可靠性分析与优化设计[J].重庆大学学报.2012（23）.