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摘要：确保城市供水，是一个地区经济与社会发展的关键，经济社会要发展必须首先坚持供水先行。建立一套完善的供水系统是保证城市供水效率的必要措施和基本条件。本文对供水管网系统进行分类，并浅析各类别对可靠性的影响。
关键词：供水管网系统；可靠性；
中图分类号：S276文献标识码： A
引言
城市供水管网系统是现代化城市最重要的基础设施之一，其运行可靠与否直接影响着人们的日常生活和工业生产。随着现代科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高，供水管网系统的可靠性成为近年来研究的热点之一。在管网优化设计中，注重供水系统的可靠性分析，可对管网薄弱环节进行预防控制，从而提高管网系统的投资效益。
1．供水系统的可靠性概念
1.1供水系统的可靠性概念
可靠性是指产品在规定条件下合规定时间内完成规定功能的能力，表示在一定时间内产品无故障发生的概率。而所谓供水系统的可靠性是指在规定时间内，在规定的使用状态下供水系统完成预定功能的性能。
1.2供水系统的子系统
根据供水系统的组成可分为水源、泵站、水处理构筑物、输水管和管网。
2.水源的可靠性分析
水源是供水系统的基础内容，因此保证水源可靠性是保障供水系统可靠性的首要任务。
2.1水源的分类
供水系统的水源可分为地表水资源及地下水资源两类。
地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气的水，是河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称地表水含盐量和硬度较低，但水质随季节变化较大，枯水期含盐量、硬度较高，浊度较低；而丰水期由于受降水量的影响，含盐量、硬度较低，浊度较高。目前多以地表水作为主要取水水源。
水源情况将影响水处理设施、构筑物及水处理工艺选择情况，从而影响生产成本及运行效益。
2.2地表水源可靠性指标
地表水源的可靠性需以水源的实际水文情况作为依据，其指标选择通常涉及供水量及水质。
水源供水量的可靠性指标通常采用取水保证率。取水保证率是指从水源按最大设计流量正常取水的概率。根据《室外设计供水规范》规定，用地表水作为城市供水水源时,其设计枯水流量的保证率,应根据城市规模和工业大用户的重要性选定,一般可采用90%~97%。为了保证水源的可靠性,必须对所选择的水源进行勘察，然后通过技术经济比较后综合考虑选择水源。在条件允许的情况下，需保证多水源供应，以避免单水源出现故障或供水管网出现故障时，造成供水系统的瘫痪，对供水企业及用户造成经济损失。
3.泵站的可靠性分析
3.1泵站可靠性概念
泵站的可靠性是指在一定时段内, 以满足用户供水要求为前提, 完成用户供水要求的能力。按照一定的可靠性要求进行泵站系统设计, 可以排除一些主要的不可靠因素和降低泵站失效时的严重程度, 从而大大提高泵站可靠性。
3.2泵站可靠性指标
影响供水泵站可靠性的主要因素是泵站方案设计时如何考虑其在运行过程中的可靠性。
泵站可靠性设计的要点是根据用户提出的事故流量百分比进行分组, 各组之间关系应相对独立。系统的可靠性可以用系统的可靠度来表示。给水泵站系统的可靠度是指在给定时段内, 以满足用户供水要求为前提, 泵站完成供水要求的概率, 用Rt表示。供水泵站系统的累计失效率( 以下称失效率) 是指在给定时段内, 不能满足用户最低供水要求的累计概率, 用Ft表示。
设用户允许泵站系统最低的供水流量为Q0,在规定时间t内累计有tf时间供水流量QfQ。,则泵站系统的可靠度为:
Rt=tt/t=(t-tf)/t=1-tf/t
根据泵站运行的工艺流程顺序，泵站系统可划分为配水廊道、进水井及进水井闸板、水泵进水管及进水阀门、水泵机组、出水止回阀与出水控制阀、水泵联络管、水泵出水管及其阀门等八部分；其对应的可靠性指数范围分别为：0.99-0.996、0.667-0.7、0.90-0.96、0.8-0.999、0.85-0.96、0.95-0.99。其中，吸水井与联络管的设计非常重要; 泵站的可靠性可以按照单元串、并联的可靠度原理进行类比计算, 其结果对泵站的设计具有重要的指导意义。
4.输水管和管网可靠性分析
4.1供水管网可靠性概念
供水管网是供水系统中的重要组成部分，其功能是保证用户获得所需的水量和水压。供水管网的可靠性是指在给定的工作条件下向用水点按一定的水压和水量要求持续输水的能力。
4.2供水管网可靠性评价
评价供水管网可靠性的方法可以分成两类：①基于水力模拟的方法，在管网组件故障状态下根据节点水压及可得水量对管网可靠性进行分析。但这类方法的共同特点是需要进行大量的水力模拟，求解时间较长。②基于水源节点和其他供水节点的可连接性对管网可靠性进行分析。这类方法主要从管网静态结构出发计算管网的可靠度，这类分析一般认为一个节点需要至少一条路径与水源点连接，该节点需求就可以满足，这显然不符合实际。
据此，供水管网通常会出现两类故障：机械故障和水力故障。机械故障指系统本身的部件故障，如泵、管段等损坏；水力故障指实际需求量超过设计值而引起的功能下降。
4.3供水管网可靠性分析
在分析管网可靠性之前，对管网做出如下假设：
①管网组件只有正常和失效两种状态；给水管网中的供水节点有正常、失效和介于正常和失效之间三种状态。介于失效与正常之间的状态是指供永节点部分满足规定的功能要求，本文把該状态折算为正常状态。
②管网组件的状态转移率，即故障率和修复率均为常数，并且组件或系统的故障和修复是相互独立的。
③在管网的所有组件中，只考虑管段发生故障对可靠性的影响。
给水管网中管段属于恢复性组件，通常把管段故障率、修复率和管段的稳态可用度作为管段组件的可靠性指标。
管段的故障统计有一定的特殊性，给水管道是连通的系统，其各年组件总数用管线的长度计量。管段故障强度一般取为管段在单位时间内单位长度发生故障的次数与管长的乘积。关于管道的管径的影响，在研究表明，对于同一根管段，每年每米长度管道的破裂次数善的值随管径的增加而呈减少趋势，原因可能是管径大的管道其管壁比管径小的管壁厚，从而抵抗外界侵蚀和内界水压冲击的能力就相对较高。
综上所述，影响城市给水管网管段故障强度旯值的因素很多，其中部分影响(如外界环境的影响)还具有较强的不确定性。由于管网元件的故障基础数据来源于系统运行部门的故障记录，因此运行部门应及时登记管网元件在运行过程中损坏的内容、程度、原因、时间以及收集关于已损坏管段的所有有用信息，这些信息是取得元件可靠性指标数值的唯一来源。
管道修复率一般取为管段在单位时间内完成修复的次数，通常只能根据对当地的维修数据进行数理统计得出。其值的大小主要与维修类型，故障管道在管网中所处的位置、修复工作条件的特点、检修队的技术熟练程度、它们的数量以及通讯和信号的完善程度等因素有关，但这些因素均受地方条件的影响。
管网可用度是指在一定的环境、使用和维修的条件下，在设定的时间段内组件处于正常工作的概率。
参考文献：
[1]张怀宇.供水系统可靠性研究[J].中国供水排水,1998,14(1)
[2]阮东.谈谈自来水管网改造.现代经济信息，2009(17)
[3]何文杰.赵洪宾.郑毅.韩宏大.天津市供水管网信息管理及分析系统.中国供水排水2001,17(4)
[4]阮东.谈谈自来水管网改造.现代经济信息，2009(17)
[5]王勇.城市雨水管网系统设计可靠性探析.中国新技术新产品2010(10)
关键词：供水管网系统；可靠性；
中图分类号：S276文献标识码： A
引言
城市供水管网系统是现代化城市最重要的基础设施之一，其运行可靠与否直接影响着人们的日常生活和工业生产。随着现代科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高，供水管网系统的可靠性成为近年来研究的热点之一。在管网优化设计中，注重供水系统的可靠性分析，可对管网薄弱环节进行预防控制，从而提高管网系统的投资效益。
1．供水系统的可靠性概念
1.1供水系统的可靠性概念
可靠性是指产品在规定条件下合规定时间内完成规定功能的能力，表示在一定时间内产品无故障发生的概率。而所谓供水系统的可靠性是指在规定时间内，在规定的使用状态下供水系统完成预定功能的性能。
1.2供水系统的子系统
根据供水系统的组成可分为水源、泵站、水处理构筑物、输水管和管网。
2.水源的可靠性分析
水源是供水系统的基础内容，因此保证水源可靠性是保障供水系统可靠性的首要任务。
2.1水源的分类
供水系统的水源可分为地表水资源及地下水资源两类。
地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气的水，是河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称地表水含盐量和硬度较低，但水质随季节变化较大，枯水期含盐量、硬度较高，浊度较低；而丰水期由于受降水量的影响，含盐量、硬度较低，浊度较高。目前多以地表水作为主要取水水源。
水源情况将影响水处理设施、构筑物及水处理工艺选择情况，从而影响生产成本及运行效益。
2.2地表水源可靠性指标
地表水源的可靠性需以水源的实际水文情况作为依据，其指标选择通常涉及供水量及水质。
水源供水量的可靠性指标通常采用取水保证率。取水保证率是指从水源按最大设计流量正常取水的概率。根据《室外设计供水规范》规定，用地表水作为城市供水水源时,其设计枯水流量的保证率,应根据城市规模和工业大用户的重要性选定,一般可采用90%~97%。为了保证水源的可靠性,必须对所选择的水源进行勘察，然后通过技术经济比较后综合考虑选择水源。在条件允许的情况下，需保证多水源供应，以避免单水源出现故障或供水管网出现故障时，造成供水系统的瘫痪，对供水企业及用户造成经济损失。
3.泵站的可靠性分析
3.1泵站可靠性概念
泵站的可靠性是指在一定时段内, 以满足用户供水要求为前提, 完成用户供水要求的能力。按照一定的可靠性要求进行泵站系统设计, 可以排除一些主要的不可靠因素和降低泵站失效时的严重程度, 从而大大提高泵站可靠性。
3.2泵站可靠性指标
影响供水泵站可靠性的主要因素是泵站方案设计时如何考虑其在运行过程中的可靠性。
泵站可靠性设计的要点是根据用户提出的事故流量百分比进行分组, 各组之间关系应相对独立。系统的可靠性可以用系统的可靠度来表示。给水泵站系统的可靠度是指在给定时段内, 以满足用户供水要求为前提, 泵站完成供水要求的概率, 用Rt表示。供水泵站系统的累计失效率( 以下称失效率) 是指在给定时段内, 不能满足用户最低供水要求的累计概率, 用Ft表示。
设用户允许泵站系统最低的供水流量为Q0,在规定时间t内累计有tf时间供水流量Qf
Rt=tt/t=(t-tf)/t=1-tf/t
根据泵站运行的工艺流程顺序，泵站系统可划分为配水廊道、进水井及进水井闸板、水泵进水管及进水阀门、水泵机组、出水止回阀与出水控制阀、水泵联络管、水泵出水管及其阀门等八部分；其对应的可靠性指数范围分别为：0.99-0.996、0.667-0.7、0.90-0.96、0.8-0.999、0.85-0.96、0.95-0.99。其中，吸水井与联络管的设计非常重要; 泵站的可靠性可以按照单元串、并联的可靠度原理进行类比计算, 其结果对泵站的设计具有重要的指导意义。
4.输水管和管网可靠性分析
4.1供水管网可靠性概念
供水管网是供水系统中的重要组成部分，其功能是保证用户获得所需的水量和水压。供水管网的可靠性是指在给定的工作条件下向用水点按一定的水压和水量要求持续输水的能力。
4.2供水管网可靠性评价
评价供水管网可靠性的方法可以分成两类：①基于水力模拟的方法，在管网组件故障状态下根据节点水压及可得水量对管网可靠性进行分析。但这类方法的共同特点是需要进行大量的水力模拟，求解时间较长。②基于水源节点和其他供水节点的可连接性对管网可靠性进行分析。这类方法主要从管网静态结构出发计算管网的可靠度，这类分析一般认为一个节点需要至少一条路径与水源点连接，该节点需求就可以满足，这显然不符合实际。
据此，供水管网通常会出现两类故障：机械故障和水力故障。机械故障指系统本身的部件故障，如泵、管段等损坏；水力故障指实际需求量超过设计值而引起的功能下降。
4.3供水管网可靠性分析
在分析管网可靠性之前，对管网做出如下假设：
①管网组件只有正常和失效两种状态；给水管网中的供水节点有正常、失效和介于正常和失效之间三种状态。介于失效与正常之间的状态是指供永节点部分满足规定的功能要求，本文把該状态折算为正常状态。
②管网组件的状态转移率，即故障率和修复率均为常数，并且组件或系统的故障和修复是相互独立的。
③在管网的所有组件中，只考虑管段发生故障对可靠性的影响。
给水管网中管段属于恢复性组件，通常把管段故障率、修复率和管段的稳态可用度作为管段组件的可靠性指标。
管段的故障统计有一定的特殊性，给水管道是连通的系统，其各年组件总数用管线的长度计量。管段故障强度一般取为管段在单位时间内单位长度发生故障的次数与管长的乘积。关于管道的管径的影响，在研究表明，对于同一根管段，每年每米长度管道的破裂次数善的值随管径的增加而呈减少趋势，原因可能是管径大的管道其管壁比管径小的管壁厚，从而抵抗外界侵蚀和内界水压冲击的能力就相对较高。
综上所述，影响城市给水管网管段故障强度旯值的因素很多，其中部分影响(如外界环境的影响)还具有较强的不确定性。由于管网元件的故障基础数据来源于系统运行部门的故障记录，因此运行部门应及时登记管网元件在运行过程中损坏的内容、程度、原因、时间以及收集关于已损坏管段的所有有用信息，这些信息是取得元件可靠性指标数值的唯一来源。
管道修复率一般取为管段在单位时间内完成修复的次数，通常只能根据对当地的维修数据进行数理统计得出。其值的大小主要与维修类型，故障管道在管网中所处的位置、修复工作条件的特点、检修队的技术熟练程度、它们的数量以及通讯和信号的完善程度等因素有关，但这些因素均受地方条件的影响。
管网可用度是指在一定的环境、使用和维修的条件下，在设定的时间段内组件处于正常工作的概率。
参考文献：
[1]张怀宇.供水系统可靠性研究[J].中国供水排水,1998,14(1)
[2]阮东.谈谈自来水管网改造.现代经济信息，2009(17)
[3]何文杰.赵洪宾.郑毅.韩宏大.天津市供水管网信息管理及分析系统.中国供水排水2001,17(4)
[4]阮东.谈谈自来水管网改造.现代经济信息，2009(17)
[5]王勇.城市雨水管网系统设计可靠性探析.中国新技术新产品2010(10)