余啟敏

（福建省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350001）

按照黨中央、國務(wù)院關(guān)于堅(jiān)決打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)和實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的有關(guān)要求，在全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展理念下，以人為中心，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人與自然和諧發(fā)展的根本需求，要逐漸打破城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)，縮短城鄉(xiāng)之間的差異，按照“城鄉(xiāng)供水一體化”的道路，統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化布局，這給城鄉(xiāng)融合條件下的縣域經(jīng)濟(jì)用水機(jī)理研究帶來新的問題。目前，在我國城市化進(jìn)程加快、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度加大的背景下，對(duì)城鎮(zhèn)水資源的需求日益突出。要想使城鎮(zhèn)供水工程得到更好的發(fā)展，就必須繼續(xù)加大對(duì)城鎮(zhèn)供水工程的關(guān)注。與鄉(xiāng)村供水相比，城鎮(zhèn)供水項(xiàng)目的面積更大，所需的供水管網(wǎng)也更多，所以供水管網(wǎng)的布局與規(guī)劃顯得尤為重要。為此，需要具體研究城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的供水模式和供水管網(wǎng)的劃分，以便更好地提高供水系統(tǒng)的使用效率，緩解城鎮(zhèn)中大量水資源消耗的關(guān)鍵問題。

1 影響給水設(shè)計(jì)中輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)的因素

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的供水模式和劃分有很大的影響，其中包括供水需求、周邊氣候和地理環(huán)境等。

1.1 供水需求

對(duì)供水的需求量是指用水管網(wǎng)為用戶提供的用水總量、集中用水時(shí)段等指標(biāo)反映在供水管網(wǎng)上。

1.2 地勢

當(dāng)采用重力流動(dòng)法時(shí)，必須將水廠選址在地勢高的位置，同時(shí)管線相應(yīng)埋得更深，以獲得更多的流體動(dòng)能來支撐管線的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣一方面選址相對(duì)困難，另一方面會(huì)加大工程的工作量和難度。

1.3 環(huán)境和氣象條件

（1）氣象條件：若在北部地區(qū)采用重力流工程，由于氣溫較低，管線易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象、流速減小、造成給水效果降低。

（2）來源要素：不同來源的供水系統(tǒng)有其相應(yīng)的供水系統(tǒng)，建設(shè)時(shí)要依據(jù)供水系統(tǒng)的實(shí)際狀況，合理選用相應(yīng)的供水系統(tǒng)。

（3）其他因素：如項(xiàng)目成本等，在不同程度上也會(huì)對(duì)管道劃分產(chǎn)生不同的影響。為此有關(guān)主管部門必須對(duì)其產(chǎn)生的各個(gè)方面進(jìn)行細(xì)致剖析，并針對(duì)性加以處理，以保證其在今后工作中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2 案例背景

本項(xiàng)目為霞浦縣城鄉(xiāng)供水一體化（先行啟動(dòng)工程），實(shí)施內(nèi)容為新建七都溪泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3/d，揚(yáng)程27m，并預(yù)留給牙城水廠13 000 m3/d水量。改建斗門頭抽水站，設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3/d，揚(yáng)程96 m。新建輸水管道全長10.42km（主要為DN500-DN600球墨鑄鐵管）。并對(duì)周灣水廠進(jìn)行擴(kuò)建，擴(kuò)建規(guī)模為1.0×104t/d，改造現(xiàn)狀三沙水廠，同時(shí)新建及改造三沙鎮(zhèn)區(qū)配水管網(wǎng)（管徑DN200—DN 500球墨鑄鐵管與DE20-DE160PE管）20.1 km工程。工程總投資為9 603.36萬元。

3 給水設(shè)計(jì)中的輸水方式選擇

結(jié)合此項(xiàng)目實(shí)際情況，需要選擇合適的輸水方式，這樣就需要對(duì)輸水方式進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而選擇最為科學(xué)的方式保障輸水安全。

目前在城鎮(zhèn)供水工程中，輸水方式有多種形式，常見的有重力輸水、壓力流輸或二者相結(jié)合三種方式。重力輸水是指利用重力的作用，使空氣中的空氣流動(dòng)產(chǎn)生水流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸水，重力輸水需要對(duì)城鎮(zhèn)的地勢、地形等有很高的要求，因此該方式的應(yīng)用在南方山區(qū)地方應(yīng)用較廣。在壓力流輸中，當(dāng)流量不夠時(shí)，用加壓的方法進(jìn)行輸水。在實(shí)際的輸水線路選型時(shí)，對(duì)管網(wǎng)的質(zhì)量強(qiáng)度、管網(wǎng)的承載能力、地形地貌，對(duì)供水設(shè)施也有較高的要求。在實(shí)際工程中，二者可互相配合使用，且對(duì)地形復(fù)雜地區(qū)的輸水線路應(yīng)作適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。在供水工程中，如何科學(xué)、合理地選用輸水方式，往往與當(dāng)?shù)氐牡貏?、地形、水源、供水距離等因素有很大的關(guān)系。

本工程七度溪取水工程綜合考慮到相關(guān)揚(yáng)程、造價(jià)、運(yùn)營成本、維護(hù)管理強(qiáng)度、安全性及輸水可靠性方面，最終選取了分級(jí)加壓供水的方式進(jìn)行，從七都溪左岸新建七都溪泵站提水，大致順著現(xiàn)狀景觀道路鋪設(shè)，通過倒虹吸穿過七都溪后沿著農(nóng)田鋪設(shè)到斗門頭泵站。再經(jīng)斗門頭泵站加壓穿過現(xiàn)狀水泥道路，沿著上山路明管鋪設(shè)至隧洞口，單程管線總長5.25 km。

供水水廠的選址、水位和供水線路的選擇，都會(huì)對(duì)供水系統(tǒng)運(yùn)行造成不同程度的影響。而在高海拔區(qū)域，一般采用自流輸水方式，這樣既能有效地節(jié)省能源，又能保證輸水線路的最短、最科學(xué)、最合理，在這樣的情況下，水位必須有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。另外也可利用水位的高低差來進(jìn)行輸送，但必須對(duì)輸送管道的直徑進(jìn)行控制，以便能夠滿足輸送的最大流量。在輸水時(shí)，若地面高程差異超過規(guī)范要求，則應(yīng)在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置泄壓閥，以便控制水勢和流速。而在選擇增壓輸水的時(shí)候，要從經(jīng)濟(jì)成本、輸送工藝等方面，對(duì)輸水管道進(jìn)行有效分類。在實(shí)際的輸送過程中，要根據(jù)具體的情況對(duì)其進(jìn)行增壓，要科學(xué)、合理地設(shè)置壓力的形式和位置，這樣才能保證輸送過程的平穩(wěn)。

所以在進(jìn)行城鎮(zhèn)供水工程的設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮經(jīng)濟(jì)費(fèi)用與技術(shù)因素。結(jié)合周灣水廠的實(shí)際情況，本項(xiàng)目屬于山區(qū)地區(qū)的供水項(xiàng)目，因此考慮到廠區(qū)的狹小及成本和方式的合理性，最終決定選擇壓力流輸加重力流的方式進(jìn)行輸水供給，將濾后水先加壓提升至山上高位水池，再由高位水池通過重力流輸送，以增強(qiáng)水流能力，保障區(qū)域的正常供水。

周灣水廠在輸水方面考慮到水質(zhì)安全的因素，因此在輸水方式選擇前做好凈水工程方面的內(nèi)容：周灣水廠更換加藥加氯系統(tǒng)，原有為二氧化氯消毒，因二氧化氯與水中有機(jī)物和無機(jī)化合物反應(yīng)可能產(chǎn)生有毒的或有“三致”作用的副產(chǎn)物出現(xiàn)，制備過程中也存在安全隱患，且原料為鹽酸采購受控?？紤]到次氯酸鈉為具有高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌、殺病毒藥劑，同時(shí)具有同水的親和力好，能與水以任意比例互溶，不存在相應(yīng)的安全隱患，具有余氯的持續(xù)消毒能力。消毒效果好，投加準(zhǔn)確、操作安全、使用方便、對(duì)環(huán)境無毒害、不存在跑氣泄漏，可在任意環(huán)境工況下投加。綜合以上原因，采用次氯酸鈉替換原有的二氧化氯消毒系統(tǒng)。并結(jié)合新建自動(dòng)化系統(tǒng)做好凈水工作，保障飲用水的安全性。

4 給水設(shè)計(jì)中的管網(wǎng)分區(qū)分析

管網(wǎng)分區(qū)一般是指在實(shí)際輸水期間，將供水管網(wǎng)按照一定的原則進(jìn)行劃分，促使其可成為不同和獨(dú)立的子區(qū)域，結(jié)合不同的子區(qū)域來單獨(dú)計(jì)量用水管理方法，這種方法可有效提升水資源的利用率，提升當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，目前在多個(gè)城市都有著十分廣泛的應(yīng)用，且對(duì)于本工程而言也在應(yīng)用這種管網(wǎng)分區(qū)的方式進(jìn)行給水設(shè)計(jì)。

4.1 管網(wǎng)分區(qū)的原則

4.1.1 區(qū)域的計(jì)量分區(qū)原則

即把管道上的閥門封閉或切斷，這樣就可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域劃分，對(duì)各個(gè)地區(qū)的進(jìn)水管、出水管進(jìn)行檢查，可對(duì)水量和管網(wǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，可預(yù)防在使用中發(fā)生的儲(chǔ)存及滲漏問題，也能找出問題所在，以便更好地解決問題，降低經(jīng)濟(jì)損失。通過對(duì)管網(wǎng)壓力的有效調(diào)控，保證管網(wǎng)管理系統(tǒng)能夠工作在最好的工作條件下。

4.1.2 壓力分區(qū)的原則

在管網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到地形和使用者所承受的水壓，在劃分時(shí)還要控制滲漏率，這樣才能使管道的壓力與滲漏率呈比例關(guān)系。在此基礎(chǔ)上對(duì)城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)進(jìn)行局部劃分，并將其與等壓線的布置相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力的有效控制，降低了供水壓力和管道滲漏率。

4.1.3 管理分區(qū)的原則

這種劃分方式在工程實(shí)踐中較為普遍，而且取得很好的成效，已有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平。但是由于中國人口眾多、地域廣闊，供水工程施工規(guī)模龐大、施工繁瑣，使得管網(wǎng)劃分原則在實(shí)踐中仍有困難。為此在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施期間建議采用區(qū)劃劃分的原理，并根據(jù)城區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r和工作量采用區(qū)劃界限法劃分管網(wǎng)，在供水工程的管網(wǎng)劃分中該方法可以大大簡化供水工程的難度。然而該方法在實(shí)踐中并未充分地反映過程中的運(yùn)行效率、費(fèi)用、水利條件和管網(wǎng)運(yùn)行壓力等方面的影響。

4.2 給水設(shè)計(jì)中管網(wǎng)分區(qū)方案的確定

在進(jìn)行城鎮(zhèn)供水設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)城鎮(zhèn)發(fā)展層次進(jìn)行有效的構(gòu)造，這樣才能使供水系統(tǒng)的功能得到更好的體現(xiàn)。通常單層系統(tǒng)可以由管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行，而在以后的設(shè)計(jì)中則需要實(shí)施空壓、改壓和泄漏量等方式的調(diào)整。通常最常見的是雙層和三層管網(wǎng)，根據(jù)國內(nèi)城市供水的設(shè)計(jì)和發(fā)展，管網(wǎng)體系在發(fā)展的進(jìn)程中，多采用雙層結(jié)構(gòu)。

由于本項(xiàng)目新建配的水管網(wǎng)為20.1 km，使用管徑為DN200—DN 500球墨鑄鐵管與DE20-DE160PE管，進(jìn)行管網(wǎng)建設(shè)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域發(fā)展需要及壓力狀況，新建了2座提升泵站，并將其與整個(gè)城區(qū)的總體規(guī)劃和需要相聯(lián)系。周灣水廠主要供往隴頭方向，三沙水廠主要供往鎮(zhèn)區(qū)方向，周灣水廠又可作為三沙鎮(zhèn)區(qū)管網(wǎng)的備用水源。且從城鎮(zhèn)用水的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來分析，當(dāng)?shù)厮a(chǎn)品加工廠及民宿等的用水量是非常多的，而商務(wù)辦公、餐飲以及居住區(qū)等用水量會(huì)相對(duì)少一些，所以，輸水管網(wǎng)的布局工作可以參考城鎮(zhèn)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行布局，進(jìn)行合理的規(guī)劃，這樣才能保障輸水管網(wǎng)的布局工作合理性，滿足各個(gè)區(qū)域的用水需求，確保人們的生活不受到影響。

4.2.1 確定具體區(qū)域的規(guī)模

為保證供水系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的壓力平衡，按區(qū)域分級(jí)的方式對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行壓力控制。所以，在城市供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要盡量減少滲漏對(duì)使用者造成的危害，并要對(duì)滲漏量加以嚴(yán)格的控制。在實(shí)施分段供水時(shí)，要進(jìn)行給水模式的優(yōu)選，要對(duì)管網(wǎng)壓降產(chǎn)生的損耗進(jìn)行控制，并確定進(jìn)水口的選址。因此對(duì)滲漏狀況進(jìn)行了控制，就會(huì)在操作時(shí)對(duì)壓力進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，避免水資源的浪費(fèi)，采用低壓給水的方法應(yīng)當(dāng)繼續(xù)普及，以達(dá)到對(duì)成本的有效控制。在管網(wǎng)管理的劃分中，也要對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、收集，了解管網(wǎng)的流動(dòng)情況，確保管網(wǎng)管理的安全性，適時(shí)地對(duì)管網(wǎng)管理進(jìn)行維修。

4.2.2 設(shè)置供水地點(diǎn)及供水水量的管理

在供水一體化的給水設(shè)計(jì)中，也要對(duì)進(jìn)水口的數(shù)目進(jìn)行合理的計(jì)算，同時(shí)還要對(duì)壓力和水量進(jìn)行計(jì)算，這樣才能確保在整個(gè)供水工程的施工中更加的安全性，避免突發(fā)事件的發(fā)生，確保供水的安全性。在進(jìn)行管網(wǎng)劃分時(shí)，可適當(dāng)增加入水口數(shù)目，通過實(shí)例驗(yàn)證了采用多點(diǎn)入水口能較好地實(shí)現(xiàn)壓力的控制和定位，還可以使其更加的安全，能夠在多個(gè)事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行多個(gè)位置的入水，從而更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，有利于對(duì)城鎮(zhèn)管網(wǎng)的分段式供水實(shí)施高效的管理。

4.2.3 管網(wǎng)區(qū)劃的劃定

在進(jìn)行供水工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實(shí)際地勢和高低差異，并依據(jù)供水間距、水廠容量、壓強(qiáng)界限等資料進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，由于這些內(nèi)容對(duì)管道地區(qū)的范圍有很大的影響，所以要將其加以全面分析，并在實(shí)踐中加以歸納和解決。

4.2.4 分區(qū)規(guī)劃的最佳調(diào)節(jié)

在城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中，在編制管網(wǎng)劃分方案后，還要對(duì)供水項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，從而對(duì)計(jì)劃進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，并對(duì)其中不合理之處進(jìn)行修正。在具體工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將管道和閘斷設(shè)置都視為關(guān)鍵，在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要將管道內(nèi)不動(dòng)水對(duì)水質(zhì)的作用納入考量，這樣就能在輸送時(shí)對(duì)管道進(jìn)行加壓，讓管道末端的水流能夠流通，并配備相應(yīng)的排水設(shè)施。

4.2.5 采用節(jié)水技術(shù)

在城鄉(xiāng)供水一體化項(xiàng)目建設(shè)中，需要統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展和環(huán)境效益，采取節(jié)水技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)輸水與科學(xué)的管網(wǎng)分區(qū)工作。如選擇節(jié)水材料和設(shè)備，將水廠和用戶用水、輸水等形成嚴(yán)密的系統(tǒng)，避免水污染。結(jié)合智慧水務(wù)進(jìn)行有效監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整水壓水量，遇到破漏及時(shí)搶修。

5 結(jié)語

綜上所述，基于目前城鄉(xiāng)供水一體化設(shè)計(jì)的理念和要求，需要根據(jù)城鄉(xiāng)發(fā)展現(xiàn)狀和農(nóng)村區(qū)域供水安全現(xiàn)狀做好輸水方式的科學(xué)選擇，同時(shí)做好管網(wǎng)分區(qū)等工作，保障整個(gè)給水工程的穩(wěn)定性與安全性。在實(shí)際工程方案選擇期間，還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)等重要因素，掌握好供水廠和城鎮(zhèn)的距離，依據(jù)供水路線科學(xué)劃分管網(wǎng)區(qū)域，保障城鎮(zhèn)供水安全性的基礎(chǔ)上，也能夠?yàn)猷l(xiāng)村提供充足的安全供水，進(jìn)而發(fā)揮出城鄉(xiāng)供水一體化的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，提升水資源的利用率。