侯英娜 路接蘭 俞國平

(1.同濟大學環(huán)境科學與工程學院，上海 200092；2.廈門水務規(guī)劃設計研究有限公司，福建 廈門 361000； 3.廈門水務(建甌)城建投資有限公司，福建 建甌 353100)

基于管網水力模型的水廠替代方案研究實例

侯英娜1,2路接蘭3俞國平1

(1.同濟大學環(huán)境科學與工程學院，上海 200092；2.廈門水務規(guī)劃設計研究有限公司，福建 廈門 361000； 3.廈門水務(建甌)城建投資有限公司，福建 建甌 353100)

針對高鐵建甌西站建設的相關要求，基于管網水力模型平臺，從供水量、供水壓力、配水管網的供水能力等角度出發(fā)，提出了合理的水廠替代方案，實踐表明，應用管網水力模型輔助方案研究，能夠給決策者一個較為明確的數據依據，有助于提高供水方案的科學性、合理性以及安全性。

管網，供水，水壓，模型，方案

1 背景

1.1 供水現(xiàn)狀

建甌市區(qū)現(xiàn)有人口13.5萬人，由三座自來水廠負責整個市區(qū)的供水，即水西水廠、東門水廠和七里街水廠。其中，東門水廠和水西水廠由廈門水務(建甌)城建投資有限公司管理，七里街水廠由市水利局管理。東門水廠，位于東門外5 km處，占地約2 ha。以松溪水為水源，取水方式為真空式岸邊泵房、取水口位于岸邊，輸水泵房位于岸邊。水處理(凈水)工藝：反應、沉淀、過濾、消毒。設計規(guī)模為供水能力5萬t/d，設計使用年限50年。建成于1987年，一期建設設計供水能力1萬t/d。1996年已擴建至3萬t/d?，F(xiàn)實際供水量為2.0萬t/d，出廠壓力0.40 MPa，輸水管為一根DN700鑄鐵管，主要供應老城區(qū)，水西橋以東，水南橋以北區(qū)域的用水。水西與東門兩座水廠通過水西大橋上DN300管道相連。

水西水廠，位于水西龜山，占地約1.6 ha，建成于1973年，最大供水能力達到1萬t/d，現(xiàn)實際供水量為6 000 t/d，重力式供水，主要供應水西區(qū)和新區(qū)部分地段用水，同時在城區(qū)與東門水廠聯(lián)網，承擔著城區(qū)水南、解放路西段，人民路南端兩側等區(qū)的供水任務。取水口位于水西大橋附近，以建溪為水源。一級泵房位于水西橋頭邊，用一臺90 kW或一臺75 kW水泵抽水，由一根DN250水管輸送往反應沉淀池。凈化車間坐落于水西饅頭山上，無二級泵房，靠高差四十幾米的重力式供水。

1.2 水廠替代背景

建甌市近年經濟發(fā)展迅速，但與福建省其他城市相比仍有較大差距。合福鐵路在建甌設站將給建甌帶來新的發(fā)展機遇。隨著交通格局的改變，建甌市與福州市的經濟互補的空間距離縮短，成為福州城市經濟三小時經濟圈的輻射城鎮(zhèn)，可以與武夷山市的旅游資源優(yōu)勢互補，有利于建甌經濟發(fā)展，北與上海、浙江等長江三角洲經濟區(qū)的經濟交流空間也大大拓展，成為福建沿海與長江三角洲經濟區(qū)陸地交通的連結點。新的區(qū)位優(yōu)勢的形成，是建甌市新一輪經濟發(fā)展的重要基礎。為配合高鐵建甌西站建設的相關要求，水西水廠取水口予以關停，水西片區(qū)暫由東門水廠供給。相應的水量、水壓、配水管網的供水能力是否能夠滿足要求需要進一步論證并提出相應的保證方案。

2 基于管網水力模型的水廠替代方案研究

2.1 水量

東門水廠目前有兩套制水設備，其中一套的制水能力為1萬m3/d的制水系統(tǒng)，建于20世紀80年代，另一套制水能力為2萬m3/d的制水系統(tǒng)，建于20世紀90年代，總制供水能力為3萬m3/d。目前城區(qū)用水量為2萬m3/d，東門水廠制水能力尚有1萬m3/d盈余，短期內有能力滿足對水西片區(qū)的供水需求。根據規(guī)劃，東門水廠遠期規(guī)模為5萬t，遠期可通過對東門水廠擴建滿足供水需求。

2.2 水壓

根據廈門水務(建甌)城建投資有限公司的日常測壓記錄，水西橋下的供水壓力為0.3 MPa左右，高峰時個別位置如臨江門處壓力偏低，高峰時不足0.24 MPa。因此，水西片區(qū)不能由東門水廠市政管網直接供水，需建設加壓泵站由東門水廠二次供水。

2.3 現(xiàn)狀供水管網配水能力分析

根據廈門水務(建甌)城建投資有限公司提供的管網資料，采用《同濟大學WSZ供水管網模型計算軟件2.6版》建立管網模型，分析水西片區(qū)建立加壓泵站由東門水廠供水的配水管網的供水能力。

2.3.1 模擬4月30日供水中峰期的管網運行狀況

提供的壓力監(jiān)測數據為2014年4月30日15點～16點的壓力數據，因此，建立該日的供水中峰期的模型，模擬該時段的管網運行狀況，用來校核管網模型。

1)收集數據，建立管網模型。a.已知水量、水壓數據：東門水廠水量：641.875 m3/h，東門水廠出廠壓力0.38 MPa。b.管網拓撲數據：建甌市的管網拓撲保存在一張CAD圖紙并隨管網改造不斷有工作人員更新維護，只要對近期的管網改造成果予以更新，之后導入管網模型軟件即可。c.節(jié)點水量分配：經過對建甌的營業(yè)管理模式進行調查研究，發(fā)現(xiàn)建甌市有明確的片區(qū)劃分，主要有水西、水南、筍竹城C區(qū)及城區(qū)幾個片區(qū)，同時各大小區(qū)均安裝了監(jiān)控表，據此確定了相應的節(jié)點水量分配方法。首先將建甌市的用戶按照用水量進行分類分級，確定月均用水量500 t以上非生活類用戶為大用戶單獨列出，共計50戶，有監(jiān)控表的小區(qū)單獨列出，共計30戶；接下來在管網拓撲中找到以上用戶的相應位置，并在管網模型中找到對應節(jié)點，記錄節(jié)點編號；然后總水量剔除以上用戶的用水量后進行節(jié)點水量分配，以上用戶的水量一一錄入模型；最后按照片區(qū)進行水量平衡，以此提高水量分配的準確性。d.管道的摩阻系數：根據管網的材質以及埋設年代，結合GB 50012-2006室外給水設計規(guī)范的有關經驗取值范圍的規(guī)定，對各管段的摩阻系數進行了賦值。2)模擬計算。模擬結果與實測壓力對比：由東門水廠供水至水西片區(qū)，水西大橋附近的節(jié)點為控制點，因此，選取水西大橋附近的壓力監(jiān)測點：人民路、南街頭崗亭、鄉(xiāng)鎮(zhèn)長公寓22號、臨江門作為對比對象，對比結果見表1。

表1 實測壓力和模擬壓力對比表 MPa

從表1可以看出，模型模擬結果的誤差在0.008 MPa～0.028 MPa之間，能夠滿足應用要求。

2.3.2 模擬高、中、低峰配水方案

1)確定變化系數。根據提供的東門水廠6月1日～6月10日時供水量，擬合供水規(guī)律曲線(見圖1)，最終計算得出高峰期系數為1.208 1、中峰期系數為0.963 6、低峰期系數為0.600 5(見圖2)。

2)模擬計算。a.關鍵參數確定。水量：東門水廠供水量為19 000 m3/d(根據2013年1月～2014年6月的供水量統(tǒng)計，東門水廠最高供水量17 948 m3/d，考慮0.5%的增長，確定東門水廠的供水量為19 000 m3/d，不包括筍竹加壓泵站)，根據高、中、低峰的系數計算得出，三個時段的供水量分別為956.421 2 m3/d，762.820 6 m3/d，475.360 4 m3/d。出廠壓力：0.44 MPa。b.計算結果。模擬結果顯示，東門水廠可往水西片區(qū)供水5 000 m3/d，具體為高峰期100 m3/h、中峰期250 m3/h、低峰期380 m3/h；高峰和中峰期人民路壓力點壓力為0.31 MPa，低峰期人民路壓力點壓力為0.289 MPa；中山東路DN300管流速達1.92 m/s、水西大橋下DN250管流速達2.17 m/s。而目前水西片區(qū)的需水量為5 600 m3/d，配水管網無法滿足供水需求，需要擴建。

2.4 配水管網優(yōu)化方案

2.4.1 方案比較

方案一：公園路DN150管改造擴建為DN200管，改造長度330 m，中山東路新建DN400管與現(xiàn)狀DN300管并聯(lián)，新建管道長度約700 m，工程投資約100萬元。模擬結果顯示，東門水廠可往水西片區(qū)供水9 260 m3/d，具體為高峰期300 m3/h、中峰期420 m3/h、低峰期520 m3/h；臨江門壓力點的壓力分別為高峰期0.259 MPa、中峰期0.211 MPa、低峰期0.187 MPa；中山東路(公園路以東段)DN300管流速0.81 m/s、新建DN400管流速0.9 m/s、中山路(公園路以西段)DN300管流速1.71 m/s、水西大橋下(中山路段)DN250管低峰時流速達3.11 m/s。

方案二：中山東路DN300管改造擴建為DN500管，改造長度約700 m，工程投資約100萬元。模擬結果顯示，東門水廠可往水西片區(qū)供水9 100 m3/d，具體為高峰期300 m3/h、中峰期400 m3/h、低峰期520 m3/h；臨江門壓力點的壓力分別為高峰期0.251 MPa、中峰期0.217 MPa、低峰期0.178 MPa；中山東路(公園路以東段)DN500管流速0.97 m/s、中山路(公園路以西段)DN300管流速1.8 m/s、水西大橋下(中山路段)DN250管低峰時流速達3.11 m/s。

方案三：中山東路DN300管改造擴建為DN500管，改造長度約700 m，解放路(中山路至歐米購物中心)DN150管改造擴建為DN400管，改造長度約650 m，工程投資約180萬元。

模擬結果顯示，東門水廠可往水西片區(qū)供水10 600 m3/d，具體為高峰期400 m3/h、中峰期450 m3/h、低峰期520 m3/h；臨江門壓力點的壓力分別為高峰期0.27 MPa、中峰期0.264 MPa、低峰期0.253 MPa；中山東路(公園路以東段)DN500管流速1.01 m/s、中山路(公園路以西段)DN300管流速1.18 m/s、解放路DN400管流速0.92 m/s、水西大橋下(中山路段)DN250管低峰時流速達3.11 m/s。

從以上方案的模擬結果看，管網優(yōu)化后仍存在兩個問題：一是臨江門受到影響很大，壓力偏低；二是水西大橋下(中山路段)DN250管低峰時流速偏高，爆管幾率提高，供水不安全。因此，建議臨江路與江濱路DN150管環(huán)通，長度約60 m，工程投資約2萬元。臨江門壓力點的壓力低峰時可提高3 m～4 m，水西大橋下(中山路段)DN250管低峰時流速為2.53 m/s。

2.4.2 優(yōu)化方案確定

表2 蓄水池調節(jié)水量分析

公園路、中山東路和解放路段管道的敷設年限均已超過30年，管道材質較差，均需改造，近期中山東路和解放路段(中山路至歐米購物中心)道路改造，管線可配合道路同時改造，方案三具有可實施性，同時中山路作為通往水西片區(qū)的重要途徑，而中山西路道路近年已翻新，中山西路管道改造近幾年不可能實施，所以考慮解放路作為中山西路的替代，因此確定采用方案三，另外，為降低對臨江路的影響，同時采用臨江路與江濱路DN150管環(huán)通的方案。最終確定，本次工程實施的方案為：中山東路DN300管改造擴建為DN500管，改造長度約700 m，解放路(中山路至歐米購物中心)DN150管改造擴建為DN400管，改造長度約650 m，臨江路與江濱路DN150管環(huán)通，長度約60 m。改造后，可供水10 600 m3/d，滿足近期用水需求的發(fā)展。

2.4.3 蓄水池調節(jié)水量分析

根據用水量和管網補水量分析計算水池調節(jié)水量，具體詳見表2。由表2得出，蓄水池的調節(jié)容積不小于1 600 m3。

3 水廠替代方案確定

水西取水口關停后，水西片區(qū)暫由東門水廠供水的近期配套建設方案如下：1)近期配水管網優(yōu)化方案：中山東路DN300管改造擴建為DN500管，改造長度約700 m，解放路(中山路至歐米購物中心)DN150管改造擴建為DN400管，改造長度約650 m，臨江路與江濱路DN150管環(huán)通，長度約60 m。2)水西加壓泵站建設方案：水西加壓泵站位置選擇在水西橋西北側，緊鄰五里街。用地面積4 204.63 m2。泵站近期規(guī)模0.6萬t/d，遠期規(guī)模1.0萬t/d，泵站土建工程一次建設完成，設備分期安裝；蓄水池有效容積2 000 t，分兩格設計。上述配套建設完成后可以保證水西片區(qū)的供水需求，但解放路西段DN200未改造管道、中山西路(水西橋下段)DN250管、水西橋DN300管仍是供水瓶頸，建議適時進行擴徑改造，以提高供水安全性。

4 結語

實踐表明，應用管網水力模型平臺輔助方案研究，能夠給決策者一個較為明確的數據依據，有助于提高供水方案的科學性、合理性以及安全性。隨著管網模型的不斷深入應用，供水企業(yè)將會對建立管網水力模型有更深入的了解和認識，建立管網水力模型平臺輔助管網管理和供水調度是大趨所勢。 相信隨著計算機軟件的不斷發(fā)展、供水企業(yè)管理水平的不斷提高、管網數據的不斷完善和可靠，管網水力模型必將發(fā)揮更大的作用。

[1] GB 50016-2006，室外給水設計規(guī)范[S].

[2] 信昆侖，劉遂慶.城市給水管網水力模型準確度的影響因素[J].中國給水排水，2003(4)：52-55.

[3] 中國城市供水協(xié)會.城市供水行業(yè)2010年技術進步發(fā)展規(guī)劃及2020年遠景目標[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

Researchonwatertreatmentplantreplacementschemebasedonpipenetworkhydraulicmodel

HOUYing-na1,2LUJie-lan3YUGuo-ping1

(1.EnvironmentScienceandEngineeringCollege,TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 2.XiamenWaterPlanningandDesignandResearchCo.,Ltd,Xiamen361000,China; 3.XiamenWaterTreatment(Jian’ou)UrbanConstructionInvestmentCo.,Ltd,Jian’ou353100,China)

According to related requirements for the construction of the express railway Jian’ou West Station, the paper points out reasonable water treatment plant displacement scheme from the water supply volume, water-supply pressure, and water-supply capacity of the water-supply pipe network, and proves by the practice that the pipe network hydraulic model auxiliary scheme can provide more accurate data so it is helpful for making the water-supply schemes more scientific, reasonable and secure.

pipe network, water-supply, water pressure, model, scheme

1009-6825(2014)33-0118-03

2014-09-15

侯英娜(1983- )，女，在讀工程碩士，工程師

TU990.3

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