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        城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究

        2020-09-01 06:23:26郭維劍
        技術(shù)與市場 2020年9期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)

        郭維劍

        (鄭州高新供水有限責(zé)任公司,河南 鄭州 450000)

        0 引言

        城市化進程進一步加快,城市人口大幅增長,供水需求越來越大。如何提高用水安全,保障用水質(zhì)量成為了供水行業(yè)發(fā)展的重點。然而,在城市供水管網(wǎng)分區(qū)當中,仍存在諸多影響因素,嚴重影響管網(wǎng)分區(qū)的質(zhì)量和成效。為此,開展城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實意義。

        1 影響供水管網(wǎng)分區(qū)的主要因素

        1.1 經(jīng)濟漏損水平

        供水管網(wǎng)獲取經(jīng)濟效益最大值時的漏損水平被稱為經(jīng)濟漏損水平。在供水管網(wǎng)分區(qū)中,要對漏損水量損失效益、漏損控制費用進行全面考慮,并了解其與漏損總費用之間的關(guān)系。

        伴隨漏損率變化,漏損總費用呈凹形曲線發(fā)展,漏損總費用最低值位于谷底處,此時相對應(yīng)的漏損率具有合理性,也就是所說的經(jīng)濟漏損率。與經(jīng)濟漏損率相差越大,漏損總費用越多,為此,需要在經(jīng)濟漏損率上下控制管網(wǎng)漏損情況。

        對于供水單位而言,管網(wǎng)經(jīng)濟漏損水平是管網(wǎng)分區(qū)方案實施的關(guān)鍵。每一個供水單位的情況不同,則制定的分區(qū)方案也會有所不同,隨之對應(yīng)的經(jīng)濟漏損控制指標和漏損控制目標也會不同。對于供水管網(wǎng)的主動漏損控制方針、計量分區(qū)數(shù)目等來講,經(jīng)濟漏損水平將起到?jīng)Q定性的作用。

        1.2 DMA的分層和大小

        供水管網(wǎng)是由多個層次分區(qū)系統(tǒng)構(gòu)成,而非一個復(fù)雜、巨大的供水區(qū)域。管網(wǎng)分區(qū)前期,需要先將DMA層次結(jié)構(gòu)確定下來,從而為后期分區(qū)工作提供便利。然而,在地形、水文條件、供水需求、資金狀況等眾多因素的制約下,將大大增加DMA分層的難度。一般來講,城市當中一個DMA用戶數(shù)量基本上可以達到3 000戶左右。也就是說,管網(wǎng)實際狀況和系統(tǒng)特征決定單個DMA面積,表1為其主要影響因素。

        表1 DMA面積的影響因素

        1.3 供水管網(wǎng)高程

        若供水區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)高程變化明顯,勢必會加大DMA管理的困難程度,甚至?xí)a(chǎn)生水質(zhì)、水力安全隱患。為此,在計量區(qū)域劃分過程中,必須將供水管網(wǎng)高程分布規(guī)律等考慮在內(nèi),做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作,合理、有效控制一個獨立計量區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)的高程變化情況。

        1.4 水質(zhì)條件

        在DMA分區(qū)供水時,往往需要將計量區(qū)域邊界上的閥門關(guān)閉掉,這種情況下,將減慢管網(wǎng)區(qū)域邊界位置水的流速,增大水齡,導(dǎo)致大量死端產(chǎn)生于管網(wǎng)末梢處,基于長期滯留等因素,死端水質(zhì)將變差,嚴重影響管網(wǎng)水質(zhì)質(zhì)量。當DMA閥門數(shù)目增多,將會大幅影響管網(wǎng)水質(zhì)。一般情況下,可利用管道沖洗等方法解決水質(zhì)惡化等情況。通過定期沖洗,可以將管網(wǎng)末梢死水更新?lián)Q掉,從而提高供水水質(zhì)。

        2 分區(qū)方案的擇優(yōu)確定

        2.1 管網(wǎng)漏損水平

        管網(wǎng)分區(qū)供水的主要目標是為了有效做好管網(wǎng)漏損控制,因此,在擇優(yōu)選擇分區(qū)方案時,應(yīng)將管網(wǎng)漏損水平擺在第一位。

        管網(wǎng)漏損水量計算,一般可采用最小夜間流量法。在計算中須確定AZP點,即管網(wǎng)平均壓力節(jié)點,此節(jié)點值應(yīng)接近管網(wǎng)加權(quán)平均值。在具體操作中,可根據(jù)管網(wǎng)實際狀況,合理選擇AZP點。目前,常用的方法包括2種:①壓力最接近管網(wǎng)所有節(jié)點壓力流量加權(quán)平均值的點。②高程最接近管網(wǎng)所有節(jié)點高程流量加權(quán)平均值的點。

        2.2 壓力分布均衡性

        為便于供水管理,減小管理漏損水平,須合理管控DMA內(nèi)節(jié)點壓力變化。若管網(wǎng)壓力分布均衡性由ΔP2表示,那么可通過下式進行計算分析。

        其中,最接近管網(wǎng)分區(qū)前PFW值的節(jié)點壓力值可由AZP表示;DMAi內(nèi)最接近PFWi值的節(jié)點壓力值可由AZPi表示;分區(qū)前管網(wǎng)中節(jié)點i的壓力值可由Pi表示;分區(qū)后管網(wǎng)中節(jié)點j的壓力值可由Pj表示;管網(wǎng)節(jié)點數(shù)目可由m表示;管網(wǎng)分區(qū)數(shù)目可由N表示;分區(qū)后第i個DMA包含節(jié)點數(shù)目可由mi表示。

        2.3 分區(qū)費用

        管網(wǎng)分區(qū)必須遵循經(jīng)濟性原則。在制定管網(wǎng)分區(qū)方案時,要對管網(wǎng)供水實際情況進行深入分析,綜合考慮施工難易程度、是否具備裝表條件、供水效果等因素。水表儀器購置費用、安裝費用、后期維護費用等是構(gòu)成分區(qū)費用的主體。目前,多采用年等額資金回收法進行分析研究。在上述3種因素中,要根據(jù)實際情況擇優(yōu)確定最佳方案。

        3 案例分析

        某城市供水管網(wǎng)面積為40 km2左右,約12萬人口。管網(wǎng)供水中,工業(yè)企業(yè)用戶所占比例較大,集中于區(qū)域北方地區(qū)。而南方地區(qū)為居民用戶區(qū)域。根據(jù)管網(wǎng)用戶分布情況,區(qū)域內(nèi)主要用水為工業(yè)用水,其次為居民生活用水。經(jīng)地質(zhì)勘查可知,本地區(qū)管網(wǎng)布設(shè)范圍內(nèi)并無丘陵、河流等地勢地貌,為平原地區(qū),按照城市供水管網(wǎng)分區(qū)規(guī)定,在對壓力分區(qū)、管理分區(qū)、DMA分區(qū)進行全方位考慮的情況下,初步將其DMA分為6個結(jié)構(gòu)形式,具體如圖1所示。

        圖1 管網(wǎng)初始分區(qū)示意圖

        為驗證分區(qū)是否合理,本文提出了3種分區(qū)方案,如圖2、圖3、圖4所示。按照上述分區(qū)方案擇優(yōu)確定的3點,本案例仍從管網(wǎng)漏損水平、壓力均衡性、分區(qū)費用進行對比分析,擇優(yōu)選擇既經(jīng)濟又合理的分區(qū)方案。

        圖4 方案3分區(qū)示意圖

        圖3 方案2分區(qū)示意圖

        圖2 方案1分區(qū)示意圖

        3.1 管網(wǎng)漏損水平對比分析

        通過分析計算可以了解到,上述3種方案均能很好地控制管網(wǎng)漏損水平,相比分區(qū)前,管網(wǎng)平均漏損量均有所下降,方案1降低17.2%,方案2降低19.0%,方案3降低15.1%,由此可見,分區(qū)后,在平均漏損量控制方面,3種方案基本相同,其中漏損控制效果最佳的為方案2。

        3.2 壓力均衡性對比分析

        為了解3種分區(qū)方案的壓力均衡性,須對分區(qū)前、后方案的ΔP2值進行計算分析。分區(qū)前ΔP2值為829.85,分區(qū)后,方案1的ΔP2值為361.52;方案2的ΔP2值為272.92;方案3的ΔP2值為129.97。據(jù)相關(guān)研究表明,ΔP2值越小,壓力均衡性越好。由此可知,在管網(wǎng)壓力分布均衡性方面,3種分區(qū)方案效果最好的為方案3,按照由好到次的順序劃分,均衡性控制效果依次為方案3>方案2>方案1。

        3.3 分區(qū)費用對比分析

        本供水管網(wǎng)分區(qū)項目采取等額資金回收法進行分區(qū)費用計算,其中方案1分區(qū)費用為6.66萬元/年,方案2分區(qū)費用為6.24萬元/年,方案3分區(qū)費用為7.82萬元/年。

        通過上述分析,在3種方案中,漏損控制效果最好的為方案2,壓力分布均衡性最好的為方案3,分區(qū)費用最低的為方案2,經(jīng)綜合考慮,可得出方案2為最優(yōu)分區(qū)方案。

        4 結(jié)語

        城市建設(shè)離不開供水系統(tǒng),完善供水管網(wǎng)系統(tǒng)對美化城市、塑造城市形象具有重要意義。城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)的應(yīng)用,可以有效監(jiān)控管網(wǎng)漏損情況,大幅減小產(chǎn)銷差率,完善城市供水系統(tǒng),推進城市化建設(shè)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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