金朝

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038）

1 市政給排水輸水方式概述

1.1 市政給排水系統(tǒng)構(gòu)成

市政給水設(shè)施主要分為市政供水系統(tǒng)與市政排水系統(tǒng)2大類，其中市政供水系統(tǒng)包含了各類取水設(shè)備、制水凈水設(shè)備、輸水系統(tǒng)以及配套的加壓泵站等，在部分以水庫為飲用水水源的城市中還存在原水管將儲存于水庫的清潔水源輸送至自來水廠以便其進(jìn)行生產(chǎn)加工；市政排水系統(tǒng)則包括了雨水管網(wǎng)系統(tǒng)與污水管網(wǎng)系統(tǒng)2大部分，以及相配套的提升泵站及污水處理廠等設(shè)施[1]。

1.2 輸水系統(tǒng)分類

目前，市政輸水系統(tǒng)可根據(jù)其內(nèi)部水體的輸送動力來源分為重力流、壓力流與混合流3種不同的方式。重力流通常是利用輸水管道及沿線用戶之間的地勢高差，從而使得管道內(nèi)的水體能夠在自身重力的作用下在管道內(nèi)進(jìn)行流動，其特點(diǎn)是輸水管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)必須存在較大高度差，并且供水的起點(diǎn)高度必須高于終點(diǎn)。壓力流則是在管道系統(tǒng)不同區(qū)域內(nèi)設(shè)置加壓泵站，采用單程加壓或階梯式加壓的方式來提供管道內(nèi)水體的輸送動力，其特點(diǎn)是受輸水區(qū)域的地形影響較小，單體管道的輸送能力強(qiáng)，甚至能夠通過“接力”的方式將水體輸送到遠(yuǎn)離水源地或地勢高于水源地的區(qū)域。混合流則是在同一區(qū)域內(nèi)采用了重力流與壓力流2種輸水方式。

2 市政給水系統(tǒng)輸水方式及管網(wǎng)分區(qū)的影響因素分析

通過對大量數(shù)據(jù)的分析和歸納，本文將影響市政給水系統(tǒng)輸水方式選擇和管網(wǎng)分區(qū)布局的主要因素歸納為：供水需求、地形地貌、氣候條件、供水水源、工程造價及運(yùn)維成本等幾大類。供水需求是指輸水管網(wǎng)所服務(wù)的用水客戶在使用水資源時所體現(xiàn)的用水總量、集中用水時間等體征。地形地貌與氣候條件對于輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)的影響性主要體現(xiàn)在管網(wǎng)建設(shè)的難度和運(yùn)行效率上，例如，地形平坦的區(qū)域在選擇重力流時勢必會采取加大管道埋深的方式來獲取更大的水動力，但其也將增加管網(wǎng)建設(shè)中基坑開挖的難度和成本；北方地區(qū)如采取重力流時也會在冬季部分流速較慢或管徑較小的管道出現(xiàn)凍結(jié)。供水水源的影響性則直接體現(xiàn)在其輸水方式上，不同位置的水源地將采取不同的輸水方式。工程造價及運(yùn)維成本則主要影響管網(wǎng)覆蓋程度和供水保障等指標(biāo)[2]。

3 管網(wǎng)分區(qū)與輸水方式優(yōu)化策略

3.1 充分利用輸水區(qū)域內(nèi)有利條件

不同的輸水方式對地形地貌、氣候條件、供水能力等影響因素都有著適應(yīng)性與局限性。因此，充分發(fā)揮上述不同輸水方式的優(yōu)點(diǎn)，在保證區(qū)域供水需求的前提下將整個供水體系的建設(shè)及運(yùn)維費(fèi)用降至最低。

考慮我國北方地區(qū)在冬季的室外溫度較低，為了避免冬季流速較慢的管道內(nèi)水體出現(xiàn)凍結(jié)，應(yīng)當(dāng)采取盡量采取動力流的方式進(jìn)行輸水，如在寒冷區(qū)域內(nèi)地形坡度較大從而能夠保證管道內(nèi)始終能夠保持流速，以免水體出現(xiàn)凍結(jié)，可采用加大供水管道管徑、在管道外壁敷設(shè)保溫材料及加大管道埋深等方式來進(jìn)一步減輕冬季低溫對管道的不利影響。同時，在部分采用集中供熱的區(qū)域內(nèi)亦可將重力流輸水管道與市政供熱管道并排鋪設(shè)，從而利用供熱管道所散發(fā)的熱量來起到防止冰凍的作用。

在我國南方地區(qū)往往采用水庫作為城市的飲用水水源地，其不但能夠保證水源的清潔度，而且新建水庫也能夠在降雨季節(jié)內(nèi)儲存大量的降水以補(bǔ)充水源，但是水庫往往建設(shè)在遠(yuǎn)離城市的山區(qū)，而自來水廠則位于靠近城市的近郊，為了保證充足的水源供給不得不鋪設(shè)大量的原水管道和供水管道及其配套的泵站設(shè)施。由于自來水廠的凈水工藝在近年來得到了質(zhì)的飛躍，其凈水設(shè)備的體積大為縮小這便使得自來水廠可建設(shè)較為靠近水庫的海拔高度較高的山區(qū)，水庫內(nèi)的水源可直接連入自來水廠而自來水廠所生產(chǎn)的自來水也可依靠較高的海拔向地勢較低的區(qū)域進(jìn)行供水，從而充分發(fā)揮水源與用水戶之間的水頭差，大大減少了相關(guān)管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用。

3.2 因地制宜確保輸水管網(wǎng)水源供給

建立市政輸水管網(wǎng)的最終目的便是確保所有的用戶能夠得到充足的水量供給，為了實(shí)現(xiàn)這一目的除了依靠合理的管網(wǎng)布局外還受制于充足的水源供給。目前，我國市政供水的水源主要依靠自然水體或人工建造的水庫，而絕大多數(shù)城市均以自然水體作為城市供水水源，由此可見河道、湖泊等自然水體的位置也影響了城市輸水管網(wǎng)的布局。自然界中的河道往往位于地勢降低的區(qū)域，即便是我國國內(nèi)幾大地形變化極其輕微的平原區(qū)域內(nèi)中，其內(nèi)部的自然河道的標(biāo)高也略低于平原的平均地坪標(biāo)高，許多城市自來水廠都依河而建；而在山區(qū)或丘陵地區(qū)的自然河道更是處于該區(qū)域地勢最低處，鑒于上述2種情況在以自然水體作水源的可采用不同形式管網(wǎng)配置模式[3]。

在部分山區(qū)或丘陵地區(qū)，如該城市的自來水廠建設(shè)在流經(jīng)城市河道的上游地區(qū)則其供水口的地坪標(biāo)高往往高于城市企業(yè)區(qū)域，在考慮到大口徑管網(wǎng)建設(shè)時所產(chǎn)生的土方或石方施工造價的平衡后，建議采用重力流方式進(jìn)行供水。在部分重力流施工造價過高或供水口水頭差不足以為整座城市管網(wǎng)體系提供足夠的動力時，可在局部遠(yuǎn)離供水點(diǎn)或水頭差過小的區(qū)域設(shè)置區(qū)塊提升泵站以強(qiáng)化區(qū)塊供水能力。

在平原地區(qū)由于受到地形條件的限制多城市中多采用動力流或混合流的形式進(jìn)行供水，為了提高動力流輸水管網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率，可采用分區(qū)供水和分區(qū)配壓的形式來降低管網(wǎng)建設(shè)成本以及后期運(yùn)行維護(hù)成本。例如，可根據(jù)供水區(qū)域的地形地勢上的差異將其認(rèn)為的劃分為數(shù)個區(qū)域，先期在城市供水區(qū)域內(nèi)建設(shè)環(huán)狀或輻射狀的供水主干網(wǎng)絡(luò)體系，考慮到城市不同區(qū)域內(nèi)存在一定的地勢高差，可在建設(shè)環(huán)網(wǎng)或輻射干網(wǎng)時設(shè)置階梯式接力泵站來保證所有干管內(nèi)始終保持一定的壓力。在完成干管建設(shè)后便可在每個區(qū)中設(shè)置相對獨(dú)立的調(diào)壓站，或是直接利用干管內(nèi)水體的壓力進(jìn)行供水，或是另外建設(shè)加壓泵來進(jìn)一步提升支管內(nèi)的水體壓強(qiáng)。管網(wǎng)泵站如圖1所示。

圖1 管網(wǎng)泵站圖

3.3 結(jié)合區(qū)域用水需求配置管網(wǎng)布局

由于城市中不同區(qū)域內(nèi)建設(shè)開發(fā)程度往往會出現(xiàn)較大的差異性，同時不同區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對于用水量的需求存在一定的差別，為此在輸水管網(wǎng)布局時還應(yīng)結(jié)合城市區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行調(diào)整。從城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，傳統(tǒng)制造業(yè)對于水資源的需求量大于餐飲、商務(wù)辦公、科技研發(fā)等產(chǎn)業(yè)，因此，管網(wǎng)系統(tǒng)布局時可結(jié)合城市產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃中所明確的產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)類別等指標(biāo)進(jìn)行估算，從而滿足整個園區(qū)今后的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

居民的日常生活用水也是城市輸水管網(wǎng)的主要服務(wù)對象之一。而居民生活用水往往呈現(xiàn)出較為固定的時間特征，即用水高峰往往出現(xiàn)在每日的6點(diǎn)至8點(diǎn)、11點(diǎn)至12點(diǎn)、16點(diǎn)至21點(diǎn)等居民就餐、洗漱的高峰時期，而一旦度過的上述幾個時間節(jié)點(diǎn)居住區(qū)內(nèi)管網(wǎng)的供水需求將會出現(xiàn)斷崖式的下降。因此，為了充分挖掘居住區(qū)管網(wǎng)在其他非用水高峰時間的供水能力，可將其與部分商務(wù)辦公、科技研發(fā)等低耗水量的供水區(qū)域管網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)通，從而起到節(jié)約建設(shè)資源的效果。管網(wǎng)分區(qū)示意圖如圖2所示。

4 結(jié)語

鑒于市政給水管網(wǎng)的輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)布局影響到整個城市的建設(shè)發(fā)展和居民的安居樂業(yè)，在決定上述2項(xiàng)供水管網(wǎng)體系重要指標(biāo)時必須做到因地制宜、“一城一策”，并充分結(jié)合城市產(chǎn)業(yè)和居住區(qū)布局規(guī)劃，以確保所構(gòu)建的管網(wǎng)體系能夠?yàn)槌鞘薪窈蟮陌l(fā)展起到“保駕護(hù)航”的作用。

圖2 管網(wǎng)分區(qū)示意圖