盧卓君 LU Zhuo-jun；李卿 LI Qing；林碧花 LIN Bi-hua；魏小婷 WEI Xiao-ting

（①中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，武漢 430010；②深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司，深圳 518000）

0 引言

近年來，我國城市化發(fā)展不斷加快，市政供水管網(wǎng)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大。但是相較于發(fā)達(dá)國家，我國的市政供水管網(wǎng)的漏損率較高，在一定程度上阻礙了城市的發(fā)展。政府部門對相關(guān)情況越來越重視，出臺了一系列節(jié)水政策。2021年，政府印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)城市節(jié)水工作的指導(dǎo)意見》提出目標(biāo)：到2025年，全國城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭控制在9%以內(nèi)。浙江省某沿海新區(qū)，自千禧年啟動開發(fā)以來，新區(qū)建成面積已超過45km2，建成區(qū)的給水管網(wǎng)基本建設(shè)完成。隨著新區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，生產(chǎn)生活用水量、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均大幅提高，現(xiàn)狀管網(wǎng)由于漏損嚴(yán)重，難以滿足供水要求，因此，新區(qū)亟需進(jìn)行給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造。

1 浙江省某沿海新區(qū)給水現(xiàn)狀

1.1 給水水源

某沿海新區(qū)現(xiàn)狀主要由H水廠和鄰市C水廠聯(lián)合供水，目前，新區(qū)僅有一座H水廠，位于工業(yè)分區(qū)東部的水庫南側(cè)，現(xiàn)狀可供水規(guī)模為10萬m3/d。同時，在工業(yè)分區(qū)中部和西部主干道分別有兩根供水干管接入，均來自于鄰市C水廠，目前實(shí)際供水量約為2.1萬m3/d。

1.2 給水管網(wǎng)現(xiàn)狀

某沿海新區(qū)由于用地性質(zhì)和開發(fā)強(qiáng)度的差異形成了南部工業(yè)片區(qū)、北部工業(yè)分區(qū)、西部商務(wù)新城，分別形成了基本獨(dú)立的管網(wǎng)。

南部工業(yè)片區(qū)為新區(qū)最早開發(fā)建設(shè)的板塊，給水管網(wǎng)布置較為完善，已敷設(shè)了工業(yè)和生活供水管網(wǎng)系統(tǒng)，工業(yè)區(qū)建設(shè)年代較久遠(yuǎn)，限于當(dāng)初管材質(zhì)量及施工水平有限，該區(qū)塊范圍內(nèi)管網(wǎng)破損嚴(yán)重；北部工業(yè)片區(qū)采用雙水源供水，但目前僅敷設(shè)一套給水管網(wǎng)系統(tǒng)；西部商務(wù)新城的管網(wǎng)建成時間短，基本能滿足目前的使用要求。

1.3 現(xiàn)狀給水管網(wǎng)存在問題

新區(qū)給水雖然經(jīng)過多年的建設(shè)發(fā)展，形成了一定的供水規(guī)模。但由于城市建設(shè)發(fā)展較快，用水需求量大，增長速度快，供水任務(wù)重，城市供水一直處于邊建設(shè)邊使用的狀態(tài)，供水的安全可靠性不高。新區(qū)給水系統(tǒng)存在主要問題如下：

①給水管網(wǎng)漏損率高。根據(jù)2015年至2020年H水廠及C水廠出水水量與新區(qū)水表抄表水量數(shù)據(jù)分析，新區(qū)內(nèi)管網(wǎng)漏損率達(dá)到32%~47%。而根據(jù)浙江省文件要求，管道漏損率應(yīng)控制在10%~12%以下。水資源的大量浪費(fèi)，不僅造成新區(qū)用水緊張，用水量水壓達(dá)不到要求，而且還不符合可持續(xù)發(fā)展的理念，不利用新區(qū)未來的城市發(fā)展規(guī)劃。

②新區(qū)屬于沿海地區(qū)，地下水位高，地下水鹽堿度高，腐蝕性強(qiáng)，雖然給水管網(wǎng)建成運(yùn)行不足20年，閥門、過橋架空鋼管卻腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生漏水現(xiàn)象。

③部分早期給水管管材破損較嚴(yán)重，如PCCP管接口漏水、PE管接口脫裂及PE管受重荷載壓破等。不僅增加了維護(hù)檢修的費(fèi)用和成本，而且還會造成水資源的無端浪費(fèi)和污染，經(jīng)常性的停水，不利于人們生活水平的提高。

④給水管干管缺少計量裝置，無法計量各干管水量，缺乏在線實(shí)時的優(yōu)化調(diào)度，管網(wǎng)安全運(yùn)行監(jiān)管能力薄弱，管網(wǎng)突發(fā)污染應(yīng)急措施缺失，不易于檢查管網(wǎng)漏損點(diǎn)，不利用城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，也不符合未來城市發(fā)展新趨勢—智慧水務(wù)的發(fā)展理念。

⑤新區(qū)工業(yè)給水管與生活給水管連接成一套供水管網(wǎng)，無分質(zhì)供水，可能會造成管網(wǎng)的二次污染，極易引發(fā)安全問題。

2 給水管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)改造思路

2.1 現(xiàn)狀給水管網(wǎng)平差及分析

對某沿海新區(qū)給水系統(tǒng)所有服務(wù)范圍內(nèi)的現(xiàn)狀給水管網(wǎng)建立水力模型并進(jìn)行水力分析，以哈代—克羅斯算法為理論基礎(chǔ)對現(xiàn)狀給水管網(wǎng)進(jìn)行平差計算。將新區(qū)管網(wǎng)分成兩個區(qū)塊，第一區(qū)塊為西部商務(wù)新城，其管網(wǎng)主要為生活給水管；第二區(qū)塊為南部工業(yè)片區(qū)和北部工業(yè)片區(qū)組成的東片區(qū)，供水管網(wǎng)由生活給水管和工業(yè)給水管兩套管網(wǎng)組成，目前兩套管網(wǎng)已連接使用，供水干管主要沿主干道進(jìn)行敷設(shè)。供水水源主要來自H水廠供水干管（約749L/s）、C水廠的兩路供水干管（約152L/s、93.8L/s）。

首先將已測節(jié)點(diǎn)水壓與管網(wǎng)平差節(jié)點(diǎn)水壓進(jìn)行對比，實(shí)測水壓在0.25MPa公斤左右，而平差水壓在2.7~3.0MPa范圍內(nèi)，實(shí)測水壓普遍低于平差結(jié)果的節(jié)點(diǎn)水壓。其中第一區(qū)塊實(shí)測水壓較平差水壓低2m左右，第二區(qū)塊則低4m左右，通過比較，新區(qū)給水管網(wǎng)漏損嚴(yán)重，水壓普遍偏低，東側(cè)給水管網(wǎng)較西側(cè)給水管網(wǎng)漏損嚴(yán)重。

然后將已測節(jié)點(diǎn)水量與管網(wǎng)平差節(jié)點(diǎn)水量進(jìn)行對比，可以得知，第一區(qū)塊實(shí)測水量基本上低于平差水量，但差距較小，該區(qū)塊主要為生活用水，工業(yè)企業(yè)較少，用水量較均衡，兩個水量差距較小，表明西部區(qū)塊給水管網(wǎng)漏損不嚴(yán)重。第二區(qū)塊實(shí)測水量，除該節(jié)點(diǎn)有化纖、紡織、熱電等大用水企業(yè)外，其他節(jié)點(diǎn)水量均低于平差水量，而且差距較大。通過節(jié)點(diǎn)水量對比，東側(cè)區(qū)塊給水管網(wǎng)漏損現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.2 給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

為了改善浙江省某沿海新區(qū)給水管網(wǎng)漏損問題，響應(yīng)國家號召，結(jié)合現(xiàn)狀及周邊城市的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，新區(qū)給水管網(wǎng)改造工程主要從以下方面進(jìn)行。

①東片區(qū)新建一套給水管網(wǎng)，按區(qū)塊分期進(jìn)行改造。

根據(jù)規(guī)劃，新區(qū)采用分質(zhì)供水，工業(yè)給水水源為H水廠，生活供水水源為鄰市C水廠，目前兩套管網(wǎng)已連接使用。本次廢除原工業(yè)給水管網(wǎng)，新建一套生活給水管網(wǎng)，現(xiàn)狀保留的生活給水管道用做遠(yuǎn)期中水回用管網(wǎng)。各區(qū)塊改造時先將管徑≥DN500的給水管進(jìn)行改造新建。為保證現(xiàn)狀供水的連續(xù)性，給水干管改造先廢除原工業(yè)給水管，在工業(yè)給水管管位處新建統(tǒng)一給水管，兩側(cè)用戶接至新建給水管，管道運(yùn)行情況良好的原生活給水管保留做轉(zhuǎn)輸管道使用，或用作工業(yè)區(qū)塊遠(yuǎn)期中水回用管網(wǎng)，以減少遠(yuǎn)期中水回用管網(wǎng)投資，為遠(yuǎn)期分質(zhì)供水創(chuàng)造條件。

②商務(wù)新城區(qū)塊某長度為4km給水主干管進(jìn)行新建，其余管道及時檢漏并就地維修。根據(jù)調(diào)查，商務(wù)新城區(qū)塊給水管網(wǎng)漏損率較低，但其中某主干管維修頻繁，其余路段運(yùn)行狀況較好。故對該路段DN600給水干管進(jìn)行新建改造，其余管段及時檢測漏損現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)漏損點(diǎn)，及時維修。

3 給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

根據(jù)上述分析，主要對東片區(qū)給水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造設(shè)計。為避免新建給水管出現(xiàn)目前新區(qū)管網(wǎng)嚴(yán)重漏損的現(xiàn)象，需對新建管網(wǎng)的管徑、管材等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.1 管徑確定

改造范圍內(nèi)存在現(xiàn)狀H水廠和規(guī)劃新建水廠，為保證新建管網(wǎng)管徑的合理，需對整個新區(qū)管網(wǎng)進(jìn)行總體管網(wǎng)平差以確定新建管徑。根據(jù)上位規(guī)劃，H水廠供水能力10萬m3/d，遠(yuǎn)期不擴(kuò)建，擬在南部工業(yè)片區(qū)的西南位置新建一座水廠，供水規(guī)模為12萬m3/d，遠(yuǎn)期與現(xiàn)狀H水廠同時為整個新區(qū)供水。同時，為保障用水安全，規(guī)劃仍考慮保留現(xiàn)狀C水廠的供水專線作為備用水源，當(dāng)用水不足時從鄰市引水進(jìn)行補(bǔ)充。整個沿海新區(qū)供水總規(guī)模為25萬m3/d。為了合理分配改造范圍區(qū)塊的用水量，以工業(yè)區(qū)塊現(xiàn)狀生活及工業(yè)給水管干管布置為參考依據(jù)，在工業(yè)區(qū)塊東西向五條主干道設(shè)置供水主干管，在南北向兩條主干道設(shè)置主干管，與東西向主干管成環(huán)。在南北向五條次干道及東西向一條次干道設(shè)置配水干管，使其與主干管相互之間連接形成配水環(huán)網(wǎng)。同時為周圍板塊預(yù)留供水干管。給水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)水量按現(xiàn)狀企業(yè)用水量進(jìn)行統(tǒng)計計算，其余改造范圍外各區(qū)塊選取管徑≥DN500的給水管作給水干管，節(jié)點(diǎn)流量取規(guī)劃總水量按管長進(jìn)行分配所得流量，對整個新區(qū)給水管網(wǎng)進(jìn)行整體平差計算以確定新建給水管管徑。根據(jù)初次平差結(jié)果，放大水頭損失較大管段的管徑，對流速過小的管段進(jìn)行適當(dāng)縮小，重新進(jìn)行管網(wǎng)平差，經(jīng)過幾次調(diào)整，可以得出滿足新區(qū)供水需求且較為經(jīng)濟(jì)合理的管徑。根據(jù)最終平差結(jié)果，最不利點(diǎn)的自由水頭為20.93m，已達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。此時H水廠的出廠水壓為32m，新建給水廠水源的控制水壓為33m，H水廠供水范圍主要為南部工業(yè)片區(qū)和北部工業(yè)片區(qū)，新建水廠供水范圍主要為商務(wù)新城板塊。

3.2 管材選取

浙江省某沿海新區(qū)現(xiàn)狀給水管網(wǎng)主要采用球墨鑄鐵管、鋼管（過河處）、PCCP管及PE管，根據(jù)現(xiàn)場檢漏，發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵管運(yùn)行良好、漏損率低，鋼管均有不同程度的腐蝕，PCCP管接口漏水嚴(yán)重，PE管接口及管道變形嚴(yán)重、漏損現(xiàn)象嚴(yán)重。調(diào)查了新區(qū)周邊地區(qū)供水管網(wǎng)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，主要大城市給水管均采用球墨鑄鐵管和PE管結(jié)合使用方式，管徑小于DN300的給水管道采用PE100給水管，管徑≥DN300的管道采用球墨鑄鐵管，采用該組合后管道漏損率均控制在5%以下。

綜上所述，球墨鑄鐵管具有使用壽命長、重量輕、運(yùn)輸方便的特點(diǎn)，且現(xiàn)狀采用球墨鑄鐵管道的管段漏損率低，運(yùn)行效果好，結(jié)合自來水公司運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，小管徑采用金屬管便于后期檢漏探測，因此改造供水管主要采用球墨鑄鐵管，過路頂管及過橋架空管一般采用鋼管。其中過橋管大部分都暴露在潮濕的空氣中，對鋼管的防腐要求較高，實(shí)施時應(yīng)做好管道防腐，在管理運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)管道防腐層脫落現(xiàn)象要及時維修。即使如此，對于新區(qū)靠海的特殊地理位置，鋼管架空過河仍然存在后期檢修量大的問題，在改造工程可以過橋管的管材做進(jìn)一步試驗(yàn)研究?？紤]小管徑DN300的過橋管采用球墨鑄鐵管，采用特制的支墩進(jìn)行安裝，若后期成效良好，可逐步推廣應(yīng)用。

3.3 閥件設(shè)置

現(xiàn)狀檢修閥門腐蝕嚴(yán)重，關(guān)閉操作困難，需替換更新，故檢修閥門井將結(jié)合相交路口連接管的閥門井設(shè)置情況及間距不超過5個消火栓的長度來設(shè)置。給水管沿線在高處設(shè)排氣閥，低處設(shè)排泥閥，排泥管經(jīng)排泥閥井后就近排入道路雨水檢查井。如排泥管不能順接進(jìn)入雨水檢查井，則設(shè)置排泥濕井，排泥管經(jīng)排泥濕井后再就近排入雨水檢查井。

消火栓保留現(xiàn)狀繼續(xù)使用，局部破損嚴(yán)重的，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行更換。對道路兩側(cè)現(xiàn)狀水表進(jìn)行更換，新增水表選用帶遠(yuǎn)傳功能水表，水表管徑根據(jù)企業(yè)實(shí)際要求進(jìn)行選擇和布置，且每個用戶均設(shè)置兩個水表，分別用作計量消防用水量和生活用水量。根據(jù)新區(qū)逐步建設(shè)智慧水務(wù)分區(qū)計量的要求，在部分管道安裝帶遠(yuǎn)傳功能的電磁流量計。

3.4 重要節(jié)點(diǎn)分析

本工程為線性管道工程，改造范圍廣、管道總長度大，管道主要在現(xiàn)狀道路下改造敷設(shè)，沿線涉及現(xiàn)有地下管線、現(xiàn)狀構(gòu)建物避讓問題，以下對幾個重要節(jié)點(diǎn)簡要分析：①新區(qū)給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程主要在現(xiàn)狀道路上改造，新建管道要穿越眾多的現(xiàn)狀道路，沿線需避讓現(xiàn)狀管線、現(xiàn)狀道路及地下構(gòu)建物或?qū)嵤┍Ｗo(hù)措施，根據(jù)具體情況作相應(yīng)分析。比如，給水管道與排水管道交叉時，原則上要在上方穿越，如在下方穿越，則需在新建給水管上增設(shè)套管，并對套管兩端進(jìn)行封堵，以避免雨、污水泄露導(dǎo)致給水水質(zhì)污染。②管道穿越河道既要考慮對河道水利、現(xiàn)狀橋梁的影響，也要綜合考慮管道后期的運(yùn)營維護(hù)檢修。在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)狀橋梁，條件允許時管道隨橋過河，對局部管徑較大的管道，現(xiàn)狀橋梁無預(yù)留條件時，應(yīng)采用新建橋墩架空過河。

3.5 分期實(shí)施

由于改造涉及范圍廣，給水管網(wǎng)優(yōu)化改造方案分為兩期期進(jìn)行改造，一期工程為重點(diǎn)改造區(qū)域，為南部工業(yè)片區(qū)南側(cè)給水管，即原新區(qū)最早開發(fā)區(qū)塊；一期工程改造時間為2020年~2021年。

二期工程對南部工業(yè)片北側(cè)給水管及北部工業(yè)片區(qū)部分給水管進(jìn)行優(yōu)化改造。二期工程計劃改造時間為2022年~2023年。

3.6 分區(qū)計量

某沿海新區(qū)給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后要徹底降低管網(wǎng)漏損率并能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)。目前國內(nèi)外控制漏損最有效的方式是對管網(wǎng)建立DMA（獨(dú)立計量區(qū)域）分區(qū)，是指通過截斷管段或關(guān)閉管段上閥門的方法，將管網(wǎng)分為若干個相對獨(dú)立的區(qū)域，并在每個區(qū)域的進(jìn)水管和出水管上安裝流量計，從而實(shí)現(xiàn)對各個區(qū)域入流量與出流量的監(jiān)測。利用管網(wǎng)GIS（地理信息）數(shù)據(jù)、流量監(jiān)測數(shù)據(jù)、用戶用水量數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)自動分析每個區(qū)塊的漏損率，從而為供水企業(yè)提供針對性、主動性的漏損控制決策方案，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會服務(wù)水平。因此，給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造按遠(yuǎn)期發(fā)展智慧水務(wù)進(jìn)行考慮，對供水區(qū)域進(jìn)行分區(qū)塊計量。

根據(jù)前述的實(shí)施方案，本工程主要考慮對東片區(qū)進(jìn)行分區(qū)域計量，分區(qū)按改造分期順序自南往北進(jìn)行。同時，每個區(qū)塊內(nèi)再根據(jù)用水單位密集程度再細(xì)分小區(qū)塊進(jìn)行計量。

4 給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造效益分析

4.1 社會效益

隨著浙江省某沿海新區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，企業(yè)用水量、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均大幅提高，現(xiàn)狀管網(wǎng)由于漏損嚴(yán)重，難以滿足現(xiàn)狀供水要求，同時搶修爆管也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。為了建設(shè)與現(xiàn)代化城市發(fā)展相適應(yīng)的市政供水配套基礎(chǔ)設(shè)施，必須對現(xiàn)有供水管網(wǎng)進(jìn)行更新改造，提高供水保證率。

本工程的實(shí)施是創(chuàng)建資源型社會、節(jié)約型社會的需要。如今城鄉(xiāng)居民、工業(yè)企業(yè)對公共用水的使用安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等都提出了更高的要求。實(shí)施給水管網(wǎng)改造，能有效提高供水效率和保障率，對服務(wù)范圍內(nèi)居民生活、企業(yè)生產(chǎn)都有保障。從長遠(yuǎn)看，本工程的建設(shè)能有效減低用于城市給水管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)檢修的費(fèi)用，能高效可靠為城市提供滿足水質(zhì)要求的用水，提高人們的生活水平，符合國家最新的政策要求，也是未來城市發(fā)展的新趨勢，社會效益顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

供水企業(yè)是公益類企業(yè)，相對于銷售來說，成本的控制是更加重要的，而成本占比相對較重的，則是供水管網(wǎng)，管網(wǎng)的漏損率往往能體現(xiàn)供水產(chǎn)銷差。隨著新區(qū)給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的逐步建設(shè)，新區(qū)給水管網(wǎng)漏損率將大幅降低，供水成本逐年減少。2021年新區(qū)管道搶修費(fèi)用高達(dá)380萬/年，管網(wǎng)建設(shè)優(yōu)化改造后，管道維修費(fèi)用也將明顯減少。同時，新區(qū)的投資環(huán)境也將大幅改善，利于新區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2015年至2020年新區(qū)管網(wǎng)漏損率達(dá)到32%-47%，未實(shí)施給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目前，漏損水量逐年在增加，特別是2015年~2018年，管網(wǎng)漏損率均高達(dá)40%以上，對新區(qū)供水造成一定影響。

表1數(shù)據(jù)為2015年至2021年某沿海新區(qū)新區(qū)供水管道漏損率統(tǒng)計表。由表中數(shù)據(jù)可以看出，2020年及以后（一期改造工程建設(shè)后），其管道漏損率在逐年遞減，管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造卓有成效。

表1 2015年～2021年浙江省某沿海新區(qū)新區(qū)供水管道漏損率統(tǒng)計表

隨著今后二期工程實(shí)施建成后，給水管網(wǎng)改造區(qū)域內(nèi)的管道漏損率將控制在12%以下，力爭控制在9%以內(nèi)，預(yù)計整個新區(qū)給水管網(wǎng)總漏損率下降至22%左右。每年可減少自來水損失328萬噸，挽回經(jīng)濟(jì)損失755萬元，同時保障供水運(yùn)行安全，消除水質(zhì)二次污染隱患。這項(xiàng)民生工程的實(shí)施，既保障了居民的供水安全，也帶來了非常積極的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

5 結(jié)語

結(jié)合浙江省某沿海新區(qū)給水管網(wǎng)實(shí)際情況，介紹了新區(qū)給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案。從數(shù)據(jù)出發(fā)，分析該工程現(xiàn)階段取得的效益。給水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工程實(shí)施后將有助于自來水有限公司提高供水能力，保證企業(yè)和居民能用上健康的自來水，實(shí)現(xiàn)供水服務(wù)的人性化、智能化和現(xiàn)代化，提升城市的運(yùn)行質(zhì)量。