司徒菲，胡新立，童沙

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430010）

1 背景

我國中央文件中強調“要在有條件的地方推進城鄉(xiāng)供水一體化”。城鄉(xiāng)一體化供水成為國家政策高度關注的公共設施建設領域。

城鄉(xiāng)一體化供水主要指將供水管網由城市延伸、覆蓋至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建立一體化的城鄉(xiāng)供水網絡系統(tǒng)，基本實現(xiàn)城鄉(xiāng)聯(lián)網供水，水資源共享[1，2]。其本質內容是消除農村與城鎮(zhèn)供水之間存在的顯著差距[3]。

城鄉(xiāng)一體化供水主要建設思路有3個方面：對水資源進行統(tǒng)籌配置；對供水系統(tǒng)格局進行優(yōu)化；實現(xiàn)“同源、同網、同質、同管”的一體化管理模式。

2 村鎮(zhèn)供水設計特點

對比城市供水，村鎮(zhèn)供水具有以下8個方面的特點。

2.1 供水系統(tǒng)

城市基本采用集中式給水系統(tǒng)，根據地形情況，有分壓、分區(qū)供水的模式。

村鎮(zhèn)給水系統(tǒng)在條件受限時，可以采用分散式給水系統(tǒng)，缺水地區(qū)可收集雨水作為水源，或者就近以小水庫或地下水為水源，采用小型一體化處理設施制水。當地形可以利用時，優(yōu)先采用重力流式供水。

2.2 供水保障

城市和村鎮(zhèn)的水源供水保障率要求不低于90%。目前，我國城市自來水普及率達到99%，設計按100%考慮；農村自來水普及率達到83%，2021年中央一號文件明確2025年農村自來水普及率達88%。

根據國務院《水污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2015〕17號）第二十四條規(guī)定，單一水源供水的地級及以上城市應于2020年底前基本完成備用水源或應急水源建設。村鎮(zhèn)供水目前暫無規(guī)定必須建設應急備用水源。

2.3 水處理工藝

城市和村鎮(zhèn)的供水的水質標準是一致的，均執(zhí)行GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》。

城市供水設計參照GB 50013—2018《室外給水設計標準》，村鎮(zhèn)供水設計參照CJJ 123—2008《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村給水工程技術規(guī)程》。

當原水濁度不高時，村鎮(zhèn)供水允許采用短流程的處理工藝，原水經過過濾和消毒后即可供出。城市供水基本采用“反應+沉淀+過濾+消毒”的常規(guī)處理工藝，甚至為提高出廠水質，增加深度處理。

當原水濁度高、藻類多或存在有機污染物時，城市和村鎮(zhèn)供水都會增加預處理工藝。對于特殊水質的原水，如鐵、錳、氟等含量較高，處理工藝流程基本是一致。

2.4 用水量組成

城市供水量組成包括：綜合生活用水（包括居民生活用水和公共設施用水）；工業(yè)企業(yè)用水；澆灑市政道路、廣場和綠地用水；管網漏損水量；未預見用水；消防用水。

村鎮(zhèn)供水量組成包括：生活用水、公共建筑用水、工業(yè)用水、畜禽飼養(yǎng)用水、管網漏損水和未預見用水、消防用水。

村鎮(zhèn)和城市都有生活用水和工業(yè)用水；村鎮(zhèn)公共設施較少，只按生活用水量的一定比例計算公共建筑的用水量；村鎮(zhèn)不考慮澆灑道路城市綠化用水；村鎮(zhèn)有畜禽飼養(yǎng)用水，城市沒有。

2.5 生活用水定額

地級（及以上）城市人口大致在50萬人以上，根據GB 50013—2018《室外給水設計標準》中的劃分標準，屬于中等城市及以上的范疇，在同一個氣候區(qū)域內，生活用水定額取值相對較高。村鎮(zhèn)中鎮(zhèn)區(qū)人口一般為20萬～50萬人，屬于小城市范疇，生活用水定額取值相對略低。農村人口現(xiàn)狀實際生活用水定額大致為100 L/（人·d），考慮到農村人口生活水平逐步提升，設計選取《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村給水工程技術規(guī)程》中“洗、浴、廁”三件套均配置的定額，該水平與鎮(zhèn)區(qū)生活用水定額相當[3-6]。

2.6 變化系數

村鎮(zhèn)供水的日變化系數一般取1.3～1.6，比城市供水日變化系數（1.1～1.5）高，主要考慮村鎮(zhèn)常住人口與戶籍人口差別較大，平日用水量少，節(jié)假日返鄉(xiāng)人員較多，用水量增幅較大。村鎮(zhèn)供水的時變化系數一般取1.8～3.0，比城市供水（1.2～1.6）要高，主要考慮到農村人口少，供水規(guī)模小，且一天中用水量基本集中在早、中、晚3個時段，約6～8 h，幾乎接近于定時供水。

2.7 供水水壓標準

村鎮(zhèn)和城市供水壓力一般都按直供范圍內最不利點最小服務水頭控制。城市和鎮(zhèn)區(qū)里最小服務水頭一般按6層樓水壓0.28 MPa計。農村供水最小壓力設計一般按0.16 MPa控制，局部地區(qū)滿足消防水壓即可。當采用重力流供水時，還需根據計算設置減壓措施，避免管道內壓過高，超過管材承受能力或增加漏損風險。

2.8 配水管網設計標準

城市供水范圍較為集中，供水管網基本上為環(huán)狀管網，管網安全保障率高。村鎮(zhèn)供水范圍較為分散，供水管網較多采用枝狀管網。城市供水量大、管徑大，配水管多采用球墨鑄鐵管或鋼管。村鎮(zhèn)供水量小、管徑小，配水管多采用運輸安裝方便且經濟的塑料管。

3 城鄉(xiāng)一體化供水設計存在的問題及建議

3.1 供水系統(tǒng)布局不經濟

建議充分考慮村鎮(zhèn)供水較為分散的特點，結合現(xiàn)有供水設施布局，合理劃分供水區(qū)域，適當保留分散供水的小水廠，形成多廠、多水源供水的格局，節(jié)約整體運行費用。

3.2 供水量變化幅度大

農村地區(qū)存在常住人口與戶籍人口相差特別大的情況，供水管按高日高時供水量設計，全年大部分時間管內實際流速低，流動性差，容易造成管內水質二次污染。

建議設計按最高日供水量確定水廠規(guī)模，水廠的清水池調節(jié)容積應適當放大，配置水泵時，需兼顧平均日供水量和高日高時供水量，利用增減水泵運行臺數、大小泵搭配或設置變頻等方式，適應不同送水量需求，靈活運行。同時，選擇輸配水管管徑也需要兼顧不同工況，設計合理的流速和水力坡降。

3.3 農村小型水廠運維難度大

據調研，部分農村小型一體化水廠運行維護有一定難度，管理人員技術水平不足，水廠出現(xiàn)故障得不到及時解決，造成出廠水水質不穩(wěn)定。消毒設備安全防護措施做得不到位，存在一定的安全隱患。

建議構建區(qū)域一體化運管體系，采用專業(yè)隊伍，對小型一體化水廠進行標準化管理。同時，還可以通過加大智慧水務建設力度，實現(xiàn)小型一體化水廠無人（少人）值守。

3.4 管網問題成為供水系統(tǒng)瓶頸

管網的問題一直是村鎮(zhèn)供水的主要問題之一。村鎮(zhèn)的供水管網老舊破損情況嚴重，漏損率高；或管網建設未能跟上城鎮(zhèn)化進程，局部管道設置不合理、輸水能力不足，影響龍頭水的水質和水壓；還有些農村用戶較偏僻，輸水管道維護難度大。

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城鄉(xiāng)一體化供水打破了原有的各自為政的供水格局，需要科學規(guī)劃和全局統(tǒng)籌，合理確定供水管道大小、走向、工作壓力和材質。利用監(jiān)測管道壓力、流量等手段，減少偏僻地區(qū)管道維護工作量。

3.5 缺乏水源保護及備用水源

優(yōu)質的水源是優(yōu)質供水的基礎。水源地保護一直是村鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，同時村鎮(zhèn)供水系統(tǒng)大部分未考慮配置備用水源，供水安全保障率較低。

建議通過城鄉(xiāng)一體化供水格局的布置，充分利用各區(qū)域現(xiàn)有水資源，形成互為備用的模式。同時，將水源地保護措施納入智慧水務監(jiān)控系統(tǒng)。

4 設計案例分析

4.1 重力流供水系統(tǒng)

4.1.1 特點分析

湖北省某縣總面積1449 km2，總人口約40萬人，其中，農村人口占70%以上。全縣地理特征是丘陵地形，東河、西河兩大水系南北貫通、整體北高南低。北部大型水庫，水質較好，鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民分布于兩大水系沿線，縣城位于東河、西河下游交匯處、整個用水點高差幾百米。

該縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住分散，由70多個集中供水站分散供水，供水站規(guī)模小，設施簡陋，缺乏必要的消毒措施，水質狀況未做監(jiān)測。水源主要是以河流、溪溝和小水壩水為主，存在季節(jié)性枯水，且與農業(yè)灌溉用水相沖突，水量得不到保障。同時，河道還承納兩岸生活和工農業(yè)廢水，水質得不到保證?？h城水廠水源位于河道下游，易受污染，總磷、COD（化學耗氧量）、總氮等指標超標。縣城管網破損嚴重、未全覆蓋。

4.1.2 整體方案

1）充分利用上游2個水庫的優(yōu)質水源，盡可能擴大優(yōu)質供水覆蓋面，一次性解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)和縣城水質、水量無法保障的問題。在水庫邊建2座水廠，實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城用水“同源、同質”。

2）充分利用水源地和供水區(qū)域地勢高差大的特點，實現(xiàn)重力自流供水，節(jié)能降耗。

3）依據地形特點，形成“兩線兩點，東西互通”的供水系統(tǒng)。

4）新建供水主干管與現(xiàn)有村鎮(zhèn)水廠的輸配水管道連通，保留現(xiàn)有水質達標的水源及供水站，形成雙水源供水。

4.1.3 設計要點

1）考慮部分地勢較高的城鎮(zhèn)用戶或者高山農村用戶無法納入工程服務范圍，實際服務范圍按照城鎮(zhèn)人口90%覆蓋，農村人口65%覆蓋計算。干管最不利點自由水壓不低于0.28 MPa，高峰用水時水壓不低于0.24 MPa。變化系數取值綜合考慮為：日變化系數1.20、時變化系數1.40。

2）最高日居民生活用水定額鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農村取100 L（/人·d），城區(qū)取250 L（/人·d）。鄉(xiāng)鎮(zhèn)的企業(yè)用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的30%。禽畜飼養(yǎng)用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網漏損率控制在10%以內。未預見水量按以上水量的8%預測。

3）新建2座水廠，針對原水冬季低溫低濁、用地面積小的特性，選用占地面積小、抗沖擊負荷能力強、效率高的常規(guī)處理工藝路線：水庫水—水力旋流網格絮凝池—側向流泥水分流A形斜板沉淀池—V形氣水反沖洗濾池—清水池—重力流輸水至鄉(xiāng)村和鎮(zhèn)區(qū)。

4.2 壓力流供水系統(tǒng)

4.2.1 特點分析

湖北省某縣的城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)農場供水總面積1800 km2，遠期供水總人口135萬人。全縣地勢平坦，除網湖濕地保護區(qū)外，城區(qū)和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均建有各自的中心水廠。其中，城區(qū)2個水廠，均以水庫為主水源，水質較好。鄉(xiāng)鎮(zhèn)大多數以當地小河流或小型山塘水為水源，大旱年份要滿足農業(yè)灌溉用水，水質、水量得不到保障。

城區(qū)采用兩廠聯(lián)合供水，管網布局不合理，出現(xiàn)瓶頸。鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍采用灰口鑄鐵管和PVC管，造成管網整體漏損率居高不下。

4.2.2 整體方案

1）城區(qū)西側1鎮(zhèn)靠近水庫，水源有保障，考慮保留鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠供水；城區(qū)東側1鎮(zhèn)鄰近長江，以江水作為其主要水源。其余區(qū)域一并納入城鄉(xiāng)一體化供水范圍。

2）通過延伸主干管，更換老舊水管，將城區(qū)周邊的村鎮(zhèn)納入供水范圍內。在每個主干管接入口設置壓力變送器、電磁流量計等在線儀表，便于今后監(jiān)控和統(tǒng)一調度。

3）局部高地或距離水廠較遠區(qū)域，新建中途加壓泵站保障供水壓力。

4.2.3 設計要點

1）供水服務范圍按照城鎮(zhèn)人口100%覆蓋，農村人口90%覆蓋計算。干管最不利點高峰用水時水壓不低于0.1 MPa。日變化系數取1.3；最高日時變化系數取1.6。

2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村最高日居民生活用水定額取80 L（/人·d），城區(qū)最高日生活用水定額取130 L（/人·d）。企業(yè)用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的40%。禽畜飼養(yǎng)用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網漏損率控制在15%以內。未預見水量按以上水量的10%預測。

3）為實現(xiàn)壓力穩(wěn)定、水質達標、管網控漏節(jié)能、提升科學決策的能力和應急服務能力，主要圍繞以下工程內容進行建設：管網地理信息系統(tǒng)+DMA漏損管理系統(tǒng)、水質監(jiān)測管理系統(tǒng)、智慧調度中心等。

5 結語

城鄉(xiāng)一體化供水設計中需要重點關注的方面包括：

1）供水系統(tǒng)布局既要打破“一地一水”傳統(tǒng)低效的供水模式，也要避免盲目擴大集中供水區(qū)域，造成產水成本過度升高。應該因地制宜，采用相對集中、適度分散的供水格局。

2）統(tǒng)籌、高效配置水資源，鄰近區(qū)域形成互為備用的供水格局，同時完善水源保護措施，可在現(xiàn)有條件下，提高供水安全保障率。

3）農村供水區(qū)域更分散、不確定因素更多。在供水覆蓋率、管網漏損率、用水定額、變化系數等參數選擇時，需要結合當地實際用水習慣、村鎮(zhèn)人口占比、基礎設施完善度等因素綜合分析，保證供水設施建成后能夠充分發(fā)揮效益。

4）要實現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化供水，不僅需要加強水廠和管網等硬件設施的投入，還需要引入智慧水務理念，借助可視、可控、可調的現(xiàn)代化管理模式和數字化產品，才能實現(xiàn)可持續(xù)的高質量發(fā)展。以上分析和總結內容可為今后城鄉(xiāng)一體化供水項目的設計提供參考和借鑒。