余啟敏

（福建省水利水電勘測設計研究院有限公司，福建 福州 350001）

按照黨中央、國務院關(guān)于堅決打贏脫貧攻堅戰(zhàn)和實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的有關(guān)要求，在全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展理念下，以人為中心，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、經(jīng)濟社會發(fā)展、人與自然和諧發(fā)展的根本需求，要逐漸打破城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)，縮短城鄉(xiāng)之間的差異，按照“城鄉(xiāng)供水一體化”的道路，統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化布局，這給城鄉(xiāng)融合條件下的縣域經(jīng)濟用水機理研究帶來新的問題。目前，在我國城市化進程加快、城市基礎(chǔ)設施建設力度加大的背景下，對城鎮(zhèn)水資源的需求日益突出。要想使城鎮(zhèn)供水工程得到更好的發(fā)展，就必須繼續(xù)加大對城鎮(zhèn)供水工程的關(guān)注。與鄉(xiāng)村供水相比，城鎮(zhèn)供水項目的面積更大，所需的供水管網(wǎng)也更多，所以供水管網(wǎng)的布局與規(guī)劃顯得尤為重要。為此，需要具體研究城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的供水模式和供水管網(wǎng)的劃分，以便更好地提高供水系統(tǒng)的使用效率，緩解城鎮(zhèn)中大量水資源消耗的關(guān)鍵問題。

1 影響給水設計中輸水方式和管網(wǎng)分區(qū)的因素

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的供水模式和劃分有很大的影響，其中包括供水需求、周邊氣候和地理環(huán)境等。

1.1 供水需求

對供水的需求量是指用水管網(wǎng)為用戶提供的用水總量、集中用水時段等指標反映在供水管網(wǎng)上。

1.2 地勢

當采用重力流動法時，必須將水廠選址在地勢高的位置，同時管線相應埋得更深，以獲得更多的流體動能來支撐管線的運轉(zhuǎn)，這樣一方面選址相對困難，另一方面會加大工程的工作量和難度。

1.3 環(huán)境和氣象條件

（1）氣象條件：若在北部地區(qū)采用重力流工程，由于氣溫較低，管線易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象、流速減小、造成給水效果降低。

（2）來源要素：不同來源的供水系統(tǒng)有其相應的供水系統(tǒng)，建設時要依據(jù)供水系統(tǒng)的實際狀況，合理選用相應的供水系統(tǒng)。

（3）其他因素：如項目成本等，在不同程度上也會對管道劃分產(chǎn)生不同的影響。為此有關(guān)主管部門必須對其產(chǎn)生的各個方面進行細致剖析，并針對性加以處理，以保證其在今后工作中發(fā)揮應有的作用。

2 案例背景

本項目為霞浦縣城鄉(xiāng)供水一體化（先行啟動工程），實施內(nèi)容為新建七都溪泵站，設計規(guī)模為30 000 m3/d，揚程27m，并預留給牙城水廠13 000 m3/d水量。改建斗門頭抽水站，設計規(guī)模為30 000 m3/d，揚程96 m。新建輸水管道全長10.42km（主要為DN500-DN600球墨鑄鐵管）。并對周灣水廠進行擴建，擴建規(guī)模為1.0×104t/d，改造現(xiàn)狀三沙水廠，同時新建及改造三沙鎮(zhèn)區(qū)配水管網(wǎng)（管徑DN200—DN 500球墨鑄鐵管與DE20-DE160PE管）20.1 km工程。工程總投資為9 603.36萬元。

3 給水設計中的輸水方式選擇

結(jié)合此項目實際情況，需要選擇合適的輸水方式，這樣就需要對輸水方式進行詳細分析，進而選擇最為科學的方式保障輸水安全。

目前在城鎮(zhèn)供水工程中，輸水方式有多種形式，常見的有重力輸水、壓力流輸或二者相結(jié)合三種方式。重力輸水是指利用重力的作用，使空氣中的空氣流動產(chǎn)生水流，進而實現(xiàn)輸水，重力輸水需要對城鎮(zhèn)的地勢、地形等有很高的要求，因此該方式的應用在南方山區(qū)地方應用較廣。在壓力流輸中，當流量不夠時，用加壓的方法進行輸水。在實際的輸水線路選型時，對管網(wǎng)的質(zhì)量強度、管網(wǎng)的承載能力、地形地貌，對供水設施也有較高的要求。在實際工程中，二者可互相配合使用，且對地形復雜地區(qū)的輸水線路應作適當?shù)脑O計。在供水工程中，如何科學、合理地選用輸水方式，往往與當?shù)氐牡貏?、地形、水源、供水距離等因素有很大的關(guān)系。

本工程七度溪取水工程綜合考慮到相關(guān)揚程、造價、運營成本、維護管理強度、安全性及輸水可靠性方面，最終選取了分級加壓供水的方式進行，從七都溪左岸新建七都溪泵站提水，大致順著現(xiàn)狀景觀道路鋪設，通過倒虹吸穿過七都溪后沿著農(nóng)田鋪設到斗門頭泵站。再經(jīng)斗門頭泵站加壓穿過現(xiàn)狀水泥道路，沿著上山路明管鋪設至隧洞口，單程管線總長5.25 km。

供水水廠的選址、水位和供水線路的選擇，都會對供水系統(tǒng)運行造成不同程度的影響。而在高海拔區(qū)域，一般采用自流輸水方式，這樣既能有效地節(jié)省能源，又能保證輸水線路的最短、最科學、最合理，在這樣的情況下，水位必須有一個標準。另外也可利用水位的高低差來進行輸送，但必須對輸送管道的直徑進行控制，以便能夠滿足輸送的最大流量。在輸水時，若地面高程差異超過規(guī)范要求，則應在適當?shù)牡胤皆O置泄壓閥，以便控制水勢和流速。而在選擇增壓輸水的時候，要從經(jīng)濟成本、輸送工藝等方面，對輸水管道進行有效分類。在實際的輸送過程中，要根據(jù)具體的情況對其進行增壓，要科學、合理地設置壓力的形式和位置，這樣才能保證輸送過程的平穩(wěn)。

所以在進行城鎮(zhèn)供水工程的設計時，必須綜合考慮經(jīng)濟費用與技術(shù)因素。結(jié)合周灣水廠的實際情況，本項目屬于山區(qū)地區(qū)的供水項目，因此考慮到廠區(qū)的狹小及成本和方式的合理性，最終決定選擇壓力流輸加重力流的方式進行輸水供給，將濾后水先加壓提升至山上高位水池，再由高位水池通過重力流輸送，以增強水流能力，保障區(qū)域的正常供水。

周灣水廠在輸水方面考慮到水質(zhì)安全的因素，因此在輸水方式選擇前做好凈水工程方面的內(nèi)容：周灣水廠更換加藥加氯系統(tǒng)，原有為二氧化氯消毒，因二氧化氯與水中有機物和無機化合物反應可能產(chǎn)生有毒的或有“三致”作用的副產(chǎn)物出現(xiàn)，制備過程中也存在安全隱患，且原料為鹽酸采購受控?？紤]到次氯酸鈉為具有高效、廣譜、安全的強力滅菌、殺病毒藥劑，同時具有同水的親和力好，能與水以任意比例互溶，不存在相應的安全隱患，具有余氯的持續(xù)消毒能力。消毒效果好，投加準確、操作安全、使用方便、對環(huán)境無毒害、不存在跑氣泄漏，可在任意環(huán)境工況下投加。綜合以上原因，采用次氯酸鈉替換原有的二氧化氯消毒系統(tǒng)。并結(jié)合新建自動化系統(tǒng)做好凈水工作，保障飲用水的安全性。

4 給水設計中的管網(wǎng)分區(qū)分析

管網(wǎng)分區(qū)一般是指在實際輸水期間，將供水管網(wǎng)按照一定的原則進行劃分，促使其可成為不同和獨立的子區(qū)域，結(jié)合不同的子區(qū)域來單獨計量用水管理方法，這種方法可有效提升水資源的利用率，提升當?shù)氐慕?jīng)濟效益和環(huán)境效益，目前在多個城市都有著十分廣泛的應用，且對于本工程而言也在應用這種管網(wǎng)分區(qū)的方式進行給水設計。

4.1 管網(wǎng)分區(qū)的原則

4.1.1 區(qū)域的計量分區(qū)原則

即把管道上的閥門封閉或切斷，這樣就可以實現(xiàn)區(qū)域劃分，對各個地區(qū)的進水管、出水管進行檢查，可對水量和管網(wǎng)管理系統(tǒng)進行控制，可預防在使用中發(fā)生的儲存及滲漏問題，也能找出問題所在，以便更好地解決問題，降低經(jīng)濟損失。通過對管網(wǎng)壓力的有效調(diào)控，保證管網(wǎng)管理系統(tǒng)能夠工作在最好的工作條件下。

4.1.2 壓力分區(qū)的原則

在管網(wǎng)分區(qū)設計時，要考慮到地形和使用者所承受的水壓，在劃分時還要控制滲漏率，這樣才能使管道的壓力與滲漏率呈比例關(guān)系。在此基礎(chǔ)上對城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)進行局部劃分，并將其與等壓線的布置相聯(lián)系，實現(xiàn)對供水壓力的有效控制，降低了供水壓力和管道滲漏率。

4.1.3 管理分區(qū)的原則

這種劃分方式在工程實踐中較為普遍，而且取得很好的成效，已有相當?shù)募夹g(shù)水平。但是由于中國人口眾多、地域廣闊，供水工程施工規(guī)模龐大、施工繁瑣，使得管網(wǎng)劃分原則在實踐中仍有困難。為此在實際項目實施期間建議采用區(qū)劃劃分的原理，并根據(jù)城區(qū)的發(fā)展狀況和工作量采用區(qū)劃界限法劃分管網(wǎng)，在供水工程的管網(wǎng)劃分中該方法可以大大簡化供水工程的難度。然而該方法在實踐中并未充分地反映過程中的運行效率、費用、水利條件和管網(wǎng)運行壓力等方面的影響。

4.2 給水設計中管網(wǎng)分區(qū)方案的確定

在進行城鎮(zhèn)供水設計時，要根據(jù)現(xiàn)實情況，對城鎮(zhèn)發(fā)展層次進行有效的構(gòu)造，這樣才能使供水系統(tǒng)的功能得到更好的體現(xiàn)。通常單層系統(tǒng)可以由管網(wǎng)系統(tǒng)進行，而在以后的設計中則需要實施空壓、改壓和泄漏量等方式的調(diào)整。通常最常見的是雙層和三層管網(wǎng)，根據(jù)國內(nèi)城市供水的設計和發(fā)展，管網(wǎng)體系在發(fā)展的進程中，多采用雙層結(jié)構(gòu)。

由于本項目新建配的水管網(wǎng)為20.1 km，使用管徑為DN200—DN 500球墨鑄鐵管與DE20-DE160PE管，進行管網(wǎng)建設，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域發(fā)展需要及壓力狀況，新建了2座提升泵站，并將其與整個城區(qū)的總體規(guī)劃和需要相聯(lián)系。周灣水廠主要供往隴頭方向，三沙水廠主要供往鎮(zhèn)區(qū)方向，周灣水廠又可作為三沙鎮(zhèn)區(qū)管網(wǎng)的備用水源。且從城鎮(zhèn)用水的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來分析，當?shù)厮a(chǎn)品加工廠及民宿等的用水量是非常多的，而商務辦公、餐飲以及居住區(qū)等用水量會相對少一些，所以，輸水管網(wǎng)的布局工作可以參考城鎮(zhèn)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來進行布局，進行合理的規(guī)劃，這樣才能保障輸水管網(wǎng)的布局工作合理性，滿足各個區(qū)域的用水需求，確保人們的生活不受到影響。

4.2.1 確定具體區(qū)域的規(guī)模

為保證供水系統(tǒng)在正常運轉(zhuǎn)時的壓力平衡，按區(qū)域分級的方式對供水系統(tǒng)進行壓力控制。所以，在城市供水系統(tǒng)的設計中，要盡量減少滲漏對使用者造成的危害，并要對滲漏量加以嚴格的控制。在實施分段供水時，要進行給水模式的優(yōu)選，要對管網(wǎng)壓降產(chǎn)生的損耗進行控制，并確定進水口的選址。因此對滲漏狀況進行了控制，就會在操作時對壓力進行有效的控制，實現(xiàn)節(jié)約能源，避免水資源的浪費，采用低壓給水的方法應當繼續(xù)普及，以達到對成本的有效控制。在管網(wǎng)管理的劃分中，也要對各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、收集，了解管網(wǎng)的流動情況，確保管網(wǎng)管理的安全性，適時地對管網(wǎng)管理進行維修。

4.2.2 設置供水地點及供水水量的管理

在供水一體化的給水設計中，也要對進水口的數(shù)目進行合理的計算，同時還要對壓力和水量進行計算，這樣才能確保在整個供水工程的施工中更加的安全性，避免突發(fā)事件的發(fā)生，確保供水的安全性。在進行管網(wǎng)劃分時，可適當增加入水口數(shù)目，通過實例驗證了采用多點入水口能較好地實現(xiàn)壓力的控制和定位，還可以使其更加的安全，能夠在多個事故發(fā)生時進行多個位置的入水，從而更好地應對突發(fā)事件，有利于對城鎮(zhèn)管網(wǎng)的分段式供水實施高效的管理。

4.2.3 管網(wǎng)區(qū)劃的劃定

在進行供水工程設計時，應結(jié)合地區(qū)的實際地勢和高低差異，并依據(jù)供水間距、水廠容量、壓強界限等資料進行科學設計，由于這些內(nèi)容對管道地區(qū)的范圍有很大的影響，所以要將其加以全面分析，并在實踐中加以歸納和解決。

4.2.4 分區(qū)規(guī)劃的最佳調(diào)節(jié)

在城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中，在編制管網(wǎng)劃分方案后，還要對供水項目進行驗證，從而對計劃進行持續(xù)改進，并對其中不合理之處進行修正。在具體工程設計中，應將管道和閘斷設置都視為關(guān)鍵，在進行優(yōu)化時要將管道內(nèi)不動水對水質(zhì)的作用納入考量，這樣就能在輸送時對管道進行加壓，讓管道末端的水流能夠流通，并配備相應的排水設施。

4.2.5 采用節(jié)水技術(shù)

在城鄉(xiāng)供水一體化項目建設中，需要統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展和環(huán)境效益，采取節(jié)水技術(shù)實現(xiàn)科學輸水與科學的管網(wǎng)分區(qū)工作。如選擇節(jié)水材料和設備，將水廠和用戶用水、輸水等形成嚴密的系統(tǒng)，避免水污染。結(jié)合智慧水務進行有效監(jiān)控，及時調(diào)整水壓水量，遇到破漏及時搶修。

5 結(jié)語

綜上所述，基于目前城鄉(xiāng)供水一體化設計的理念和要求，需要根據(jù)城鄉(xiāng)發(fā)展現(xiàn)狀和農(nóng)村區(qū)域供水安全現(xiàn)狀做好輸水方式的科學選擇，同時做好管網(wǎng)分區(qū)等工作，保障整個給水工程的穩(wěn)定性與安全性。在實際工程方案選擇期間，還需要結(jié)合當?shù)氐募夹g(shù)、經(jīng)濟等重要因素，掌握好供水廠和城鎮(zhèn)的距離，依據(jù)供水路線科學劃分管網(wǎng)區(qū)域，保障城鎮(zhèn)供水安全性的基礎(chǔ)上，也能夠為鄉(xiāng)村提供充足的安全供水，進而發(fā)揮出城鄉(xiāng)供水一體化的經(jīng)濟與社會效益，提升水資源的利用率。