區(qū)塊化供水的應(yīng)用研究

陳文立 蔣偉萍

（長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

給水管網(wǎng)是作為城市給水系統(tǒng)重要組成部分。在其總投資中，輸配水管道部分通常約占70%—80%[1]。另外，供水行業(yè)是城市一個耗能的大戶，根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒[1]資料統(tǒng)計，供水行業(yè)的耗電量非常大，但是，它的節(jié)能效果確實非常低下的。

在整個給水工程的耗電量中，用來維持水泵的運轉(zhuǎn)的耗電占據(jù)主要部分，達(dá)95%～98%，剩下的耗電幾乎都用在了制水的輔助設(shè)備上。為降低能耗，減少投資，必須做好給水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。并且進(jìn)行多種方案的計算和比較，從而得到最佳方案。研究確定性條件下的給水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計方法，可以很大程度上減少工程的總投資，包括前期的建設(shè)投資及后期的管理運行費用，提高能源的利用率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 區(qū)塊化供水

供水管網(wǎng)區(qū)塊化不同于一般概念上的管網(wǎng)并聯(lián)或串聯(lián)分區(qū)，而是綜合考慮水源性質(zhì)、數(shù)量、位置，城市地形與行政區(qū)域、現(xiàn)有管網(wǎng)的規(guī)模，將現(xiàn)有管網(wǎng)的供水主干管或干管與給水支管相互分離，改造成為若干個區(qū)域，實現(xiàn)分區(qū)供水，實施區(qū)域管理。并且各區(qū)塊由專用的供水主干管或干管供水，然后通過各區(qū)塊內(nèi)的支管向用戶供水，實現(xiàn)供水干管與支管的功能分離，區(qū)塊間由應(yīng)急聯(lián)絡(luò)管相連，安裝閥門，以備突發(fā)事件。

2 工程概況

陜南S縣地處秦嶺腹地，縣城位于蒼龍山以南豐陽河以北沿河呈帶狀分布，屬于典型的山谷型城市。豐陽河和西河在城區(qū)西側(cè)交匯后向西流去，福銀高速由城市北側(cè)通過，203省道由城區(qū)西側(cè)通過。根據(jù)該縣城市總體規(guī)劃，2030年縣城規(guī)劃人口20萬人，城市將形成形成“一心、一圈、兩廊、四區(qū)”人字形的空間形態(tài)。

“一心”即兩河交匯處布局城市核心區(qū)，使山陽城市的重心西移，此處成為城市綜合核心區(qū)?！耙蝗Α奔闯鞘型鈬襟w形成的城市綠色生態(tài)保育圈?！皟衫取奔簇S陽河生態(tài)廊道和西河生態(tài)廊道?！八膮^(qū)” 即西南產(chǎn)業(yè)園區(qū)、老城區(qū)、西河新區(qū)、東城區(qū)。其中西南產(chǎn)業(yè)園區(qū)是以農(nóng)副產(chǎn)品加工、生物醫(yī)藥、釩業(yè)深加工深加工等為一體的綜合產(chǎn)業(yè)區(qū)；老城區(qū)是以居住、商貿(mào)等為主的綜合區(qū)；西河新區(qū)是以辦公、居住為主的城市新區(qū)；東城區(qū)是以居住為主的城市新區(qū)。規(guī)劃區(qū)內(nèi)地形高差懸殊，最低點地面標(biāo)高617.83m，最高點地面標(biāo)高790m。

縣城現(xiàn)有人口6.9萬人，供水人口4萬人，供水管道總長度1.49Km，供水范圍主要集中老城區(qū)?，F(xiàn)狀供水存在諸多問題，城市配水管網(wǎng)系統(tǒng)不配套，布置不合理，部分管段沒有形成環(huán)狀供水；管網(wǎng)覆蓋率低，供水保證率低；管網(wǎng)老化腐蝕嚴(yán)重，漏損率高；管材混雜，系統(tǒng)水力條件極差。

3 工程設(shè)計

根據(jù)城市需水量計算，2030年縣城總需水量為3.8萬m3/d，由兩座地表水廠供水，一處為縣城東部磨溝河上游第三水廠，供水量3.0萬m3/d；一處為縣城東南部薛家溝梁上的第一水廠，供水量3.0萬m3/d。

為了提高系統(tǒng)管理水平，減少管網(wǎng)漏損率、根據(jù)縣城規(guī)模，水廠，高位水池數(shù)量，供水能力，行政區(qū)域及地形、地貌、河流等特點，區(qū)塊后的給水管網(wǎng)劃分成5個中區(qū)，實現(xiàn)安全供水。整個縣城管網(wǎng)分為D1、D2、L1、L2和GY共5個供水區(qū)域。D1區(qū)地形高差718-780m，用水量8000m3/d；D2區(qū)地面高差700-770，用水量5000m3/d；L1區(qū)地面高差 670-700，用水量 5000m3/d；L2區(qū)地面高差660-690，用水量4000m3/d；GY區(qū)地面高差617-720，用水量16000m3/d。擴(kuò)建后第一水廠向D1區(qū)管網(wǎng)供水，而在D2、L1、L2和GY分區(qū)內(nèi)利用高位水池向管網(wǎng)供水。第三水廠出水經(jīng)過輸水管道向D2區(qū)新建供水高位水池（1000m3，地面標(biāo)高 760m）、L1區(qū)現(xiàn)狀 1高位水池 （500m3， 地面標(biāo)高747m）、L2區(qū)現(xiàn)狀高位水池 2（500m3，地面標(biāo)高 730m）和 GY 區(qū)高位水池供水（2000m3，地面標(biāo)高710m）。

對L1和L2區(qū)進(jìn)行區(qū)塊化分析，驗證給水系統(tǒng)區(qū)塊化的有效性。供水量為9000m3/d，共有186根管段，148個節(jié)點，管徑為100mm、150mm、200mm、300mm。由兩座高位水池供水。區(qū)塊化后，L區(qū)分為L1區(qū)和L2區(qū)，分別由現(xiàn)狀高位水池1和現(xiàn)狀高位水池2供水。經(jīng)反復(fù)水力計算確定：L1區(qū)分為2個小區(qū)；L2區(qū)分為2個小區(qū)。由自由水壓因素，有高區(qū)、低區(qū)組成，高區(qū)統(tǒng)一降壓18米，延長管道使用壽命，保護(hù)管道。在水壓不足的區(qū)域或特殊的位置，需增加疊壓增壓設(shè)備供水。

經(jīng)過水力計算模擬，區(qū)塊化后的L1區(qū)最大自由水壓由68.52m降低到50.52m，平均自由水壓由57.52m減小到45.32m；L2區(qū)最大自由水壓由71.15m降低到53.15m，平均自由水壓由57.49m減小到48.49m。區(qū)塊化后，便于降壓與管理，水壓過高問題得以改善；改善了水壓不均勻性，L1區(qū)減小約21.1%，L2區(qū)減小約15.6%。不僅提高了供水的安全可靠性，給降低漏失水量創(chuàng)造了有利的條件。

根據(jù)給水管網(wǎng)區(qū)塊化后漏水量的減小量：

則：L1區(qū)平均自由水壓值約降低21.2%，漏失減小量約為16.5%。L2區(qū)平均自由水壓值約降低15.6%，漏失減小量約為11.2%。

4 結(jié)語

根據(jù)國家的“十二五規(guī)劃”要求，隨著縣城經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展、城市化進(jìn)程加速，給水系統(tǒng)的管道的老化、水壓及水量等面臨著巨大問題，需對城市給水系統(tǒng)的改擴(kuò)建進(jìn)行分析研究。本文簡述了區(qū)塊化(DBS)的概念；進(jìn)系統(tǒng)的說明了區(qū)塊化實施的方法，區(qū)塊化時需考慮的因素以及整個縣城的分區(qū)情況。以L區(qū)管網(wǎng)為例，計算結(jié)果表明，管網(wǎng)區(qū)塊化可以有效解決自由水壓過高問題，并且可以改善水壓不均勻性，既能提高供水安全性，又能減小管網(wǎng)漏失水量。

[1]中華人民共和國統(tǒng)計局編.2002年中國統(tǒng)計年鑒[Z].中國統(tǒng)計出版社，2003