區塊化供水的應用研究

陳文立 蔣偉萍

（長安大學 環境科學與工程學院，陜西 西安 710064）

給水管網是作為城市給水系統重要組成部分。在其總投資中，輸配水管道部分通常約占70%—80%[1]。另外，供水行業是城市一個耗能的大戶，根據中國統計年鑒[1]資料統計，供水行業的耗電量非常大，但是，它的節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的耗電占據主要部分，達95%～98%，剩下的耗電幾乎都用在了制水的輔助設備上。為降低能耗，減少投資，必須做好給水系統的優化設計。并且進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改擴建優化設計方法，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，從而提高經濟效益。

1 區塊化供水

供水管網區塊化不同于一般概念上的管網并聯或串聯分區，而是綜合考慮水源性質、數量、位置，城市地形與行政區域、現有管網的規模，將現有管網的供水主干管或干管與給水支管相互分離，改造成為若干個區域，實現分區供水，實施區域管理。并且各區塊由專用的供水主干管或干管供水，然后通過各區塊內的支管向用戶供水，實現供水干管與支管的功能分離，區塊間由應急聯絡管相連，安裝閥門，以備突發事件。

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西側交匯后向西流去，福銀高速由城市北側通過，203省道由城區西側通過。根據該縣城市總體規劃，2030年縣城規劃人口20萬人，城市將形成形成“一心、一圈、兩廊、四區”人字形的空間形態。

“一心”即兩河交匯處布局城市核心區，使山陽城市的重心西移，此處成為城市綜合核心區。“一圈”即城市外圍山體形成的城市綠色生態保育圈。“兩廊”即豐陽河生態廊道和西河生態廊道。“四區” 即西南產業園區、老城區、西河新區、東城區。其中西南產業園區是以農副產品加工、生物醫藥、釩業深加工深加工等為一體的綜合產業區；老城區是以居住、商貿等為主的綜合區；西河新區是以辦公、居住為主的城市新區；東城區是以居住為主的城市新區。規劃區內地形高差懸殊，最低點地面標高617.83m，最高點地面標高790m。

縣城現有人口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。現狀供水存在諸多問題，城市配水管網系統不配套，布置不合理，部分管段沒有形成環狀供水；管網覆蓋率低，供水保證率低；管網老化腐蝕嚴重，漏損率高；管材混雜，系統水力條件極差。

3 工程設計

根據城市需水量計算，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。

為了提高系統管理水平，減少管網漏損率、根據縣城規模，水廠，高位水池數量，供水能力，行政區域及地形、地貌、河流等特點，區塊后的給水管網劃分成5個中區，實現安全供水。整個縣城管網分為D1、D2、L1、L2和GY共5個供水區域。D1區地形高差718-780m，用水量8000m3/d；D2區地面高差700-770，用水量5000m3/d；L1區地面高差 670-700，用水量 5000m3/d；L2區地面高差660-690，用水量4000m3/d；GY區地面高差617-720，用水量16000m3/d。擴建后第一水廠向D1區管網供水，而在D2、L1、L2和GY分區內利用高位水池向管網供水。第三水廠出水經過輸水管道向D2區新建供水高位水池（1000m3，地面標高 760m）、L1區現狀 1高位水池 （500m3， 地面標高747m）、L2區現狀高位水池 2（500m3，地面標高 730m）和 GY 區高位水池供水（2000m3，地面標高710m）。

對L1和L2區進行區塊化分析，驗證給水系統區塊化的有效性。供水量為9000m3/d，共有186根管段，148個節點，管徑為100mm、150mm、200mm、300mm。由兩座高位水池供水。區塊化后，L區分為L1區和L2區，分別由現狀高位水池1和現狀高位水池2供水。經反復水力計算確定：L1區分為2個小區；L2區分為2個小區。由自由水壓因素，有高區、低區組成，高區統一降壓18米，延長管道使用壽命，保護管道。在水壓不足的區域或特殊的位置，需增加疊壓增壓設備供水。

經過水力計算模擬，區塊化后的L1區最大自由水壓由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區減小約21.1%，L2區減小約15.6%。不僅提高了供水的安全可靠性，給降低漏失水量創造了有利的條件。

根據給水管網區塊化后漏水量的減小量：

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

4 結語

根據國家的“十二五規劃”要求，隨著縣城經濟水平的發展、城市化進程加速，給水系統的管道的老化、水壓及水量等面臨著巨大問題，需對城市給水系統的改擴建進行分析研究。本文簡述了區塊化(DBS)的概念；進系統的說明了區塊化實施的方法，區塊化時需考慮的因素以及整個縣城的分區情況。以L區管網為例，計算結果表明，管網區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，又能減小管網漏失水量。

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