平原區城鎮城鄉供水一體化模式探討
——以福清市為例

黃盛尚

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350008)

平原區城鎮城鄉供水一體化模式探討
——以福清市為例

黃盛尚

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350008)

福清市具有城鎮密集度高、組團式發展及地形地勢起伏小的明顯特征，從城鎮供水系統角度，可作為福建省沿海平原區城鎮的典型代表。福清市現狀城鎮給水系統紛繁凌亂、格局分立，此外，水源系統呈枝狀布局造成原水系統安全的脆弱性及存在著水庫水利用的不充分性。如何打破現有格局分立的供水系統，使城鄉供水系統形成有機的整體的統一系統，是供水一體化的核心所在；如何優化水資源配置，并形成備用保障體系，是福清市供水安全的一個重要課題。規劃提出了原水系統大聯網及“高速公路模式”主干管構建的凈水系統小聯網理念，實現了真正意義的城鄉供水一體化，并為福清市城鄉供水構筑了上、下兩個層面的供水安全保障體系。

平原區城鎮；城鄉供水一體化；聯網體系；高速公路模式；分區擴展

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引 言

《福清市城鄉供水一體化專項規劃》是福建省首個城鄉供水一體化類規劃項目(獲2013年度福建省優秀城鄉規劃設計一等獎)，對于研究福建省城鄉供水特點有較好的價值，特別是平原區城鄉供水一體化具有很好的借鑒作用。本文通過對規劃重點內容及核心設計理念的概括介紹，以期能夠為同行帶來借鑒與參考。

1 規劃背景

福清市位于海峽西岸經濟區的沿海中部區位，是福州大都市圈堅強發展的南翼，在經濟社會取得顯著進步的同時，部分城鎮基礎設施建設卻相對滯后。從城鎮給排水區劃視角，福建省城鎮可劃分為中西部山地城鎮和沿海平原區城鎮兩大類型，福清市可作為平原區城鎮的典型代表，具有城鎮密集度高、組團式發展及地形地勢起伏小的明顯特征，供水設施具有很好的城鄉統籌、聯建共享條件。

但，福清市供水現有八座水廠，卻分屬七家法人單位，彼此互不關聯，甚至連中心城區供水管網都以道路為界劃定了明確的供水區界，形成以水廠為核心的分立供水系統格局，造成供水效益低下，更降低了供水系統的安全性。隨著福清水務公司的成立，供水設施分屬于不同單位、以行政區劃為界的局面得以打破，具備了構建城鄉供水一體化的條件。

2 總體概況

2.1 規劃期限、人口和范圍

近期：2011年～2015年；中期：2016年～2020年；遠期：2021年～2030年。

遠期2030年，規劃總人口約186萬人；其中城鎮人口140萬人，農村人口46萬人。

規劃范圍為福清全市域。面積約250km2。

2.2 規劃目標

(1)水壓目標

滿足給水工程服務范圍內大部份區域給水干管節點壓力不小于0.32MPa(32m自由水頭)；給水干管上給水壓力不大于0.60MPa(60m自由水頭)；最不利供水節點壓力不小于0.14 MPa(14m自由水頭)；消防時室外消火栓水壓不低于0.10MPa。(高層建筑及局部高地建筑所需水壓不作為城市給水水壓目標，水壓不足的需自設加壓泵房加壓供水。)

(2)水質目標

城市統一供給的生活飲用水水質從出廠水至用戶龍頭水，均應達到建設部于2006年12月頒布的《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)的要求。

3 規劃用水量預測結果

圖1 原水系統現狀圖

圖2 現狀水廠布局圖

福清市域近期2015年需市政水廠供水量為45.5萬m3/d；遠期2030年需市政水廠供水量為110萬m3/d。

3 城鄉供水現狀存在的主要問題

3.1 原水系統

福清市以本地東張水庫、建新水庫和外部閩江調水為主水源(如圖1)，原水輸送管呈枝狀布局，任意一個節點出現故障，都會造成下游斷水，供水安全系統十分脆弱。此外，水庫水與閩江調水之間聯系甚少，豐水年時，優質水庫水無法得到充分利用，成為棄水。

3.2 城市與鄉鎮供水

中心城區現有4座水廠(如圖2)，各水廠及配套管網分屬不同的單位，形成以單個水廠為核心的分立供水系統；供水管網以城市的組團式布局為藍本，自成系統。由于多頭管理、缺乏統籌、資源不能共享，形成了多元供水系統及相互分離的配套管網，以及水資源缺乏統一調配，降低了城市供水的安全可靠性。

鄉鎮現有4座水廠，供水范圍主要為鎮區，供水規模有限，供水普及率不高，供水管網主要為枝狀布局，保證率較低。

4 規劃主要技術問題

隨著水務公司的成立，改變了供水系統隸屬不同部門管理的分割局面，使城鄉供水系統具備構建一體的系統。由于系統的巨大轉變，以及福清市供水具有的一些獨特性，使得規劃面臨一系列問題需要解決，在眾多問題中，以下面4個問題最為核心。

(1)水源的枝狀布局造成安全脆弱性與利用不充分性。

如何使原水系統形成聯網，構建水庫水與閩江調水的有機聯系，是保障水源安全與可調度性的核心所在。

(2)分立式供水系統如何有機對接

現狀以單個水廠為核心的相互分離的“點”輻射式舊管網(如圖3)，如何轉化成為多個水廠“對置”的以主干管對接的“線”輻射式新管網(如圖4)，并能夠充分吸納現狀管網，使整個管網改造量最小化。

圖3 “點”輻射式舊管網 圖4“線”輻射式新管網

(3)供水方向的不確定性

城市的發展多以其舊城區為中心，不斷向其周邊拓展延伸，不斷擴張的過程，在這個過程中，城市規劃雖能具有一定的前瞻性，但對于城市規模、用地布局、產業性質等終難免會具有一定的不可預見性，這也為預測的用水量帶來了不確定性。中心城區用地性質等已相對明確，預測的用水量與遠期的實際用水量較能相對吻合；但外圍的組團尚處建設的初級階段，用水量存在較大的不確定性。

作為指導城市給水工程建設的專項規劃，在進行系統布局時，要盡量減小城市發展過程中可能發生的供水方向變化等不確定性因素對給水系統造成的影響。

(4)平原區城鎮真正意義的供水一體化

圖5 原水系統大聯網

沿海平原區城鎮密集度高、地形起伏小，城市與鄉鎮的凈水輸配水系統具備聯網的條件，是供水系統城鄉一體化的核心意義所在。如何突破早期 “串聯式”和“并聯式”分區的簡單模式，構建有機的分區，使凈水輸配水系統形成聯網，是建立一體化的要點所在。

5 規劃思路

5.1 水源并網工程——原水系統大聯網

鑒于閩江調水存在水質隱患、提升運行費用，及配水線路呈枝狀布局存安全隱患；水庫優質水在豐水年時不能被充分利用；及東張水庫遠期將是閩江北水南調的中轉站，具有充足的水源等問題因素。

為此，使東張水庫具備全局輻射能力，對福清市供水安全及能否充分利用水庫水起到至關重要的作用。

通過設置東張水庫至閩江調水起端連接線，將東張水庫水引入閩江調水分水點的起端，使得東張水庫具備向閩江調水用戶全局供應的能力，進而初步構建了水源聯網體系。

通過整治東張水庫下游高干渠，并對接入閩江調水支線，使得東張水庫與閩江調水聯網體系進一步加強。

此外，還設置有建新水庫和東張水庫并入閩調江陰支線工程(如圖5)。

通過以上措施，使得水源系統形成大聯網，為福清市供水系統建立了第一層安全保障體系。

5.2 “高速公路模式”主干管構建的有機分區—凈水系統小聯網

凈水輸配水系統若按早期簡單模式對其進行分區，則將使福清市供水系統構成幾個相互分立的供水分區，無法達到一體化的真正意圖。如何構建一個有機的整體系統，是規劃的難題。

圖6 主干管網布置

圖7 供水方向不確定

規劃采用“高速公路模式”主干管構建的有機分區(如圖6)來破解上述難題。

該模式主干管，其原理類比于高速公路能夠極大提高運輸能力的原理。相較于傳統模式主干管，在規避供水方向及水源不確定性、新舊管網銜接等方面，具有極強的優勢。該模式主干環線只與干管相連，不與支管相連，可減小局部水頭損失的影響；水流從環線上下來后，可使這些支管盡量縮小，節省了建設投資與能源消耗。“高速公路模式”主干管具備保障主干環網各個點供水能力的特性，使得其在與舊城現狀管網的銜接上，具有極強的優勢，十分適應與各種類型現狀管網的銜接。

(1)規避供水方向不確定性(如圖7)。

圖8 水源點不確定

“高速公路模式”主干管具備保障主干環網各個點的供水能力，對于片區組團的用水量需求變化，都能有很好的應對。

(2)規避新增水源點的不確定性(如圖8)。

“高速公路模式”主干管能夠克服新水源點接入的限制，環網上各個點都能夠接納新水源點的接入。

(3)分區擴展屬性

“高速公路模式”主干管上述優勢屬性對供水系統的建立已能起到很大幫助，但僅憑這些原有屬性，對于有較多供水分區的大區域供水，還不能建立真正的有機整體系統。通過將“高速公路模式”主干管植入給水系統的分區方法，提煉出“高速公路模式”主干管新的屬性，命名為“分區擴展屬性”，該屬性破解了大區域供水分區相互分立的問題。

該屬性原理如下：在傳統分區模式中，甲、乙水廠供水服務區為A、B分區，其中C區為甲、乙水廠各自管網末端共同服務區(如圖9)。通過設置“高速公路模式”主干管，利用其強大的輸送能，使得共同服務區大大增加擴展為D區(如圖10)，從而在無需增加甲、乙水廠規模的前提下，大大擴展了水廠的服務分區。當甲水廠服務的A分區處于高峰用水時，而乙水廠服務的B分區有供水富余，這時乙水廠富余的水會向甲水廠的A分區供水，從而避免了A分區末端管網水量和水壓不足的問題；同時，在某一供水分區發生故障時，相連接的另一供水分區能夠起到應急供水的作用，進而保障了整個供水體系的可靠安全。

圖9 管網服務區 圖10 分區擴展圖一

圖11 分區擴展圖二

圖12 總體供水分區

這種方式對于解決供水方向不確定性問題也十分有益，早期城市發展的重心位于A分區，甲水廠根據其發展趨勢超前配置，供水能力有富余，而在后來城市實際發展過程中，實際發展重心卻偏向B分區，乙水廠供給能力不足，這時就可通過“高速公路模式”主干管由甲水廠向B分區供水(如圖11)，從而無需立即擴建乙水廠，大大便利了城市用水調度。

(4)真正意義的供水城鄉一體化

“高速公路模式”主干管構建的有機分區，擴大了分區間的有機聯系，破解了大區域供水分區之間對接難的問題。

福清市凈水輸配水系統總體劃分為4大供水分區(如圖12)，通過該模式，使4大分區對接成為一個有機整體，使得凈水輸配水系統形成小聯網，形成真正意義上的供水城鄉一體化。

5.3 給水工程先進軟件的輔助

福建省城鎮山地丘陵較多，不宜簡單以道路高程作為給水分區的依據，需綜合考慮場地高程對給水分區造成的影響。規劃借助于ArcGIS軟件(如圖13)，建立包含道路及場地高程的分析模型、各種工況下的水壓模型，模型成果準確、直觀，非常有利于在復雜高程體系下進行給水系統分區的判斷，以保證給水分區的準確性。

5.4 點面結合的水壓控制

圖13 管網平差示意圖

水壓控制作為給水工程規劃中水廠設置、管網平差等技術分析的核心評價指標，往往以道路工程規劃確定的道路豎向為基準，通過點式分析以確定供水水壓，這種方法較適用于平原型城市，但地形變化較大的城市卻有欠妥當，往往造成分區過多，系統復雜，特別像福清這樣整體以加壓供水為主的供水體系，如壓力目標制定不合理，供水水壓過高會增加供水成本，水壓過低則容易造成管網中途加壓泵站過多，影響供水可靠性，增加管理的成本。本規劃以點面結合的方式(即供水為點，耗水為面)；通過ArcGIS對福清市的

建設用地地勢高程進行分析，對各高程段(一般以30m高程作為一個區間段)的建設用地規模及用水量進行統計分析，并根據用地距水廠距離、開發建設時序等因素配以面積權重，最終以大比例高程段用水水壓需求為基礎，確定水壓目標。

6 結語

通過對福清市供水系統現狀面臨的一系列問題的分析研究，構建了原水系統“大聯網”與凈水系統“小聯網”，為福清市城鄉供水構筑了上、下兩個層面的供水安全保障體系。

供水管網設計“高速公路模式”理論是同濟大學王榮和、劉遂慶教授在20世紀90年代首先提出的，此理論的提出開辟了給水工程主干管建設的新思路 ，此模式在寧波等幾個城市已有成功應用實例，特別是為城市供水范圍擴大后新舊管網銜接改造的問題提供了解決方案。在該模式原有屬性基礎上，本規劃進行了技術提升，建立了由“高速公路模式”主干管構建的有機分區，為福清市城鄉供水一體化解除了技術障礙，達到了真正的一體化。

希望本規劃可為我省給水管網擴建和改造提供借鑒，以進一步降低城市給水工程建設成本、避免重復投資、提高管網輸水效率、增加整體經濟效益。

[1]王榮和、劉遂慶.給水管網布置方法探討.管道更新改造研討會會議論文,2000-11-20.

[2]任基成、費杰.寧波城市供水主干環網工程的規劃與建設.給水排水,2008-1.

[3]林小洛.城市給水工程規劃前瞻性、靈活性、可操作性的實踐.福建建筑,2011-9.

Urban and rural water supply integration model in plain area——Taking Fuqing as an example

HUANGShengshang

(Fujian Provincial Urban & Rural Planning and Design Institute,Fuzhou 350008)

Fuqing city has obvious characteristics of urban density, conglomeration structured development and relief of terrain, from the perspective of urban water supply system, as a typical representative of the coastal plain of Fujian province. In Fuqing City, the status quo of urban water supply system is disorderly and pattern divided. In addition, this branch layout water supply system is a hidden danger of the raw water system, and causes the reservoir water using insufficiently. How to break the existing divided pattern of water supply system, so that the formation of urban and rural water supply system can be a unified system , is the core issue of water supply integration. how to optimize the allocation of water resources, and the formation of standby protection system, is an important issue of water security in Fuqing city. This planning suggests a network oriented raw water system, and "highway model" of net water system, to realize the real meaning of the integrated urban and rural water supply, and to build two levels of water supply security system.

Urban and rural areas; Urban and rural water supply integration; Networking system; Highway model; Partition expansion

黃盛尚(1981.4- ),男。

2015-08-05

TV674

A

1004-6135(2015)09-0113-05