住宅二次供水低位貯水設施設計探討

程冬偉

(上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 200063)

隨著城市發展加快，住宅建筑市場已形成高層與多層建筑交叉混合的布局形式。二次供水是城市供水的一個重要組成部分，目前低位水池(箱)+變頻供水的應用占很大比例，其水質二次污染問題也成為人們關注的焦點。為解決好“最后一公里”的供水問題，二次供水管理體制已發生很大變化，多數城市采用了新建設施按供水企業標準進行建設，原有設施改造后由供水企業統一進行管理[1]。在逐步建立信息采集、遠程監控等硬件底層條件及智慧水務建設背景下，本文主要對住宅二次供水系統低位貯水設施設計進行探討。

1 水池(箱)的主要問題

1.1 容積不合理

建筑物生活用水低位貯水池的有效容積應按進水量與用水量變化曲線經計算確定，當資料不足時，宜按建筑物最高日用水量的20%～25%確定。小區生活用水貯水池的有效容積應根據生活用水調節量和安全貯水量等確定，并應符合下列規定：

a.生活用水調節量按流入量和供出量的變化曲線經計算確定，資料不足時，可按小區最高日生活用水量的15%～20%確定；

b.安全貯水量應根據城鎮供水制度、供水可靠程度及小區對供水的保證要求確定[1]。

目前對于住宅建筑用水量規律的研究不充分，缺少住宅建筑用水量應用模型，很難得到進水量與用水量的變化曲線。在實際設計過程中，為保證安全供水，常以最高日用水量的上限值確定。其結果往往導致實際容積偏大。水池(箱)進水常規采用浮球閥控制，是一種隨用隨進的進水方式，導致沒有對貯存用水進行調節，未發揮其調蓄作用，只起到了二次加壓的作用。

1.2 水質污染

水池(箱)的容積偏大，更新周期較長，余氯值偏低；內部未設置導流設施，進、出水管布置不當，容易在拐角等處形成死水區，而且面積較大，容易滋生細菌，污染水質。

二次供水設施雖已逐步開展與其他功能用房分隔，但隔離外側的周邊環境衛生仍不容樂觀。水池(箱)的人孔有蓋板且上鎖，但未有密封措施；通氣孔、溢流管設置了一道防蟲網，但設置簡易未起到應有作用。

2 設計探討

2.1 水池(箱)本體

2.1.1 水箱材質

水池(箱)中余氯的消耗受溫度、初始濃度、水中與氯反應的有機物、無機物、細菌數量、與水接觸的材質等諸多因素的影響。目前住宅市場上低位水池(箱)已逐步淘汰混凝土材質，原有混凝土水池(箱)在改造過程中已采用內襯PE、不銹鋼板等方式進行改造。新建項目多數采用不銹鋼水箱。

不銹鋼材質雖然耐腐蝕，但含氯量較高的水對不銹鋼造成的危害極大，氯離子會破壞不銹鋼表面的保護膜，導致鐵離子暴露在水中，很容易生成鐵銹，影響水質，也容易形成漏水點。按生活飲用水衛生標準及城市供水水質標準，氯化物的限值為250mg/L。建議在設計水池(箱)時參考供水單位的氯化物水質指標，同時參照《火電廠循環水處理》有關規定：當氯化物含量在0～200mg/L時，選用S30408材質；在200～1000mg/L時，選用S31603材質。

調查時發現不銹鋼水箱內部焊接處會產生腐蝕，其主要原因是不銹鋼板材焊接產生了晶間腐蝕，焊接處同時也存在應力腐蝕，不僅降低了供水水質，也降低了水池(箱)的使用壽命。建議對焊接式與裝配式不銹鋼水箱在生命周期內進行經濟比較，合理確定水池(箱)安裝方式。

2.1.2 容積

水池(箱)容積越大，供水越安全。但容積越大，水在水池(箱)中的滯留時間也就越長，導致余氯耗盡，微生物開始繁殖，對水質產生較大影響。城市供水水質要求加氯消毒時，管網末梢水總氯含量不小于0.05mg/L。自來水在水箱中貯存24h后，余氯減少為0。特別是在夏季，水溫較高，水中余氯含量會迅速減小，12h后即減少為0，不宜直接飲用。

當資料不足時，水池(箱)的調節容積宜按建筑物最高日用水量的20%～25%、小區最高日用水量的15%～20%確定，其取值參照《室外給水設計標準》中清水池有效容積的設計計算。與建筑、小區調節容積計算相比，凈水廠內清水池進水流量基本恒定，每小時進水約為最高日用水量的4.17%；而小區、建筑物水池(箱)進水為非恒定，設計標準規定其流量值不小于建筑物最高日平均時用水量，不宜大于最高日最高時進水量。市政接入點壓力取0.16MPa、0.28MPa(管道附件壓力損失：低阻力倒流防止器取0.04MPa，水表取0.03MPa，過濾器取0.01MPa，管件當量長度及管道長度合計取200.0m)，通過Epanet軟件分別計算設置于室外地面的水池(箱)(有效水深取值為1.6m，最低水位為0.5m，初始水位為1.5m)不同管徑進水管的進水流量，結果見表1。

表1 不同管徑不同壓力下進水流量

以某一小區為例，市政接入點壓力為0.16MPa，其最高日用水量為400m3/d。假定其用水量見圖1(占最高日用水量的百分比)，小區用水時變化系數為1.90。最高日平均時用水量為4.63L/s，最高日最高時用水量為9.26L/s，其余設計條件同上。水池(箱)按設計標準20%取值，調節容積為80m3，初始水位取1.0m。根據表1及參矩形給水箱圖集，進水管徑選取DN80。通過Epanet軟件模擬其水池(箱)的水位變化，見圖2。

圖1 最高日用水量百分比變化曲線

圖2 水池(箱)水位變化曲線

從圖2中可以看出，低水位時仍保證了水池(箱)的蓄水，最高日內水池(箱)水位的變化幅度較小。分析其原因為在正常市政水壓條件下，進水管的進水量充足。上述分析不足之處是未能利用設計秒流量反映最高日用水量變化曲線，但水池水位變化曲線反映了調節容積按最高日用水量的20%取值時偏大。建議新建及原有水池(箱)均設置水位監測裝置，運用智慧供水平臺對水位數據進行分析，總結本地區的用水規律，以制定適合本區域的新建水池(箱)調節容積的優化措施，原有的水池(箱)減少水力停留時間的措施。

安全貯水量考慮因素如下：

a.最低水位不能見底，需留有一定水深的安全量，一般最低水位距池底不小于0.5m。

b.市政管網供水可靠性，市政引入管根數、同側引入與不同側引入等選擇的不同，將可能影響發生事故時段的貯水量，如市政管道因爆管等原因需要檢修斷水，根據《城鎮供水管網運行、維護及安全技術規程》(CJJ 207—2013)，供水管道發生漏水，應及時維修，宜在24h之內修復。

c.小區建筑用水的重要程度。水池(箱)常規設計水深為1.5～2.5m，按安全貯水最低水位0.5m計算，其安全貯水量約占總容量的20%～33%。

安全貯水量的水在實際工程中很難利用，因為不銹鋼水池(箱)其出水管從水池(箱)側邊接出，距箱底不小于50mm。為保證水泵正常吸水，吸水時不產生旋渦，吸水管上方需保留一定的水深。為保證水泵運行安全，常設置最低液位距底部0.5m，以致安全水量不能被使用。建議在設置水池(箱)時，設置水泵吸水坑，吸水坑的大小和深度滿足水泵吸水管的安裝要求，使安全貯水量能得以利用，提高水池(箱)水的有效利用率。

2.1.3 導流裝置

《矩形鋼筋混凝土蓄水池》中蓄水池進水管流速采用0.5～1.2m/s，出水管流速采用1.0～1.2m/s，平面布置中為避免水流短路，其導流廊道寬度基本在3m左右。楊坤等[2]對水池內水流態進行了數值模擬，結果表明設置導流板可以提高水池內水流流速、減少死水區面積，從而保證供水水質。因此，建議在水池(箱)的設計過程中結合其平面布置合理設置導流裝置。

2.2 附屬設施

2.2.1 進水裝置

水池(箱)的進水管徑的確定容易成為一個被忽視的問題，在設計時往往認為較大管徑會比較小管徑更加安全有保障。但偏大的進水管使水箱的補水時間縮短，導致水池(箱)內液位一直保持高水位運行狀態，建議根據市政管網條件、用水量變化規律，合理確定進水管管徑。在進水管上安裝電動閥門，有溢流水位或地面積水情況及時關閉電動閥門，可以避免進水管故障時，長時間溢流排水，達到節約水資源的目的。同時也可以配合時間控制器，開閉電動閥門，以發揮水池(箱)調節容積的作用，減少高峰時段的供水矛盾[3]。

2.2.2 水池(箱)的人孔、通氣孔、溢流管

水池(箱)的人孔、通氣孔、溢流管應有防止生物進入的裝置，主要通過設置防蟲網罩來實現。查閱圖集及現場調查發現，防蟲網罩常用做法是在通氣孔、溢流管末端綁扎一道10～18目鋼絲網，人孔增加蓋板并上鎖。國家、地方將二次供水泵房納入反恐怖防范重點部位，雖與其他功能用房實現了物理分隔，但水池(箱)外側周邊的環境衛生仍得不到保障。建議人孔蓋板與人孔壁之間增設密封圈；在通氣孔末端綁扎兩道16目不銹鋼鋼絲網，在兩道網中間夾活性炭吸附包；溢流管在設置兩道不銹鋼鋼絲網的同時增設單向閥。

2.2.3 水質檢測儀表

為解決“最后一公里”水質問題，實現智慧供水，供水管理單位在水池(箱)設置了在線水質檢測儀表，以實時監測內部水質。其常規檢測指標有溫度、濁度、pH值、余氯。溫度、濁度等物理檢測不需要使用化學藥劑，余氯常采用化學檢測法，需定期投加藥劑。建議增設在線檢測儀表后其(余氯)排水應單獨排至室外污水管網。水箱定期清洗廢水、溢流水等，根據各地水務部門的要求排至室外雨水或污水管網。在實現智慧供水的同時，也實現了雨(污)分流，保證了水環境質量。

3 結 語

本文結合水池(箱)現狀，詳細地分析了需解決的問題，并對改進措施進行了探討。結合進水條件及用水規律，合理確定水池(箱)容積，適當調配其調蓄能力；通過增設導流設施，優化其附屬設施。在智慧供水的背景下，可提高二次供水安全性，減少高峰時段的供水矛盾，確保居民供水的水質安全。