城鄉一體化供水設計與思考

司徒菲，胡新立，童沙

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430010）

1 背景

我國中央文件中強調“要在有條件的地方推進城鄉供水一體化”。城鄉一體化供水成為國家政策高度關注的公共設施建設領域。

城鄉一體化供水主要指將供水管網由城市延伸、覆蓋至鄉鎮，建立一體化的城鄉供水網絡系統，基本實現城鄉聯網供水，水資源共享[1，2]。其本質內容是消除農村與城鎮供水之間存在的顯著差距[3]。

城鄉一體化供水主要建設思路有3個方面：對水資源進行統籌配置；對供水系統格局進行優化；實現“同源、同網、同質、同管”的一體化管理模式。

2 村鎮供水設計特點

對比城市供水，村鎮供水具有以下8個方面的特點。

2.1 供水系統

城市基本采用集中式給水系統，根據地形情況，有分壓、分區供水的模式。

村鎮給水系統在條件受限時，可以采用分散式給水系統，缺水地區可收集雨水作為水源，或者就近以小水庫或地下水為水源，采用小型一體化處理設施制水。當地形可以利用時，優先采用重力流式供水。

2.2 供水保障

城市和村鎮的水源供水保障率要求不低于90%。目前，我國城市自來水普及率達到99%，設計按100%考慮；農村自來水普及率達到83%，2021年中央一號文件明確2025年農村自來水普及率達88%。

根據國務院《水污染防治行動計劃》（國發〔2015〕17號）第二十四條規定，單一水源供水的地級及以上城市應于2020年底前基本完成備用水源或應急水源建設。村鎮供水目前暫無規定必須建設應急備用水源。

2.3 水處理工藝

城市和村鎮的供水的水質標準是一致的，均執行GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》。

城市供水設計參照GB 50013—2018《室外給水設計標準》，村鎮供水設計參照CJJ 123—2008《鎮（鄉）村給水工程技術規程》。

當原水濁度不高時，村鎮供水允許采用短流程的處理工藝，原水經過過濾和消毒后即可供出。城市供水基本采用“反應+沉淀+過濾+消毒”的常規處理工藝，甚至為提高出廠水質，增加深度處理。

當原水濁度高、藻類多或存在有機污染物時，城市和村鎮供水都會增加預處理工藝。對于特殊水質的原水，如鐵、錳、氟等含量較高，處理工藝流程基本是一致。

2.4 用水量組成

城市供水量組成包括：綜合生活用水（包括居民生活用水和公共設施用水）；工業企業用水；澆灑市政道路、廣場和綠地用水；管網漏損水量；未預見用水；消防用水。

村鎮供水量組成包括：生活用水、公共建筑用水、工業用水、畜禽飼養用水、管網漏損水和未預見用水、消防用水。

村鎮和城市都有生活用水和工業用水；村鎮公共設施較少，只按生活用水量的一定比例計算公共建筑的用水量；村鎮不考慮澆灑道路城市綠化用水；村鎮有畜禽飼養用水，城市沒有。

2.5 生活用水定額

地級（及以上）城市人口大致在50萬人以上，根據GB 50013—2018《室外給水設計標準》中的劃分標準，屬于中等城市及以上的范疇，在同一個氣候區域內，生活用水定額取值相對較高。村鎮中鎮區人口一般為20萬～50萬人，屬于小城市范疇，生活用水定額取值相對略低。農村人口現狀實際生活用水定額大致為100 L/（人·d），考慮到農村人口生活水平逐步提升，設計選取《鎮（鄉）村給水工程技術規程》中“洗、浴、廁”三件套均配置的定額，該水平與鎮區生活用水定額相當[3-6]。

2.6 變化系數

村鎮供水的日變化系數一般取1.3～1.6，比城市供水日變化系數（1.1～1.5）高，主要考慮村鎮常住人口與戶籍人口差別較大，平日用水量少，節假日返鄉人員較多，用水量增幅較大。村鎮供水的時變化系數一般取1.8～3.0，比城市供水（1.2～1.6）要高，主要考慮到農村人口少，供水規模小，且一天中用水量基本集中在早、中、晚3個時段，約6～8 h，幾乎接近于定時供水。

2.7 供水水壓標準

村鎮和城市供水壓力一般都按直供范圍內最不利點最小服務水頭控制。城市和鎮區里最小服務水頭一般按6層樓水壓0.28 MPa計。農村供水最小壓力設計一般按0.16 MPa控制，局部地區滿足消防水壓即可。當采用重力流供水時，還需根據計算設置減壓措施，避免管道內壓過高，超過管材承受能力或增加漏損風險。

2.8 配水管網設計標準

城市供水范圍較為集中，供水管網基本上為環狀管網，管網安全保障率高。村鎮供水范圍較為分散，供水管網較多采用枝狀管網。城市供水量大、管徑大，配水管多采用球墨鑄鐵管或鋼管。村鎮供水量小、管徑小，配水管多采用運輸安裝方便且經濟的塑料管。

3 城鄉一體化供水設計存在的問題及建議

3.1 供水系統布局不經濟

建議充分考慮村鎮供水較為分散的特點，結合現有供水設施布局，合理劃分供水區域，適當保留分散供水的小水廠，形成多廠、多水源供水的格局，節約整體運行費用。

3.2 供水量變化幅度大

農村地區存在常住人口與戶籍人口相差特別大的情況，供水管按高日高時供水量設計，全年大部分時間管內實際流速低，流動性差，容易造成管內水質二次污染。

建議設計按最高日供水量確定水廠規模，水廠的清水池調節容積應適當放大，配置水泵時，需兼顧平均日供水量和高日高時供水量，利用增減水泵運行臺數、大小泵搭配或設置變頻等方式，適應不同送水量需求，靈活運行。同時，選擇輸配水管管徑也需要兼顧不同工況，設計合理的流速和水力坡降。

3.3 農村小型水廠運維難度大

據調研，部分農村小型一體化水廠運行維護有一定難度，管理人員技術水平不足，水廠出現故障得不到及時解決，造成出廠水水質不穩定。消毒設備安全防護措施做得不到位，存在一定的安全隱患。

建議構建區域一體化運管體系，采用專業隊伍，對小型一體化水廠進行標準化管理。同時，還可以通過加大智慧水務建設力度，實現小型一體化水廠無人（少人）值守。

3.4 管網問題成為供水系統瓶頸

管網的問題一直是村鎮供水的主要問題之一。村鎮的供水管網老舊破損情況嚴重，漏損率高；或管網建設未能跟上城鎮化進程，局部管道設置不合理、輸水能力不足，影響龍頭水的水質和水壓；還有些農村用戶較偏僻，輸水管道維護難度大。

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城鄉一體化供水打破了原有的各自為政的供水格局，需要科學規劃和全局統籌，合理確定供水管道大小、走向、工作壓力和材質。利用監測管道壓力、流量等手段，減少偏僻地區管道維護工作量。

3.5 缺乏水源保護及備用水源

優質的水源是優質供水的基礎。水源地保護一直是村鎮供水系統的薄弱環節，同時村鎮供水系統大部分未考慮配置備用水源，供水安全保障率較低。

建議通過城鄉一體化供水格局的布置，充分利用各區域現有水資源，形成互為備用的模式。同時，將水源地保護措施納入智慧水務監控系統。

4 設計案例分析

4.1 重力流供水系統

4.1.1 特點分析

湖北省某縣總面積1449 km2，總人口約40萬人，其中，農村人口占70%以上。全縣地理特征是丘陵地形，東河、西河兩大水系南北貫通、整體北高南低。北部大型水庫，水質較好，鄉鎮居民分布于兩大水系沿線，縣城位于東河、西河下游交匯處、整個用水點高差幾百米。

該縣鄉鎮居住分散，由70多個集中供水站分散供水，供水站規模小，設施簡陋，缺乏必要的消毒措施，水質狀況未做監測。水源主要是以河流、溪溝和小水壩水為主，存在季節性枯水，且與農業灌溉用水相沖突，水量得不到保障。同時，河道還承納兩岸生活和工農業廢水，水質得不到保證。縣城水廠水源位于河道下游，易受污染，總磷、COD（化學耗氧量）、總氮等指標超標。縣城管網破損嚴重、未全覆蓋。

4.1.2 整體方案

1）充分利用上游2個水庫的優質水源，盡可能擴大優質供水覆蓋面，一次性解決鄉鎮和縣城水質、水量無法保障的問題。在水庫邊建2座水廠，實現鄉鎮、縣城用水“同源、同質”。

2）充分利用水源地和供水區域地勢高差大的特點，實現重力自流供水，節能降耗。

3）依據地形特點，形成“兩線兩點，東西互通”的供水系統。

4）新建供水主干管與現有村鎮水廠的輸配水管道連通，保留現有水質達標的水源及供水站，形成雙水源供水。

4.1.3 設計要點

1）考慮部分地勢較高的城鎮用戶或者高山農村用戶無法納入工程服務范圍，實際服務范圍按照城鎮人口90%覆蓋，農村人口65%覆蓋計算。干管最不利點自由水壓不低于0.28 MPa，高峰用水時水壓不低于0.24 MPa。變化系數取值綜合考慮為：日變化系數1.20、時變化系數1.40。

2）最高日居民生活用水定額鄉鎮和農村取100 L（/人·d），城區取250 L（/人·d）。鄉鎮的企業用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的30%。禽畜飼養用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網漏損率控制在10%以內。未預見水量按以上水量的8%預測。

3）新建2座水廠，針對原水冬季低溫低濁、用地面積小的特性，選用占地面積小、抗沖擊負荷能力強、效率高的常規處理工藝路線：水庫水—水力旋流網格絮凝池—側向流泥水分流A形斜板沉淀池—V形氣水反沖洗濾池—清水池—重力流輸水至鄉村和鎮區。

4.2 壓力流供水系統

4.2.1 特點分析

湖北省某縣的城區及周邊鄉鎮農場供水總面積1800 km2，遠期供水總人口135萬人。全縣地勢平坦，除網湖濕地保護區外，城區和各鄉鎮均建有各自的中心水廠。其中，城區2個水廠，均以水庫為主水源，水質較好。鄉鎮大多數以當地小河流或小型山塘水為水源，大旱年份要滿足農業灌溉用水，水質、水量得不到保障。

城區采用兩廠聯合供水，管網布局不合理，出現瓶頸。鄉鎮仍采用灰口鑄鐵管和PVC管，造成管網整體漏損率居高不下。

4.2.2 整體方案

1）城區西側1鎮靠近水庫，水源有保障，考慮保留鄉鎮水廠供水；城區東側1鎮鄰近長江，以江水作為其主要水源。其余區域一并納入城鄉一體化供水范圍。

2）通過延伸主干管，更換老舊水管，將城區周邊的村鎮納入供水范圍內。在每個主干管接入口設置壓力變送器、電磁流量計等在線儀表，便于今后監控和統一調度。

3）局部高地或距離水廠較遠區域，新建中途加壓泵站保障供水壓力。

4.2.3 設計要點

1）供水服務范圍按照城鎮人口100%覆蓋，農村人口90%覆蓋計算。干管最不利點高峰用水時水壓不低于0.1 MPa。日變化系數取1.3；最高日時變化系數取1.6。

2）鄉鎮、農村最高日居民生活用水定額取80 L（/人·d），城區最高日生活用水定額取130 L（/人·d）。企業用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的40%。禽畜飼養用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網漏損率控制在15%以內。未預見水量按以上水量的10%預測。

3）為實現壓力穩定、水質達標、管網控漏節能、提升科學決策的能力和應急服務能力，主要圍繞以下工程內容進行建設：管網地理信息系統+DMA漏損管理系統、水質監測管理系統、智慧調度中心等。

5 結語

城鄉一體化供水設計中需要重點關注的方面包括：

1）供水系統布局既要打破“一地一水”傳統低效的供水模式，也要避免盲目擴大集中供水區域，造成產水成本過度升高。應該因地制宜，采用相對集中、適度分散的供水格局。

2）統籌、高效配置水資源，鄰近區域形成互為備用的供水格局，同時完善水源保護措施，可在現有條件下，提高供水安全保障率。

3）農村供水區域更分散、不確定因素更多。在供水覆蓋率、管網漏損率、用水定額、變化系數等參數選擇時，需要結合當地實際用水習慣、村鎮人口占比、基礎設施完善度等因素綜合分析，保證供水設施建成后能夠充分發揮效益。

4）要實現城鄉一體化供水，不僅需要加強水廠和管網等硬件設施的投入，還需要引入智慧水務理念，借助可視、可控、可調的現代化管理模式和數字化產品，才能實現可持續的高質量發展。以上分析和總結內容可為今后城鄉一體化供水項目的設計提供參考和借鑒。