試論管網疊壓供水在丘陵地區鄉村供水的實踐

王燕

（濟南城建集團有限公司，山東 濟南 250000）

平潭位于福建省東部沿海，地形屬木蘭溪與龍江兩個丘陵臺地的平原島，地形以低地、丘陵與平地為主，地形差異較大，平地4～8公尺，丘陵多50～250公尺，由于地形限制，全島無水系，地面水資源十分匱乏：水庫的儲存量通常較少，對降雨的收集容量十分有限；近年來，由于外引水渠道的開放，新建水廠和供水網絡的不斷完善，使全島的供水狀況有了很大的提高。但是，因為天然的地理環境等原因，在建筑區域周圍的村莊，其用水基本上都是分散的、單獨的、小型的供水處理設施，這種供水設施的規模較小，處理設施比較簡單，缺乏對水質進行定期的監測，因此，將城鄉一體化的建設有機地結合起來，對供水設施進行改進，提高供水水質、水量、水壓，確保供水安全，是當前農村供水改造工作中的一個重要環節，也是一個難點。

1 給水方式的選取

首先，鄉村供水系統已經無法滿足不斷增加的用水量要求。隨著鄉村的發展，大量的人口和工業向沿海和大中型鄉村轉移，這些鄉村的供水能力越來越強，市政供水網絡已經無法滿足人們的日常生活需要。許多供水管網都是在20世紀建立起來的，那時，在規劃和設計中，并沒有預見到未來經濟的發展趨勢，也沒有對未來鄉村經濟發展的狀況進行充分的考慮，從而導致市政給水管網在很長一段時間內都處于超負荷的運行狀態，不能滿足當前的基本民生需要，這就會給整個管網體系帶來壓力，對市政管網的給水效果產生影響，更不能保證各種用水的質量。其次，鄉村供水管網均存在一定的老化現象。供水管道在達到一定的壽命后，不可避免地會發生老化，造成腐蝕和漏損。現在，全國各地都在進行供水管的改造，但是，改造的力度還不夠，剩下的那些沒有改造的，壽命長的在30年左右，短的在10年以上。與此同時，因多種（遷移、施工、地面沉降、材料等）因素，可能導致管網爆漏、水質污染等嚴重后果。目前，我國26個省、自治區、自治區、直轄市、直轄市的水網漏損率均大于15%,13個省的水網已超過20%，因此，對水網進行合理的改造，是提高水網漏損的有效途徑。鄉村供水網絡的規劃與建設未引起足夠的關注。盡管在過去的10多年里，我國一直在倡導節水、保護水資源、改善水質和降低管網漏損率，但是從政策保障到規劃建設，都沒有得到足夠的支持。在國內，只有極少數的幾個提供供水服務的機構獲得了政府的資金政策保證，其他大部分的供水企業因為運營成本和收益比或者建設難度等原因，沒有能夠對管網進行有效更新，導致了大量的管網漏耗。平潭市區幅員遼闊，各小區、各小區地形起伏較大，為了使所有小區都能通過市政管網直接供水，市區內必須建立大量的增壓泵站，并且 Kh值也會大幅度提高，這會導致管線系統的工作量和長期運行成本的提高，也會加大管網的日常管理工作，《平潭綜合實驗區給水工程專項規劃》對該系統的水壓控制指標提出了以下要求：保證大部分小區的主干管線的壓力不低于0.32MPa（32m自由水頭）。主干管道的每個結點的壓力都不超過0.60MPa（60m的自由水頭）；主干水管的最不利點節點壓力不小于0.l4MPa（l4m的自由水頭）：在火災和突發事件中，主干水管的外部消防栓的水壓不能低于0.10MPa。在鄉村中，高層建筑和部分高海拔地區，城鄉村的用水壓力不能作為鄉村中的給水水壓考核指標，部分地區的用水壓力不夠，需要在自己的水泵房中進行增壓。

2 增壓方式的選取

由于大多數村鎮均處于規劃區周邊的山地，海拔相對較高，在這種村鎮中，自來水系統的自由水頭無法達到最惡劣的條件，因此必須建立給水泵站，并對其進行增壓。由于在規劃范圍的邊緣地區，用水量相對較低，因此，鄉村用水的小型泵站，主要有兩種類型：傳統二次加壓和管網疊壓。傳統二次增壓給水泵站多為：高水位或蓄水+增壓兩種給水模式。在常規二次增壓式給水泵站的基礎上，開發了一種新型的給水管網疊加式給水泵站。本裝置由調壓器、調壓器、調壓器、真空壓力表、調壓器等組成。這兩種泵站都有其優勢和劣勢，由于在本次設計的農村供水中，每個單個農村用水規模小、分布分散、水量波動大，所以，綜合考量運營管理、成本和用水安全，最后，選用運營費用較低，水質污染風險更小的管網疊壓供水系統。

供水管道的性能直接關系到鄉村供水的經濟性、可靠性和穩定性。以此為基礎，在具體的材料選擇過程中，要對其使用功能以及地質條件進行全面的分析，不管是采用何種類型的管道，都要保證其高度能夠滿足供水使用的要求，更大地保證其承壓能力和封閉性，保證其持續供水，從而達到大幅度降低供水漏項的目的，更大地保證其水利輸送能力，保證管網內壁平滑，有效地降低水頭損失。另外，還要對管道的經濟性進行全面考慮，在保證給水質量的前提下，盡可能地減少經濟費用的投入。在特定的管道選型時，還要保證管道的耐用性。最后，對于管道品質的具體評估，消聲效果也是一個比較重要的指標。一般而言，軟質鑄鐵管道的聲學性能較好，而軟質橡膠密封件一般用于連接不同的管道，可以有效地防止噪聲的傳播。在這種情況下，對軟質鑄鐵管進行科學使用，可以有效地達到消聲降噪的效果。目前，比較常見的集中管材有復合管、塑料管、混凝土管和鑄鐵管，有關工作人員在進行具體工作的時候，要根據各自的具體要求，對它們進行科學選擇，保證它們的合理性和可靠性。

在供水管網的分區布局中，主干道只有少數幾個分區干道相連，因此當供水管網出現故障時，不會造成大規模的故障級聯。當出現故障時，應立即開啟備用閥，使故障段能夠從備用段管路中得到供水，從而使故障段管路有足夠的時間維修。同理，由于各區域之間的連接點很少，因此當出現故障時，只需關閉少數幾個閥門，就能保證其他區域的正常供水。當管道爆開后，采用關閉閥門的方法，對管道爆開區域內的管道進行搶修，且不影響各分區供水，縮短了決策的時間。與傳統復雜冗長的市政給水管線相比，給水管網分區布置得管線更短、更簡單，這就極大地減少了水資源在管線中的滯留時間，從而提升了水質。同時，管道排列整齊，便于加氯，確保對水源進行消毒。由于給水管網分區布設，管道分支不多，因此可確保區內各戶用水壓力足夠，用水方便。同時，更少的分叉還可使供水系統與用戶之間的距離縮短，供水系統的增壓減小，從而達到節能的目的。

在改建時，鄉村給水管道通常仍在使用中，所以對鄉村給水管道進行改建時，要注意保證人民生活質量。首先，要把握好改建的施工時機，盡可能地將改建工程安排在夜間進行，而在白天則進行修補和回填。如果是在運行中的管線上進行施工，則要將施工時間控制在8小時以內，并且要視管線所在區域為工業園區或居民區而選擇適當的時間進行施工。其次，要根據所處的位置選用合適的管道，盡可能地符合供水系統的目標需求。考慮水流的壓力、流量、溫度、使用年限以及安全等諸多因素，要從經濟的觀點出發，進行全面篩選與分析。另外，還要綜合考慮市政給水管道在具體的安裝環節損耗，連接的管件和工具的安裝成本，以及安裝的穩固性等多個方面的要求。最后，合理安排改造的次序。實行DMA分區計量，并在管道上安裝流量計和壓力表，對數據進行實時監控，從而可以對管網的運行情況和管道的漏損點進行有效分析。按照輕重緩急，對漏耗嚴重的管道進行優先改造，從而對自來水產銷差和管網漏耗進行有序控制。

供水系統通常都是建在地下的，當發生地震的時候，供水系統就會受到嚴重的損壞，使得居民得不到生活用水，工業污水等也不能排放出去，如果不及時維護，就會使鄉村的生活陷入癱瘓。因此，設計人員應該針對給水管網展開抗震設計工作，根據過去的工程經驗，根據地震災害所造成的損害，對市政給水管網的整體布局進行綜合設計，并加強管線的抗滲措施。首先，設計者應結合當地的實際地質條件和地震對其影響，采用現代的工程判定方法，對有利地段和不利地段進行劃分，盡量選取有利地段；實在避不開時，應根據實際情況，對其進行相應的防震構造。此外，保證網絡結構的構造與實際連通的高度一致，并滿足有關政策的要求，盡量使設計最優。

3 抽水蓄能電站的設計

3.1 系統架構

由于各個村莊的用水規模較小，并且流量變化較大，因此，本次農村供水系統采用了管網疊壓供水裝置，能夠對各個農村用戶進行直接供水。在此基礎上，提出了一種新型的泵站控制方案，即對泵站進行綜合控制方案，并對其進行了改進。在實際應用中，采用變頻調速技術，實現了對壓力傳感器的實時檢測。反向阻尼裝置功能是可以對疊置系統中由于反向水流所造成的進料反向污染進行有效的阻斷；旁通閥適合在設備檢修過程中，作為應急供水時的低壓供水；在農村供水主干道上，有一個密閉的壓力容器，用于恒定的水流量；防負壓裝置根據穩流罐內的壓力，根據穩流罐的壓力，自動啟閉，平衡穩流罐的壓力，避免負壓，從而防止水泵對市政供水干管的抽吸，并對接入點周邊市政管網用戶的供水水頭，水泵控制柜自動控制系統，根據以防負壓裝置和壓力傳感器發出的壓力信號，調整水泵的啟閉及變頻轉速，保證疊壓供水系統在無負壓工況下工作，并保證水泵出水壓力滿足設計要求。農村地區給水管網的選擇與安裝對保證農村地區給水管網的水量與水質安全以及節約能源具有十分重要的意義。因此，在進行該裝置的設計時，應著重注意防止回流裝置、穩壓槽和水泵裝置的選擇。

3.2 系統選型

在層流式供水中，水泵機組是最重要的能源消耗裝置，因此，水泵機組的選型對提高供水系統的效率至關重要。與農村生活用水相比，在進行高值水量的計算時，一定要將農村供水的使用規律納入考量，特別是對留守人員的用水，以及節假日返鄉人員的高峰期，要將家庭用水的水量與之匹配起來，同時也要將周末旅游時段所引起的用水量的激增等問題納入考量。因此，在一般的條件下，水泵的選擇可以使用2臺型號一致的變頻主泵+1臺小流量輔泵并聯供水，并配合氣壓罐夜間供水控制系統，基于壓力傳感器，控制水泵的運行方式。在用水量最大的時段，采用抽水方式供應，在用水量較小時，采用空氣水箱供應，從而達到減少抽水次數，節約操作能源的目的。而夜間或平日間歇用水時，就需要用到壓力容器。在每日平均用水量很低的情況下，可以打開副泵，使其達到低流量的目的；隨著流體的遞增，副泵的出力也遞增或遞減；當全頻段仍不能滿足要求的流量時，此時可關閉副泵，開啟單一的主泵進行供水；其次采用二級泵和一級泵并行的方式，二級泵和三級泵并行的方式。

4 結語

管網疊壓供水技術在建筑小區給水中的應用已經比較成熟，但是，它在農村供水方面的應用還處于推廣階段，在持續發展的城鄉一體化供水過程中，應該將疊壓供水系統與丘陵山區鄉村供水的特點相結合，并逐步實施：（1）位于建設區域外圍的村莊，應該以地形、周邊市政管網的實際情況為依據，來合理地選擇供水方式；（2）與傳統的二次增壓供水方式相比，管網疊加式供水方式具有節能、環保、減少二次污染的風險，操作、管理和維護簡便等優點，適合在丘陵山地分散的農村地區使用；（3）在鄉村供水管網接合處，對重疊式供水系統的實施應當嚴格執行。