平原區(qū)城鎮(zhèn)城鄉(xiāng)供水一體化模式探討
——以福清市為例

黃盛尚

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350008)

平原區(qū)城鎮(zhèn)城鄉(xiāng)供水一體化模式探討
——以福清市為例

黃盛尚

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350008)

福清市具有城鎮(zhèn)密集度高、組團式發(fā)展及地形地勢起伏小的明顯特征，從城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)角度，可作為福建省沿海平原區(qū)城鎮(zhèn)的典型代表。福清市現(xiàn)狀城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)紛繁凌亂、格局分立，此外，水源系統(tǒng)呈枝狀布局造成原水系統(tǒng)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(xiàn)有格局分立的供水系統(tǒng)，使城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)形成有機的整體的統(tǒng)一系統(tǒng)，是供水一體化的核心所在；如何優(yōu)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(guī)劃提出了原水系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)及“高速公路模式”主干管構(gòu)建的凈水系統(tǒng)小聯(lián)網(wǎng)理念，實現(xiàn)了真正意義的城鄉(xiāng)供水一體化，并為福清市城鄉(xiāng)供水構(gòu)筑了上、下兩個層面的供水安全保障體系。

平原區(qū)城鎮(zhèn)；城鄉(xiāng)供水一體化；聯(lián)網(wǎng)體系；高速公路模式；分區(qū)擴展

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引 言

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

1 規(guī)劃背景

福清市位于海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的沿海中部區(qū)位，是福州大都市圈堅強發(fā)展的南翼，在經(jīng)濟社會取得顯著進步的同時，部分城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)卻相對滯后。從城鎮(zhèn)給排水區(qū)劃視角，福建省城鎮(zhèn)可劃分為中西部山地城鎮(zhèn)和沿海平原區(qū)城鎮(zhèn)兩大類型，福清市可作為平原區(qū)城鎮(zhèn)的典型代表，具有城鎮(zhèn)密集度高、組團式發(fā)展及地形地勢起伏小的明顯特征，供水設(shè)施具有很好的城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、聯(lián)建共享條件。

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

2 總體概況

2.1 規(guī)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(guī)劃總?cè)丝诩s186萬人；其中城鎮(zhèn)人口140萬人，農(nóng)村人口46萬人。

規(guī)劃范圍為福清全市域。面積約250km2。

2.2 規(guī)劃目標

(1)水壓目標

滿足給水工程服務(wù)范圍內(nèi)大部份區(qū)域給水干管節(jié)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(jié)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(shè)加壓泵房加壓供水。)

(2)水質(zhì)目標

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

3 規(guī)劃用水量預測結(jié)果

圖1 原水系統(tǒng)現(xiàn)狀圖

圖2 現(xiàn)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(xiāng)供水現(xiàn)狀存在的主要問題

3.1 原水系統(tǒng)

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

3.2 城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水

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

鄉(xiāng)鎮(zhèn)現(xiàn)有4座水廠，供水范圍主要為鎮(zhèn)區(qū)，供水規(guī)模有限，供水普及率不高，供水管網(wǎng)主要為枝狀布局，保證率較低。

4 規(guī)劃主要技術(shù)問題

隨著水務(wù)公司的成立，改變了供水系統(tǒng)隸屬不同部門管理的分割局面，使城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)具備構(gòu)建一體的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的巨大轉(zhuǎn)變，以及福清市供水具有的一些獨特性，使得規(guī)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(tǒng)形成聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建水庫水與閩江調(diào)水的有機聯(lián)系，是保障水源安全與可調(diào)度性的核心所在。

(2)分立式供水系統(tǒng)如何有機對接

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

圖3 “點”輻射式舊管網(wǎng) 圖4“線”輻射式新管網(wǎng)

(3)供水方向的不確定性

城市的發(fā)展多以其舊城區(qū)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(guī)劃雖能具有一定的前瞻性，但對于城市規(guī)模、用地布局、產(chǎn)業(yè)性質(zhì)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(qū)用地性質(zhì)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(shè)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(shè)的專項規(guī)劃，在進行系統(tǒng)布局時，要盡量減小城市發(fā)展過程中可能發(fā)生的供水方向變化等不確定性因素對給水系統(tǒng)造成的影響。

(4)平原區(qū)城鎮(zhèn)真正意義的供水一體化

圖5 原水系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)

沿海平原區(qū)城鎮(zhèn)密集度高、地形起伏小，城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的凈水輸配水系統(tǒng)具備聯(lián)網(wǎng)的條件，是供水系統(tǒng)城鄉(xiāng)一體化的核心意義所在。如何突破早期 “串聯(lián)式”和“并聯(lián)式”分區(qū)的簡單模式，構(gòu)建有機的分區(qū)，使凈水輸配水系統(tǒng)形成聯(lián)網(wǎng)，是建立一體化的要點所在。

5 規(guī)劃思路

5.1 水源并網(wǎng)工程——原水系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)

鑒于閩江調(diào)水存在水質(zhì)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(yōu)質(zhì)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(diào)的中轉(zhuǎn)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(guān)重要的作用。

通過設(shè)置東張水庫至閩江調(diào)水起端連接線，將東張水庫水引入閩江調(diào)水分水點的起端，使得東張水庫具備向閩江調(diào)水用戶全局供應(yīng)的能力，進而初步構(gòu)建了水源聯(lián)網(wǎng)體系。

通過整治東張水庫下游高干渠，并對接入閩江調(diào)水支線，使得東張水庫與閩江調(diào)水聯(lián)網(wǎng)體系進一步加強。

此外，還設(shè)置有建新水庫和東張水庫并入閩調(diào)江陰支線工程(如圖5)。

通過以上措施，使得水源系統(tǒng)形成大聯(lián)網(wǎng)，為福清市供水系統(tǒng)建立了第一層安全保障體系。

5.2 “高速公路模式”主干管構(gòu)建的有機分區(qū)—凈水系統(tǒng)小聯(lián)網(wǎng)

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

圖6 主干管網(wǎng)布置

圖7 供水方向不確定

規(guī)劃采用“高速公路模式”主干管構(gòu)建的有機分區(qū)(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(tǒng)模式主干管，在規(guī)避供水方向及水源不確定性、新舊管網(wǎng)銜接等方面，具有極強的優(yōu)勢。該模式主干環(huán)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(huán)線上下來后，可使這些支管盡量縮小，節(jié)省了建設(shè)投資與能源消耗?！案咚俟纺Ｊ健敝鞲晒芫邆浔Ｕ现鞲森h(huán)網(wǎng)各個點供水能力的特性，使得其在與舊城現(xiàn)狀管網(wǎng)的銜接上，具有極強的優(yōu)勢，十分適應(yīng)與各種類型現(xiàn)狀管網(wǎng)的銜接。

(1)規(guī)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(huán)網(wǎng)各個點的供水能力，對于片區(qū)組團的用水量需求變化，都能有很好的應(yīng)對。

(2)規(guī)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(huán)網(wǎng)上各個點都能夠接納新水源點的接入。

(3)分區(qū)擴展屬性

“高速公路模式”主干管上述優(yōu)勢屬性對供水系統(tǒng)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(qū)的大區(qū)域供水，還不能建立真正的有機整體系統(tǒng)。通過將“高速公路模式”主干管植入給水系統(tǒng)的分區(qū)方法，提煉出“高速公路模式”主干管新的屬性，命名為“分區(qū)擴展屬性”，該屬性破解了大區(qū)域供水分區(qū)相互分立的問題。

該屬性原理如下：在傳統(tǒng)分區(qū)模式中，甲、乙水廠供水服務(wù)區(qū)為A、B分區(qū)，其中C區(qū)為甲、乙水廠各自管網(wǎng)末端共同服務(wù)區(qū)(如圖9)。通過設(shè)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(wù)區(qū)大大增加擴展為D區(qū)(如圖10)，從而在無需增加甲、乙水廠規(guī)模的前提下，大大擴展了水廠的服務(wù)分區(qū)。當甲水廠服務(wù)的A分區(qū)處于高峰用水時，而乙水廠服務(wù)的B分區(qū)有供水富余，這時乙水廠富余的水會向甲水廠的A分區(qū)供水，從而避免了A分區(qū)末端管網(wǎng)水量和水壓不足的問題；同時，在某一供水分區(qū)發(fā)生故障時，相連接的另一供水分區(qū)能夠起到應(yīng)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(wǎng)服務(wù)區(qū) 圖10 分區(qū)擴展圖一

圖11 分區(qū)擴展圖二

圖12 總體供水分區(qū)

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(fā)展的重心位于A分區(qū)，甲水廠根據(jù)其發(fā)展趨勢超前配置，供水能力有富余，而在后來城市實際發(fā)展過程中，實際發(fā)展重心卻偏向B分區(qū)，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(qū)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(diào)度。

(4)真正意義的供水城鄉(xiāng)一體化

“高速公路模式”主干管構(gòu)建的有機分區(qū)，擴大了分區(qū)間的有機聯(lián)系，破解了大區(qū)域供水分區(qū)之間對接難的問題。

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

5.3 給水工程先進軟件的輔助

福建省城鎮(zhèn)山地丘陵較多，不宜簡單以道路高程作為給水分區(qū)的依據(jù)，需綜合考慮場地高程對給水分區(qū)造成的影響。規(guī)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(tǒng)分區(qū)的判斷，以保證給水分區(qū)的準確性。

5.4 點面結(jié)合的水壓控制

圖13 管網(wǎng)平差示意圖

水壓控制作為給水工程規(guī)劃中水廠設(shè)置、管網(wǎng)平差等技術(shù)分析的核心評價指標，往往以道路工程規(guī)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(qū)過多，系統(tǒng)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(wǎng)中途加壓泵站過多，影響供水可靠性，增加管理的成本。本規(guī)劃以點面結(jié)合的方式(即供水為點，耗水為面)；通過ArcGIS對福清市的

建設(shè)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(qū)間段)的建設(shè)用地規(guī)模及用水量進行統(tǒng)計分析，并根據(jù)用地距水廠距離、開發(fā)建設(shè)時序等因素配以面積權(quán)重，最終以大比例高程段用水水壓需求為基礎(chǔ)，確定水壓目標。

6 結(jié)語

通過對福清市供水系統(tǒng)現(xiàn)狀面臨的一系列問題的分析研究，構(gòu)建了原水系統(tǒng)“大聯(lián)網(wǎng)”與凈水系統(tǒng)“小聯(lián)網(wǎng)”，為福清市城鄉(xiāng)供水構(gòu)筑了上、下兩個層面的供水安全保障體系。

供水管網(wǎng)設(shè)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(shè)的新思路 ，此模式在寧波等幾個城市已有成功應(yīng)用實例，特別是為城市供水范圍擴大后新舊管網(wǎng)銜接改造的問題提供了解決方案。在該模式原有屬性基礎(chǔ)上，本規(guī)劃進行了技術(shù)提升，建立了由“高速公路模式”主干管構(gòu)建的有機分區(qū)，為福清市城鄉(xiāng)供水一體化解除了技術(shù)障礙，達到了真正的一體化。

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

[1]王榮和、劉遂慶.給水管網(wǎng)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(huán)網(wǎng)工程的規(guī)劃與建設(shè).給水排水,2008-1.

[3]林小洛.城市給水工程規(guī)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