城市供水系統(tǒng)布局的優(yōu)化選擇

沈克維

摘 要：供水系統(tǒng)是保障城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，如何配置水資源，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)城市供水系統(tǒng)日漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。結(jié)合城市空間發(fā)展規(guī)劃，對(duì)供水系統(tǒng)基本問(wèn)題進(jìn)行探討，采用費(fèi)用模型形式及變量的選擇，按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，建立建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用的費(fèi)用模型。協(xié)調(diào)供水系統(tǒng)之間的關(guān)系，充分發(fā)揮系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，在全面滿足水質(zhì)、水量和水壓的前提下，使整個(gè)系統(tǒng)的總費(fèi)用最低，達(dá)到全局最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：供水系統(tǒng)；優(yōu)化配置；費(fèi)用模型；規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TU991.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0107-02

1 區(qū)域供水系統(tǒng)的確定

傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)一般是由取水、凈水、輸水和配水四個(gè)子系統(tǒng)組成的[1]。區(qū)域供水系統(tǒng)是一種統(tǒng)籌考慮幾個(gè)相鄰地區(qū)的供水需求，統(tǒng)一開發(fā)、分配水資源，按照天然水源水系、地理環(huán)境特征、產(chǎn)業(yè)集群分布、功能區(qū)性質(zhì)以及一定的行政區(qū)劃確定供水區(qū)域的新型網(wǎng)絡(luò)供水系統(tǒng)[2]。其包含若干個(gè)供水分區(qū)，各供水分區(qū)包含取水、凈水、輸水和配水子系統(tǒng)，供水分區(qū)之間通過(guò)輸水子系統(tǒng)相聯(lián)系。

區(qū)域供水系統(tǒng)打破行政區(qū)劃，把一個(gè)區(qū)域內(nèi)的若干個(gè)供水廠及其配套管網(wǎng)聯(lián)合為一體，管網(wǎng)連成一片，可實(shí)現(xiàn)合理配置水資源，比原先分散的、獨(dú)自的、小規(guī)模的供水系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的專業(yè)性、合理性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

2 區(qū)域供水系統(tǒng)供水方式與供水規(guī)模的確定

2.1 區(qū)域供水方式

區(qū)域供水系統(tǒng)中一般有兩座或兩座以上的水廠為區(qū)域聯(lián)合供水，供水系統(tǒng)中可以是由多個(gè)水廠向同一片區(qū)域供水，也可由一個(gè)水廠向不同區(qū)域供水。而其供水方式主要分為以下兩種：（1）就近供水方式；（2）延伸供水。

2.2 區(qū)域供水系統(tǒng)優(yōu)化的理論基礎(chǔ)

區(qū)域供水系統(tǒng)的優(yōu)化時(shí)基于廣度優(yōu)先搜索策略的Dijkstra算法，對(duì)跨區(qū)管線的定線優(yōu)化建立費(fèi)用模型，以費(fèi)用最低和水質(zhì)可靠為目標(biāo)函，建立區(qū)域供水系統(tǒng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。

2.3 就近供水方式的水廠規(guī)模

根據(jù)上式可計(jì)算出供水系統(tǒng)單位年費(fèi)用，圖1和圖2分別為常規(guī)處理工藝、常規(guī)處理工藝與深度處理工藝的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)圖。

對(duì)比上面兩圖可以得到，水廠建設(shè)具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，無(wú)論采用何種工藝，當(dāng)水廠建設(shè)規(guī)模在20萬(wàn)m3/d時(shí)呈現(xiàn)較好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)；規(guī)模在40萬(wàn)m3/d以上，單位費(fèi)用進(jìn)一步降低；當(dāng)規(guī)模小于10萬(wàn)m3/d，單位年費(fèi)明顯增加，規(guī)模在5萬(wàn)m3/d以下，單位年費(fèi)增加速度更快。

因此，當(dāng)用水區(qū)位于水廠服務(wù)半徑內(nèi)，且用水量在20萬(wàn)m3/d以下，宜集中建一個(gè)水廠供水；當(dāng)用水量大于20萬(wàn)m3/d時(shí)，可根據(jù)用水區(qū)域用水量分布特點(diǎn)、水廠規(guī)模經(jīng)營(yíng)、供水安全等多方面因素，合理確定水廠建設(shè)規(guī)模和數(shù)量。

2.4 延伸供水方式

在實(shí)際建設(shè)中，存在部分新建區(qū)需要水源供給，但當(dāng)該區(qū)并未建立供水廠時(shí)，則需要從其他地方調(diào)水至本區(qū)域以保證正常的建設(shè)進(jìn)度。

通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)研究可知，水廠規(guī)模過(guò)小并不經(jīng)濟(jì)，因此，在區(qū)域建設(shè)初期需水量不大時(shí)，采用延伸供水方式較為經(jīng)濟(jì)。但是，當(dāng)?shù)貐^(qū)需水量不斷增加時(shí)，就需要對(duì)在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)水廠的費(fèi)用與外來(lái)輸水所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，研究其在多大的用水規(guī)模范圍內(nèi)，延伸供水較為經(jīng)濟(jì)，而超過(guò)一定規(guī)模后，在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)水廠將較為合適的問(wèn)題。

因此，可以提出以下建設(shè)方案：

方案一：新建水廠直接供水。

時(shí)兩組供水方案費(fèi)用相差不多，故供水距離在25～50km時(shí)，相應(yīng)的流量6～12萬(wàn)m3/d—15～26萬(wàn)m3/d。當(dāng)用水區(qū)域需水量小于經(jīng)濟(jì)輸水流量時(shí)，新建水廠費(fèi)用高于延伸供水費(fèi)用，宜采用延伸供水；超過(guò)其經(jīng)濟(jì)流量時(shí)，則適宜在該地新建水廠。而在帶狀區(qū)域內(nèi)，兩方案均可采用。

3 結(jié)語(yǔ)

城鎮(zhèn)供水采用區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供水的供水方式對(duì)保證用戶水量、水壓方面具有更高的可靠性。但區(qū)域供水系統(tǒng)的優(yōu)化需根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H發(fā)展情特點(diǎn)，結(jié)合城市發(fā)展總體空間布局，在分析區(qū)域用水結(jié)構(gòu)布局和需水量趨勢(shì)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，考慮相關(guān)因素，采用費(fèi)用模型分析，最后得到區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供水的優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)煦世，范瑾初.給水工程（第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]崔延松.“區(qū)域供水系統(tǒng)”與“區(qū)域水價(jià)”研究[J].中國(guó)水利，2005，（16）：14-17.endprint