城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究

郭維劍

(鄭州高新供水有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，城市人口大幅增長(zhǎng)，供水需求越來越大。如何提高用水安全，保障用水質(zhì)量成為了供水行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。然而，在城市供水管網(wǎng)分區(qū)當(dāng)中，仍存在諸多影響因素，嚴(yán)重影響管網(wǎng)分區(qū)的質(zhì)量和成效。為此，開展城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 影響供水管網(wǎng)分區(qū)的主要因素

1.1 經(jīng)濟(jì)漏損水平

供水管網(wǎng)獲取經(jīng)濟(jì)效益最大值時(shí)的漏損水平被稱為經(jīng)濟(jì)漏損水平。在供水管網(wǎng)分區(qū)中，要對(duì)漏損水量損失效益、漏損控制費(fèi)用進(jìn)行全面考慮，并了解其與漏損總費(fèi)用之間的關(guān)系。

伴隨漏損率變化，漏損總費(fèi)用呈凹形曲線發(fā)展，漏損總費(fèi)用最低值位于谷底處，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的漏損率具有合理性，也就是所說的經(jīng)濟(jì)漏損率。與經(jīng)濟(jì)漏損率相差越大，漏損總費(fèi)用越多，為此，需要在經(jīng)濟(jì)漏損率上下控制管網(wǎng)漏損情況。

對(duì)于供水單位而言，管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)漏損水平是管網(wǎng)分區(qū)方案實(shí)施的關(guān)鍵。每一個(gè)供水單位的情況不同，則制定的分區(qū)方案也會(huì)有所不同，隨之對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)漏損控制指標(biāo)和漏損控制目標(biāo)也會(huì)不同。對(duì)于供水管網(wǎng)的主動(dòng)漏損控制方針、計(jì)量分區(qū)數(shù)目等來講，經(jīng)濟(jì)漏損水平將起到?jīng)Q定性的作用。

1.2 DMA的分層和大小

供水管網(wǎng)是由多個(gè)層次分區(qū)系統(tǒng)構(gòu)成，而非一個(gè)復(fù)雜、巨大的供水區(qū)域。管網(wǎng)分區(qū)前期，需要先將DMA層次結(jié)構(gòu)確定下來，從而為后期分區(qū)工作提供便利。然而，在地形、水文條件、供水需求、資金狀況等眾多因素的制約下，將大大增加DMA分層的難度。一般來講，城市當(dāng)中一個(gè)DMA用戶數(shù)量基本上可以達(dá)到3 000戶左右。也就是說，管網(wǎng)實(shí)際狀況和系統(tǒng)特征決定單個(gè)DMA面積，表1為其主要影響因素。

表1 DMA面積的影響因素

1.3 供水管網(wǎng)高程

若供水區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)高程變化明顯，勢(shì)必會(huì)加大DMA管理的困難程度，甚至?xí)a(chǎn)生水質(zhì)、水力安全隱患。為此，在計(jì)量區(qū)域劃分過程中，必須將供水管網(wǎng)高程分布規(guī)律等考慮在內(nèi)，做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作，合理、有效控制一個(gè)獨(dú)立計(jì)量區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)的高程變化情況。

1.4 水質(zhì)條件

在DMA分區(qū)供水時(shí)，往往需要將計(jì)量區(qū)域邊界上的閥門關(guān)閉掉，這種情況下，將減慢管網(wǎng)區(qū)域邊界位置水的流速，增大水齡，導(dǎo)致大量死端產(chǎn)生于管網(wǎng)末梢處，基于長(zhǎng)期滯留等因素，死端水質(zhì)將變差，嚴(yán)重影響管網(wǎng)水質(zhì)質(zhì)量。當(dāng)DMA閥門數(shù)目增多，將會(huì)大幅影響管網(wǎng)水質(zhì)。一般情況下，可利用管道沖洗等方法解決水質(zhì)惡化等情況。通過定期沖洗，可以將管網(wǎng)末梢死水更新?lián)Q掉，從而提高供水水質(zhì)。

2 分區(qū)方案的擇優(yōu)確定

2.1 管網(wǎng)漏損水平

管網(wǎng)分區(qū)供水的主要目標(biāo)是為了有效做好管網(wǎng)漏損控制，因此，在擇優(yōu)選擇分區(qū)方案時(shí)，應(yīng)將管網(wǎng)漏損水平擺在第一位。

管網(wǎng)漏損水量計(jì)算，一般可采用最小夜間流量法。在計(jì)算中須確定AZP點(diǎn)，即管網(wǎng)平均壓力節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)值應(yīng)接近管網(wǎng)加權(quán)平均值。在具體操作中，可根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際狀況，合理選擇AZP點(diǎn)。目前，常用的方法包括2種：①壓力最接近管網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)壓力流量加權(quán)平均值的點(diǎn)。②高程最接近管網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)高程流量加權(quán)平均值的點(diǎn)。

2.2 壓力分布均衡性

為便于供水管理，減小管理漏損水平，須合理管控DMA內(nèi)節(jié)點(diǎn)壓力變化。若管網(wǎng)壓力分布均衡性由ΔP2表示，那么可通過下式進(jìn)行計(jì)算分析。

其中，最接近管網(wǎng)分區(qū)前PFW值的節(jié)點(diǎn)壓力值可由AZP表示；DMAi內(nèi)最接近PFWi值的節(jié)點(diǎn)壓力值可由AZPi表示；分區(qū)前管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)i的壓力值可由Pi表示；分區(qū)后管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)j的壓力值可由Pj表示；管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目可由m表示；管網(wǎng)分區(qū)數(shù)目可由N表示；分區(qū)后第i個(gè)DMA包含節(jié)點(diǎn)數(shù)目可由mi表示。

2.3 分區(qū)費(fèi)用

管網(wǎng)分區(qū)必須遵循經(jīng)濟(jì)性原則。在制定管網(wǎng)分區(qū)方案時(shí)，要對(duì)管網(wǎng)供水實(shí)際情況進(jìn)行深入分析，綜合考慮施工難易程度、是否具備裝表?xiàng)l件、供水效果等因素。水表儀器購(gòu)置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、后期維護(hù)費(fèi)用等是構(gòu)成分區(qū)費(fèi)用的主體。目前，多采用年等額資金回收法進(jìn)行分析研究。在上述3種因素中，要根據(jù)實(shí)際情況擇優(yōu)確定最佳方案。

3 案例分析

某城市供水管網(wǎng)面積為40 km2左右，約12萬人口。管網(wǎng)供水中，工業(yè)企業(yè)用戶所占比例較大，集中于區(qū)域北方地區(qū)。而南方地區(qū)為居民用戶區(qū)域。根據(jù)管網(wǎng)用戶分布情況，區(qū)域內(nèi)主要用水為工業(yè)用水，其次為居民生活用水。經(jīng)地質(zhì)勘查可知，本地區(qū)管網(wǎng)布設(shè)范圍內(nèi)并無丘陵、河流等地勢(shì)地貌，為平原地區(qū)，按照城市供水管網(wǎng)分區(qū)規(guī)定，在對(duì)壓力分區(qū)、管理分區(qū)、DMA分區(qū)進(jìn)行全方位考慮的情況下，初步將其DMA分為6個(gè)結(jié)構(gòu)形式，具體如圖1所示。

圖1 管網(wǎng)初始分區(qū)示意圖

為驗(yàn)證分區(qū)是否合理，本文提出了3種分區(qū)方案，如圖2、圖3、圖4所示。按照上述分區(qū)方案擇優(yōu)確定的3點(diǎn)，本案例仍從管網(wǎng)漏損水平、壓力均衡性、分區(qū)費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比分析，擇優(yōu)選擇既經(jīng)濟(jì)又合理的分區(qū)方案。

圖4 方案3分區(qū)示意圖

圖3 方案2分區(qū)示意圖

圖2 方案1分區(qū)示意圖

3.1 管網(wǎng)漏損水平對(duì)比分析

通過分析計(jì)算可以了解到，上述3種方案均能很好地控制管網(wǎng)漏損水平，相比分區(qū)前，管網(wǎng)平均漏損量均有所下降，方案1降低17.2%，方案2降低19.0%，方案3降低15.1%，由此可見，分區(qū)后，在平均漏損量控制方面，3種方案基本相同，其中漏損控制效果最佳的為方案2。

3.2 壓力均衡性對(duì)比分析

為了解3種分區(qū)方案的壓力均衡性，須對(duì)分區(qū)前、后方案的ΔP2值進(jìn)行計(jì)算分析。分區(qū)前ΔP2值為829.85，分區(qū)后，方案1的ΔP2值為361.52；方案2的ΔP2值為272.92；方案3的ΔP2值為129.97。據(jù)相關(guān)研究表明，ΔP2值越小，壓力均衡性越好。由此可知，在管網(wǎng)壓力分布均衡性方面，3種分區(qū)方案效果最好的為方案3，按照由好到次的順序劃分，均衡性控制效果依次為方案3>方案2>方案1。

3.3 分區(qū)費(fèi)用對(duì)比分析

本供水管網(wǎng)分區(qū)項(xiàng)目采取等額資金回收法進(jìn)行分區(qū)費(fèi)用計(jì)算，其中方案1分區(qū)費(fèi)用為6.66萬元/年，方案2分區(qū)費(fèi)用為6.24萬元/年，方案3分區(qū)費(fèi)用為7.82萬元/年。

通過上述分析，在3種方案中，漏損控制效果最好的為方案2，壓力分布均衡性最好的為方案3，分區(qū)費(fèi)用最低的為方案2，經(jīng)綜合考慮，可得出方案2為最優(yōu)分區(qū)方案。

4 結(jié)語

城市建設(shè)離不開供水系統(tǒng)，完善供水管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)美化城市、塑造城市形象具有重要意義。城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)的應(yīng)用，可以有效監(jiān)控管網(wǎng)漏損情況，大幅減小產(chǎn)銷差率，完善城市供水系統(tǒng)，推進(jìn)城市化建設(shè)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。