吳江供水優(yōu)化平衡改造方案研究

顧向明 徐庶偉 徐偉忠

（吳江華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215200）

1.引言

隨著吳江區(qū)被納入長三角一體化示范區(qū)，經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市供水規(guī)模不斷擴大，為提高供水安全性和可靠性，大中型城市通常采用多廠協(xié)同供水方式[1]，因此區(qū)域供水的平衡性與合理性愈發(fā)顯得重要[2]。區(qū)域水廠聯(lián)動的供水平衡優(yōu)化工程不僅能時刻滿足城市用水需求，還能降低漏損率、爆管率和能耗，對于區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)安全、優(yōu)質供水有著重要意義[3]。

2.項目背景

目前吳江區(qū)現(xiàn)有大型水廠兩座，吳江第一水廠和第二水廠。其中第一水廠設計規(guī)模為60萬噸/天，供水區(qū)域主要為吳江鄉(xiāng)鎮(zhèn)，目前供水區(qū)域用水需求增長較為緩慢，能力有盈余。第二水廠設計規(guī)模為30萬噸/天，供水區(qū)域吳江城區(qū)，設計供水能力基本飽和。且由于吳江區(qū)處于長三角一體化示范區(qū)，近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，未來區(qū)域內(nèi)用水量預計將穩(wěn)步增加，將對區(qū)域內(nèi)供水能力提出更高的要求。

由于第一水廠生產(chǎn)規(guī)模大，而供水區(qū)域需求增長緩慢，供水能力富足；第二水廠現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模有限，但供水區(qū)域需求增長迅速。且目前由于管網(wǎng)壓力問題，第一水廠無法直接向第二水廠服務區(qū)域供水。因此，有必要利用兩個水廠之間已有的DN1200聯(lián)通管，通過相應的改造，發(fā)揮第一水廠生產(chǎn)能力余量，將第一水廠清水轉輸至第二水廠，降低第二水廠長時間超負荷運行的水質風險。

3.供水優(yōu)化平衡改造方案分析

3.1 第一水廠轉輸清水及加壓方式選擇

3.1.1 方案一：管道增壓

管道直接增壓的方式是采用水泵直接連在輸水管道上進行串級增壓的方式。管道直接增壓方式的優(yōu)點是能充分利用管道余壓，增加壓力較小即可達到所需的出口壓力，因此可以節(jié)省水泵的經(jīng)常運行費用。管道直接增壓方式的缺點在于：管道增壓泵主要的作用是增加水的壓力，對流量變化調(diào)節(jié)量較小。當泵站后用戶用水量小于來水量時，尚能進行增壓供水以滿足需水要求；當泵站后用戶用水量大于來水量時，就會產(chǎn)生增壓量不足，不能滿足需水要求。若來水量變化較大時，水泵入口處壓力變化也較大，如果要保持一定的水泵出口壓力，就要求水泵有較大的水量及壓力的調(diào)節(jié)能力。因此，在用水量時變化系數(shù)較小，管道流量較平均的情況下，采用管道直接增壓方式較好。

圖1 吳江區(qū)供水區(qū)域劃分示意圖

3.1.2 方案二：水庫調(diào)節(jié)增壓

水庫增壓方式為在二水廠內(nèi)設置一定容積的清水庫，來水全部接入清水庫，增壓泵從清水庫中抽取增壓以滿足用戶對水量及水壓需求的一種增壓方式。水庫增壓方式的優(yōu)點是：由于在二水廠內(nèi)設置有一定容積的清水庫，因此可以對管網(wǎng)流量的變化進行調(diào)節(jié)，并且在來水管道故障時還能維持用水區(qū)域在一定時間內(nèi)的供水。水庫增壓方式的缺點是：管道來水全部進入清水庫，進水余壓無法利用，當來水余壓較高時對能量的浪費較大；由于水泵增壓幅度大，造成經(jīng)常性運行費用增高；此外，因最高時的所有水量均需儲存在清水庫內(nèi)，因此清水庫容積較大，土建費用高，占地大。

3.1.3 方案對比

第二水廠二級泵房預留泵位的進出水管道已經(jīng)在二級泵房土建實施時一次性建設完成。如果采用管道增壓供水，必須要對吸水井和二級泵房之間的管道進行改造。吸水井和泵房之間目前只有6米的距離，且兩者的深度較深，改造期間還需要維持生產(chǎn)的正常運行，且保證該構筑物的結構不會受到影響。管道改造難度較高，施工風險較大，且極有可能對現(xiàn)有吸水井和二級泵房的結構產(chǎn)生永久性不可修復的破壞，隱患較大。

另外，考慮到新增水泵其實為二級泵房遠期水泵，吸水井預留水泵進水管道必須保留。在作為應急管道增壓泵使用期間，其管道增壓時水流沿直角吸水管進入水泵，水力條件不好。采用水庫增壓方式，還可以使二級泵房現(xiàn)有水泵發(fā)揮轉輸加壓功能，增加系統(tǒng)的安全性。因此，考慮到施工安全、泵房結構安全、水泵進水條件、加壓系統(tǒng)安全性，同時避免重復投資，管道增壓供水方式不適用于目前的第二水廠二級泵房和管道系統(tǒng)條件。最終考慮采取先釋放一水廠進水壓力，使其進入有自由液面的池體后，再進行加壓的方式。

3.2 轉輸水接管點選擇

3.2.1 方案一：吸水井

將第一水廠轉輸來水釋放至吸水井后，再由二級泵房水泵二次加壓至管網(wǎng)。該方案水力流程較短，但是吸水井體積較小，抗沖擊負荷能力較低，甚至可能會對現(xiàn)有上游系統(tǒng)產(chǎn)生影響。建設轉輸來水進入吸水井的管道仍然需要對吸水井的土建進行改造，對于原有結構也會有一定影響。第一水廠轉輸來水經(jīng)過長距離輸送，可能需要補氯，而吸水井內(nèi)不具備消毒劑混合接觸的條件。

3.2.2 方案二：新建清水池前端

將第一水廠轉輸來水釋放至新建清水池后，再進入現(xiàn)有吸水井由二級泵房水泵二次加壓至管網(wǎng)。該方案抗沖擊負荷能力較大，對現(xiàn)有上游系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生影響。清水池為新建，進水管道可與清水池一同建設實施，對于現(xiàn)有構筑物沒有任何影響。此外，第一水廠轉輸來水經(jīng)過長距離輸送，可能需要補氯，而新建清水池具備消毒劑混合，接觸時間也可以滿足要求。

3.2.3 方案比選

考慮到第一水廠上游來水壓力與碳濾池出水壓力差距較大，為減少兩種來水壓力的不匹配，減少二級泵房的水泵和其他構筑物的沖擊，考慮接管點位置為新建清水池，并且管道進入廠區(qū)后在進水管道上安裝流量儀、調(diào)流閥等設施以減少一水廠來水對二水廠原有系統(tǒng)的沖擊。因此最終選擇方案是在二水廠內(nèi)新建清水庫一座，并將第一水廠轉輸來水釋放至新建清水池后，再進入現(xiàn)有吸水井由二級泵房水泵二次加壓至管網(wǎng)。

4.經(jīng)濟和社會效益分析

由于本工程項目為城市基礎設施，以服務于社會和國家為目的，它是城市發(fā)展以及生產(chǎn)部門必不可少的條件，對國民經(jīng)濟的貢獻主要表現(xiàn)為外部效益，所產(chǎn)生的效益除部分經(jīng)濟效益可以定量計算外，大部分則表現(xiàn)為難以用貨幣量化的社會效益，因此，本工程的效益主要從城市發(fā)展、經(jīng)濟建設等宏觀效益方面來評價。

本工程的實施是在滿足給水專項規(guī)劃要求基礎上，在常規(guī)處理的基礎上增加清水池等調(diào)蓄設施，并且充分利用現(xiàn)狀兩個水廠的產(chǎn)能，從而能夠提高水廠的生產(chǎn)效率，降低水廠運行風險，減少管網(wǎng)爆管概率和故障隱患，從而進一步確保供水安全，是進一步提升供水系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的主要手段。

蘇州作為國家歷史文化名城和風景旅游城市，國家高新技術產(chǎn)業(yè)基地，其區(qū)域供水整體供水安全也應該符合現(xiàn)有城市定位。因此吳江區(qū)供水優(yōu)化平衡改造工程是吳江區(qū)供水安全整體提高非常重要的一步，不僅使得著吳江兩個水廠都在更接近于設計工況下運行，還使整個供水系統(tǒng)的安全的有所改善，標志著吳江區(qū)的供水品質上了一個新臺階。這對于提高城市居民生活水平，提升供水行業(yè)服務形象、增加城市和區(qū)域品牌價值都具有重要意義。

5.結論

本工程的實施是在在常規(guī)處理的基礎上增加清水池等調(diào)蓄設施，并且充分利用現(xiàn)狀兩個水廠的產(chǎn)能，從而能夠提高水廠的生產(chǎn)效率，降低水廠運行風險，減少管網(wǎng)爆管概率和故障隱患，從而進一步確保供水安全。并在無需擴建或新建水廠的基礎上增加向二水廠供水區(qū)域供水能力，滿足二水廠主要供應主城區(qū)用水需求的增長。就在當區(qū)域多個水廠供水能力及供水區(qū)域需求不平衡的情況下，對區(qū)域水廠聯(lián)動的供水優(yōu)化平衡改造方案進行介紹，為類似的區(qū)域供水優(yōu)化平衡改造提供參考。