城鄉(xiāng)一體化供水設(shè)計(jì)與思考

司徒菲，胡新立，童沙

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430010）

1 背景

我國(guó)中央文件中強(qiáng)調(diào)“要在有條件的地方推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化”。城鄉(xiāng)一體化供水成為國(guó)家政策高度關(guān)注的公共設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。

城鄉(xiāng)一體化供水主要指將供水管網(wǎng)由城市延伸、覆蓋至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建立一體化的城鄉(xiāng)供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)聯(lián)網(wǎng)供水，水資源共享[1，2]。其本質(zhì)內(nèi)容是消除農(nóng)村與城鎮(zhèn)供水之間存在的顯著差距[3]。

城鄉(xiāng)一體化供水主要建設(shè)思路有3個(gè)方面：對(duì)水資源進(jìn)行統(tǒng)籌配置；對(duì)供水系統(tǒng)格局進(jìn)行優(yōu)化；實(shí)現(xiàn)“同源、同網(wǎng)、同質(zhì)、同管”的一體化管理模式。

2 村鎮(zhèn)供水設(shè)計(jì)特點(diǎn)

對(duì)比城市供水，村鎮(zhèn)供水具有以下8個(gè)方面的特點(diǎn)。

2.1 供水系統(tǒng)

城市基本采用集中式給水系統(tǒng)，根據(jù)地形情況，有分壓、分區(qū)供水的模式。

村鎮(zhèn)給水系統(tǒng)在條件受限時(shí)，可以采用分散式給水系統(tǒng)，缺水地區(qū)可收集雨水作為水源，或者就近以小水庫(kù)或地下水為水源，采用小型一體化處理設(shè)施制水。當(dāng)?shù)匦慰梢岳脮r(shí)，優(yōu)先采用重力流式供水。

2.2 供水保障

城市和村鎮(zhèn)的水源供水保障率要求不低于90%。目前，我國(guó)城市自來(lái)水普及率達(dá)到99%，設(shè)計(jì)按100%考慮；農(nóng)村自來(lái)水普及率達(dá)到83%，2021年中央一號(hào)文件明確2025年農(nóng)村自來(lái)水普及率達(dá)88%。

根據(jù)國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)發(fā)〔2015〕17號(hào)）第二十四條規(guī)定，單一水源供水的地級(jí)及以上城市應(yīng)于2020年底前基本完成備用水源或應(yīng)急水源建設(shè)。村鎮(zhèn)供水目前暫無(wú)規(guī)定必須建設(shè)應(yīng)急備用水源。

2.3 水處理工藝

城市和村鎮(zhèn)的供水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是一致的，均執(zhí)行GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

城市供水設(shè)計(jì)參照GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，村鎮(zhèn)供水設(shè)計(jì)參照CJJ 123—2008《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村給水工程技術(shù)規(guī)程》。

當(dāng)原水濁度不高時(shí)，村鎮(zhèn)供水允許采用短流程的處理工藝，原水經(jīng)過(guò)過(guò)濾和消毒后即可供出。城市供水基本采用“反應(yīng)+沉淀+過(guò)濾+消毒”的常規(guī)處理工藝，甚至為提高出廠水質(zhì)，增加深度處理。

當(dāng)原水濁度高、藻類多或存在有機(jī)污染物時(shí)，城市和村鎮(zhèn)供水都會(huì)增加預(yù)處理工藝。對(duì)于特殊水質(zhì)的原水，如鐵、錳、氟等含量較高，處理工藝流程基本是一致。

2.4 用水量組成

城市供水量組成包括：綜合生活用水（包括居民生活用水和公共設(shè)施用水）；工業(yè)企業(yè)用水；澆灑市政道路、廣場(chǎng)和綠地用水；管網(wǎng)漏損水量；未預(yù)見(jiàn)用水；消防用水。

村鎮(zhèn)供水量組成包括：生活用水、公共建筑用水、工業(yè)用水、畜禽飼養(yǎng)用水、管網(wǎng)漏損水和未預(yù)見(jiàn)用水、消防用水。

村鎮(zhèn)和城市都有生活用水和工業(yè)用水；村鎮(zhèn)公共設(shè)施較少，只按生活用水量的一定比例計(jì)算公共建筑的用水量；村鎮(zhèn)不考慮澆灑道路城市綠化用水；村鎮(zhèn)有畜禽飼養(yǎng)用水，城市沒(méi)有。

2.5 生活用水定額

地級(jí)（及以上）城市人口大致在50萬(wàn)人以上，根據(jù)GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬于中等城市及以上的范疇，在同一個(gè)氣候區(qū)域內(nèi)，生活用水定額取值相對(duì)較高。村鎮(zhèn)中鎮(zhèn)區(qū)人口一般為20萬(wàn)～50萬(wàn)人，屬于小城市范疇，生活用水定額取值相對(duì)略低。農(nóng)村人口現(xiàn)狀實(shí)際生活用水定額大致為100 L/（人·d），考慮到農(nóng)村人口生活水平逐步提升，設(shè)計(jì)選取《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村給水工程技術(shù)規(guī)程》中“洗、浴、廁”三件套均配置的定額，該水平與鎮(zhèn)區(qū)生活用水定額相當(dāng)[3-6]。

2.6 變化系數(shù)

村鎮(zhèn)供水的日變化系數(shù)一般取1.3～1.6，比城市供水日變化系數(shù)（1.1～1.5）高，主要考慮村鎮(zhèn)常住人口與戶籍人口差別較大，平日用水量少，節(jié)假日返鄉(xiāng)人員較多，用水量增幅較大。村鎮(zhèn)供水的時(shí)變化系數(shù)一般取1.8～3.0，比城市供水（1.2～1.6）要高，主要考慮到農(nóng)村人口少，供水規(guī)模小，且一天中用水量基本集中在早、中、晚3個(gè)時(shí)段，約6～8 h，幾乎接近于定時(shí)供水。

2.7 供水水壓標(biāo)準(zhǔn)

村鎮(zhèn)和城市供水壓力一般都按直供范圍內(nèi)最不利點(diǎn)最小服務(wù)水頭控制。城市和鎮(zhèn)區(qū)里最小服務(wù)水頭一般按6層樓水壓0.28 MPa計(jì)。農(nóng)村供水最小壓力設(shè)計(jì)一般按0.16 MPa控制，局部地區(qū)滿足消防水壓即可。當(dāng)采用重力流供水時(shí)，還需根據(jù)計(jì)算設(shè)置減壓措施，避免管道內(nèi)壓過(guò)高，超過(guò)管材承受能力或增加漏損風(fēng)險(xiǎn)。

2.8 配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

城市供水范圍較為集中，供水管網(wǎng)基本上為環(huán)狀管網(wǎng)，管網(wǎng)安全保障率高。村鎮(zhèn)供水范圍較為分散，供水管網(wǎng)較多采用枝狀管網(wǎng)。城市供水量大、管徑大，配水管多采用球墨鑄鐵管或鋼管。村鎮(zhèn)供水量小、管徑小，配水管多采用運(yùn)輸安裝方便且經(jīng)濟(jì)的塑料管。

3 城鄉(xiāng)一體化供水設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及建議

3.1 供水系統(tǒng)布局不經(jīng)濟(jì)

建議充分考慮村鎮(zhèn)供水較為分散的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有供水設(shè)施布局，合理劃分供水區(qū)域，適當(dāng)保留分散供水的小水廠，形成多廠、多水源供水的格局，節(jié)約整體運(yùn)行費(fèi)用。

3.2 供水量變化幅度大

農(nóng)村地區(qū)存在常住人口與戶籍人口相差特別大的情況，供水管按高日高時(shí)供水量設(shè)計(jì)，全年大部分時(shí)間管內(nèi)實(shí)際流速低，流動(dòng)性差，容易造成管內(nèi)水質(zhì)二次污染。

建議設(shè)計(jì)按最高日供水量確定水廠規(guī)模，水廠的清水池調(diào)節(jié)容積應(yīng)適當(dāng)放大，配置水泵時(shí)，需兼顧平均日供水量和高日高時(shí)供水量，利用增減水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)、大小泵搭配或設(shè)置變頻等方式，適應(yīng)不同送水量需求，靈活運(yùn)行。同時(shí)，選擇輸配水管管徑也需要兼顧不同工況，設(shè)計(jì)合理的流速和水力坡降。

3.3 農(nóng)村小型水廠運(yùn)維難度大

據(jù)調(diào)研，部分農(nóng)村小型一體化水廠運(yùn)行維護(hù)有一定難度，管理人員技術(shù)水平不足，水廠出現(xiàn)故障得不到及時(shí)解決，造成出廠水水質(zhì)不穩(wěn)定。消毒設(shè)備安全防護(hù)措施做得不到位，存在一定的安全隱患。

建議構(gòu)建區(qū)域一體化運(yùn)管體系，采用專業(yè)隊(duì)伍，對(duì)小型一體化水廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。同時(shí)，還可以通過(guò)加大智慧水務(wù)建設(shè)力度，實(shí)現(xiàn)小型一體化水廠無(wú)人（少人）值守。

3.4 管網(wǎng)問(wèn)題成為供水系統(tǒng)瓶頸

管網(wǎng)的問(wèn)題一直是村鎮(zhèn)供水的主要問(wèn)題之一。村鎮(zhèn)的供水管網(wǎng)老舊破損情況嚴(yán)重，漏損率高；或管網(wǎng)建設(shè)未能跟上城鎮(zhèn)化進(jìn)程，局部管道設(shè)置不合理、輸水能力不足，影響龍頭水的水質(zhì)和水壓；還有些農(nóng)村用戶較偏僻，輸水管道維護(hù)難度大。

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城鄉(xiāng)一體化供水打破了原有的各自為政的供水格局，需要科學(xué)規(guī)劃和全局統(tǒng)籌，合理確定供水管道大小、走向、工作壓力和材質(zhì)。利用監(jiān)測(cè)管道壓力、流量等手段，減少偏僻地區(qū)管道維護(hù)工作量。

3.5 缺乏水源保護(hù)及備用水源

優(yōu)質(zhì)的水源是優(yōu)質(zhì)供水的基礎(chǔ)。水源地保護(hù)一直是村鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)村鎮(zhèn)供水系統(tǒng)大部分未考慮配置備用水源，供水安全保障率較低。

建議通過(guò)城鄉(xiāng)一體化供水格局的布置，充分利用各區(qū)域現(xiàn)有水資源，形成互為備用的模式。同時(shí)，將水源地保護(hù)措施納入智慧水務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。

4 設(shè)計(jì)案例分析

4.1 重力流供水系統(tǒng)

4.1.1 特點(diǎn)分析

湖北省某縣總面積1449 km2，總?cè)丝诩s40萬(wàn)人，其中，農(nóng)村人口占70%以上。全縣地理特征是丘陵地形，東河、西河兩大水系南北貫通、整體北高南低。北部大型水庫(kù)，水質(zhì)較好，鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民分布于兩大水系沿線，縣城位于東河、西河下游交匯處、整個(gè)用水點(diǎn)高差幾百米。

該縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)居住分散，由70多個(gè)集中供水站分散供水，供水站規(guī)模小，設(shè)施簡(jiǎn)陋，缺乏必要的消毒措施，水質(zhì)狀況未做監(jiān)測(cè)。水源主要是以河流、溪溝和小水壩水為主，存在季節(jié)性枯水，且與農(nóng)業(yè)灌溉用水相沖突，水量得不到保障。同時(shí)，河道還承納兩岸生活和工農(nóng)業(yè)廢水，水質(zhì)得不到保證?？h城水廠水源位于河道下游，易受污染，總磷、COD（化學(xué)耗氧量）、總氮等指標(biāo)超標(biāo)?？h城管網(wǎng)破損嚴(yán)重、未全覆蓋。

4.1.2 整體方案

1）充分利用上游2個(gè)水庫(kù)的優(yōu)質(zhì)水源，盡可能擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)供水覆蓋面，一次性解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)和縣城水質(zhì)、水量無(wú)法保障的問(wèn)題。在水庫(kù)邊建2座水廠，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城用水“同源、同質(zhì)”。

2）充分利用水源地和供水區(qū)域地勢(shì)高差大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)重力自流供水，節(jié)能降耗。

3）依據(jù)地形特點(diǎn)，形成“兩線兩點(diǎn)，東西互通”的供水系統(tǒng)。

4）新建供水主干管與現(xiàn)有村鎮(zhèn)水廠的輸配水管道連通，保留現(xiàn)有水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水源及供水站，形成雙水源供水。

4.1.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）考慮部分地勢(shì)較高的城鎮(zhèn)用戶或者高山農(nóng)村用戶無(wú)法納入工程服務(wù)范圍，實(shí)際服務(wù)范圍按照城鎮(zhèn)人口90%覆蓋，農(nóng)村人口65%覆蓋計(jì)算。干管最不利點(diǎn)自由水壓不低于0.28 MPa，高峰用水時(shí)水壓不低于0.24 MPa。變化系數(shù)取值綜合考慮為：日變化系數(shù)1.20、時(shí)變化系數(shù)1.40。

2）最高日居民生活用水定額鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村取100 L（/人·d），城區(qū)取250 L（/人·d）。鄉(xiāng)鎮(zhèn)的企業(yè)用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的30%。禽畜飼養(yǎng)用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網(wǎng)漏損率控制在10%以內(nèi)。未預(yù)見(jiàn)水量按以上水量的8%預(yù)測(cè)。

3）新建2座水廠，針對(duì)原水冬季低溫低濁、用地面積小的特性，選用占地面積小、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、效率高的常規(guī)處理工藝路線：水庫(kù)水—水力旋流網(wǎng)格絮凝池—側(cè)向流泥水分流A形斜板沉淀池—V形氣水反沖洗濾池—清水池—重力流輸水至鄉(xiāng)村和鎮(zhèn)區(qū)。

4.2 壓力流供水系統(tǒng)

4.2.1 特點(diǎn)分析

湖北省某縣的城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)場(chǎng)供水總面積1800 km2，遠(yuǎn)期供水總?cè)丝?35萬(wàn)人。全縣地勢(shì)平坦，除網(wǎng)湖濕地保護(hù)區(qū)外，城區(qū)和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均建有各自的中心水廠。其中，城區(qū)2個(gè)水廠，均以水庫(kù)為主水源，水質(zhì)較好。鄉(xiāng)鎮(zhèn)大多數(shù)以當(dāng)?shù)匦『恿骰蛐⌒蜕教了疄樗?，大旱年份要滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水，水質(zhì)、水量得不到保障。

城區(qū)采用兩廠聯(lián)合供水，管網(wǎng)布局不合理，出現(xiàn)瓶頸。鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍采用灰口鑄鐵管和PVC管，造成管網(wǎng)整體漏損率居高不下。

4.2.2 整體方案

1）城區(qū)西側(cè)1鎮(zhèn)靠近水庫(kù)，水源有保障，考慮保留鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠供水；城區(qū)東側(cè)1鎮(zhèn)鄰近長(zhǎng)江，以江水作為其主要水源。其余區(qū)域一并納入城鄉(xiāng)一體化供水范圍。

2）通過(guò)延伸主干管，更換老舊水管，將城區(qū)周邊的村鎮(zhèn)納入供水范圍內(nèi)。在每個(gè)主干管接入口設(shè)置壓力變送器、電磁流量計(jì)等在線儀表，便于今后監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度。

3）局部高地或距離水廠較遠(yuǎn)區(qū)域，新建中途加壓泵站保障供水壓力。

4.2.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）供水服務(wù)范圍按照城鎮(zhèn)人口100%覆蓋，農(nóng)村人口90%覆蓋計(jì)算。干管最不利點(diǎn)高峰用水時(shí)水壓不低于0.1 MPa。日變化系數(shù)取1.3；最高日時(shí)變化系數(shù)取1.6。

2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村最高日居民生活用水定額取80 L（/人·d），城區(qū)最高日生活用水定額取130 L（/人·d）。企業(yè)用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的40%。禽畜飼養(yǎng)用水量按居民生活用水量的5%考慮。管網(wǎng)漏損率控制在15%以內(nèi)。未預(yù)見(jiàn)水量按以上水量的10%預(yù)測(cè)。

3）為實(shí)現(xiàn)壓力穩(wěn)定、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、管網(wǎng)控漏節(jié)能、提升科學(xué)決策的能力和應(yīng)急服務(wù)能力，主要圍繞以下工程內(nèi)容進(jìn)行建設(shè)：管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)+DMA漏損管理系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、智慧調(diào)度中心等。

5 結(jié)語(yǔ)

城鄉(xiāng)一體化供水設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的方面包括：

1）供水系統(tǒng)布局既要打破“一地一水”傳統(tǒng)低效的供水模式，也要避免盲目擴(kuò)大集中供水區(qū)域，造成產(chǎn)水成本過(guò)度升高。應(yīng)該因地制宜，采用相對(duì)集中、適度分散的供水格局。

2）統(tǒng)籌、高效配置水資源，鄰近區(qū)域形成互為備用的供水格局，同時(shí)完善水源保護(hù)措施，可在現(xiàn)有條件下，提高供水安全保障率。

3）農(nóng)村供水區(qū)域更分散、不確定因素更多。在供水覆蓋率、管網(wǎng)漏損率、用水定額、變化系數(shù)等參數(shù)選擇時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際用水習(xí)慣、村鎮(zhèn)人口占比、基礎(chǔ)設(shè)施完善度等因素綜合分析，保證供水設(shè)施建成后能夠充分發(fā)揮效益。

4）要實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化供水，不僅需要加強(qiáng)水廠和管網(wǎng)等硬件設(shè)施的投入，還需要引入智慧水務(wù)理念，借助可視、可控、可調(diào)的現(xiàn)代化管理模式和數(shù)字化產(chǎn)品，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展。以上分析和總結(jié)內(nèi)容可為今后城鄉(xiāng)一體化供水項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。