試論管網(wǎng)疊壓供水在丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村供水的實(shí)踐

王燕

（濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

平潭位于福建省東部沿海，地形屬木蘭溪與龍江兩個(gè)丘陵臺(tái)地的平原島，地形以低地、丘陵與平地為主，地形差異較大，平地4～8公尺，丘陵多50～250公尺，由于地形限制，全島無(wú)水系，地面水資源十分匱乏：水庫(kù)的儲(chǔ)存量通常較少，對(duì)降雨的收集容量十分有限；近年來(lái)，由于外引水渠道的開(kāi)放，新建水廠和供水網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，使全島的供水狀況有了很大的提高。但是，因?yàn)樘烊坏牡乩憝h(huán)境等原因，在建筑區(qū)域周?chē)拇迩f，其用水基本上都是分散的、單獨(dú)的、小型的供水處理設(shè)施，這種供水設(shè)施的規(guī)模較小，處理設(shè)施比較簡(jiǎn)單，缺乏對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)，因此，將城鄉(xiāng)一體化的建設(shè)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，對(duì)供水設(shè)施進(jìn)行改進(jìn)，提高供水水質(zhì)、水量、水壓，確保供水安全，是當(dāng)前農(nóng)村供水改造工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

1 給水方式的選取

首先，鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足不斷增加的用水量要求。隨著鄉(xiāng)村的發(fā)展，大量的人口和工業(yè)向沿海和大中型鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)移，這些鄉(xiāng)村的供水能力越來(lái)越強(qiáng)，市政供水網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們的日常生活需要。許多供水管網(wǎng)都是在20世紀(jì)建立起來(lái)的，那時(shí)，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，并沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，也沒(méi)有對(duì)未來(lái)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況進(jìn)行充分的考慮，從而導(dǎo)致市政給水管網(wǎng)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都處于超負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，不能滿(mǎn)足當(dāng)前的基本民生需要，這就會(huì)給整個(gè)管網(wǎng)體系帶來(lái)壓力，對(duì)市政管網(wǎng)的給水效果產(chǎn)生影響，更不能保證各種用水的質(zhì)量。其次，鄉(xiāng)村供水管網(wǎng)均存在一定的老化現(xiàn)象。供水管道在達(dá)到一定的壽命后，不可避免地會(huì)發(fā)生老化，造成腐蝕和漏損。現(xiàn)在，全國(guó)各地都在進(jìn)行供水管的改造，但是，改造的力度還不夠，剩下的那些沒(méi)有改造的，壽命長(zhǎng)的在30年左右，短的在10年以上。與此同時(shí)，因多種（遷移、施工、地面沉降、材料等）因素，可能導(dǎo)致管網(wǎng)爆漏、水質(zhì)污染等嚴(yán)重后果。目前，我國(guó)26個(gè)省、自治區(qū)、自治區(qū)、直轄市、直轄市的水網(wǎng)漏損率均大于15%,13個(gè)省的水網(wǎng)已超過(guò)20%，因此，對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行合理的改造，是提高水網(wǎng)漏損的有效途徑。鄉(xiāng)村供水網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)未引起足夠的關(guān)注。盡管在過(guò)去的10多年里，我國(guó)一直在倡導(dǎo)節(jié)水、保護(hù)水資源、改善水質(zhì)和降低管網(wǎng)漏損率，但是從政策保障到規(guī)劃建設(shè)，都沒(méi)有得到足夠的支持。在國(guó)內(nèi)，只有極少數(shù)的幾個(gè)提供供水服務(wù)的機(jī)構(gòu)獲得了政府的資金政策保證，其他大部分的供水企業(yè)因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)成本和收益比或者建設(shè)難度等原因，沒(méi)有能夠?qū)芫W(wǎng)進(jìn)行有效更新，導(dǎo)致了大量的管網(wǎng)漏耗。平潭市區(qū)幅員遼闊，各小區(qū)、各小區(qū)地形起伏較大，為了使所有小區(qū)都能通過(guò)市政管網(wǎng)直接供水，市區(qū)內(nèi)必須建立大量的增壓泵站，并且 Kh值也會(huì)大幅度提高，這會(huì)導(dǎo)致管線系統(tǒng)的工作量和長(zhǎng)期運(yùn)行成本的提高，也會(huì)加大管網(wǎng)的日常管理工作，《平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)給水工程專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》對(duì)該系統(tǒng)的水壓控制指標(biāo)提出了以下要求：保證大部分小區(qū)的主干管線的壓力不低于0.32MPa（32m自由水頭）。主干管道的每個(gè)結(jié)點(diǎn)的壓力都不超過(guò)0.60MPa（60m的自由水頭）；主干水管的最不利點(diǎn)節(jié)點(diǎn)壓力不小于0.l4MPa（l4m的自由水頭）：在火災(zāi)和突發(fā)事件中，主干水管的外部消防栓的水壓不能低于0.10MPa。在鄉(xiāng)村中，高層建筑和部分高海拔地區(qū)，城鄉(xiāng)村的用水壓力不能作為鄉(xiāng)村中的給水水壓考核指標(biāo)，部分地區(qū)的用水壓力不夠，需要在自己的水泵房中進(jìn)行增壓。

2 增壓方式的選取

由于大多數(shù)村鎮(zhèn)均處于規(guī)劃區(qū)周邊的山地，海拔相對(duì)較高，在這種村鎮(zhèn)中，自來(lái)水系統(tǒng)的自由水頭無(wú)法達(dá)到最?lèi)毫拥臈l件，因此必須建立給水泵站，并對(duì)其進(jìn)行增壓。由于在規(guī)劃范圍的邊緣地區(qū)，用水量相對(duì)較低，因此，鄉(xiāng)村用水的小型泵站，主要有兩種類(lèi)型：傳統(tǒng)二次加壓和管網(wǎng)疊壓。傳統(tǒng)二次增壓給水泵站多為：高水位或蓄水+增壓兩種給水模式。在常規(guī)二次增壓式給水泵站的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一種新型的給水管網(wǎng)疊加式給水泵站。本裝置由調(diào)壓器、調(diào)壓器、調(diào)壓器、真空壓力表、調(diào)壓器等組成。這兩種泵站都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，由于在本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村供水中，每個(gè)單個(gè)農(nóng)村用水規(guī)模小、分布分散、水量波動(dòng)大，所以，綜合考量運(yùn)營(yíng)管理、成本和用水安全，最后，選用運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低，水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)更小的管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)。

供水管道的性能直接關(guān)系到鄉(xiāng)村供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和穩(wěn)定性。以此為基礎(chǔ)，在具體的材料選擇過(guò)程中，要對(duì)其使用功能以及地質(zhì)條件進(jìn)行全面的分析，不管是采用何種類(lèi)型的管道，都要保證其高度能夠滿(mǎn)足供水使用的要求，更大地保證其承壓能力和封閉性，保證其持續(xù)供水，從而達(dá)到大幅度降低供水漏項(xiàng)的目的，更大地保證其水利輸送能力，保證管網(wǎng)內(nèi)壁平滑，有效地降低水頭損失。另外，還要對(duì)管道的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面考慮，在保證給水質(zhì)量的前提下，盡可能地減少經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的投入。在特定的管道選型時(shí)，還要保證管道的耐用性。最后，對(duì)于管道品質(zhì)的具體評(píng)估，消聲效果也是一個(gè)比較重要的指標(biāo)。一般而言，軟質(zhì)鑄鐵管道的聲學(xué)性能較好，而軟質(zhì)橡膠密封件一般用于連接不同的管道，可以有效地防止噪聲的傳播。在這種情況下，對(duì)軟質(zhì)鑄鐵管進(jìn)行科學(xué)使用，可以有效地達(dá)到消聲降噪的效果。目前，比較常見(jiàn)的集中管材有復(fù)合管、塑料管、混凝土管和鑄鐵管，有關(guān)工作人員在進(jìn)行具體工作的時(shí)候，要根據(jù)各自的具體要求，對(duì)它們進(jìn)行科學(xué)選擇，保證它們的合理性和可靠性。

在供水管網(wǎng)的分區(qū)布局中，主干道只有少數(shù)幾個(gè)分區(qū)干道相連，因此當(dāng)供水管網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)造成大規(guī)模的故障級(jí)聯(lián)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即開(kāi)啟備用閥，使故障段能夠從備用段管路中得到供水，從而使故障段管路有足夠的時(shí)間維修。同理，由于各區(qū)域之間的連接點(diǎn)很少，因此當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，只需關(guān)閉少數(shù)幾個(gè)閥門(mén)，就能保證其他區(qū)域的正常供水。當(dāng)管道爆開(kāi)后，采用關(guān)閉閥門(mén)的方法，對(duì)管道爆開(kāi)區(qū)域內(nèi)的管道進(jìn)行搶修，且不影響各分區(qū)供水，縮短了決策的時(shí)間。與傳統(tǒng)復(fù)雜冗長(zhǎng)的市政給水管線相比，給水管網(wǎng)分區(qū)布置得管線更短、更簡(jiǎn)單，這就極大地減少了水資源在管線中的滯留時(shí)間，從而提升了水質(zhì)。同時(shí)，管道排列整齊，便于加氯，確保對(duì)水源進(jìn)行消毒。由于給水管網(wǎng)分區(qū)布設(shè)，管道分支不多，因此可確保區(qū)內(nèi)各戶(hù)用水壓力足夠，用水方便。同時(shí)，更少的分叉還可使供水系統(tǒng)與用戶(hù)之間的距離縮短，供水系統(tǒng)的增壓減小，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

在改建時(shí)，鄉(xiāng)村給水管道通常仍在使用中，所以對(duì)鄉(xiāng)村給水管道進(jìn)行改建時(shí)，要注意保證人民生活質(zhì)量。首先，要把握好改建的施工時(shí)機(jī)，盡可能地將改建工程安排在夜間進(jìn)行，而在白天則進(jìn)行修補(bǔ)和回填。如果是在運(yùn)行中的管線上進(jìn)行施工，則要將施工時(shí)間控制在8小時(shí)以?xún)?nèi)，并且要視管線所在區(qū)域?yàn)楣I(yè)園區(qū)或居民區(qū)而選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行施工。其次，要根據(jù)所處的位置選用合適的管道，盡可能地符合供水系統(tǒng)的目標(biāo)需求?？紤]水流的壓力、流量、溫度、使用年限以及安全等諸多因素，要從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行全面篩選與分析。另外，還要綜合考慮市政給水管道在具體的安裝環(huán)節(jié)損耗，連接的管件和工具的安裝成本，以及安裝的穩(wěn)固性等多個(gè)方面的要求。最后，合理安排改造的次序。實(shí)行DMA分區(qū)計(jì)量，并在管道上安裝流量計(jì)和壓力表，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而可以對(duì)管網(wǎng)的運(yùn)行情況和管道的漏損點(diǎn)進(jìn)行有效分析。按照輕重緩急，對(duì)漏耗嚴(yán)重的管道進(jìn)行優(yōu)先改造，從而對(duì)自來(lái)水產(chǎn)銷(xiāo)差和管網(wǎng)漏耗進(jìn)行有序控制。

供水系統(tǒng)通常都是建在地下的，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候，供水系統(tǒng)就會(huì)受到嚴(yán)重的損壞，使得居民得不到生活用水，工業(yè)污水等也不能排放出去，如果不及時(shí)維護(hù)，就會(huì)使鄉(xiāng)村的生活陷入癱瘓。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該針對(duì)給水管網(wǎng)展開(kāi)抗震設(shè)計(jì)工作，根據(jù)過(guò)去的工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)地震災(zāi)害所造成的損害，對(duì)市政給水管網(wǎng)的整體布局進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)管線的抗?jié)B措施。首先，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)條件和地震對(duì)其影響，采用現(xiàn)代的工程判定方法，對(duì)有利地段和不利地段進(jìn)行劃分，盡量選取有利地段；實(shí)在避不開(kāi)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的防震構(gòu)造。此外，保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與實(shí)際連通的高度一致，并滿(mǎn)足有關(guān)政策的要求，盡量使設(shè)計(jì)最優(yōu)。

3 抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

由于各個(gè)村莊的用水規(guī)模較小，并且流量變化較大，因此，本次農(nóng)村供水系統(tǒng)采用了管網(wǎng)疊壓供水裝置，能夠?qū)Ω鱾€(gè)農(nóng)村用戶(hù)進(jìn)行直接供水。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的泵站控制方案，即對(duì)泵站進(jìn)行綜合控制方案，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。在實(shí)際應(yīng)用中，采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力傳感器的實(shí)時(shí)檢測(cè)。反向阻尼裝置功能是可以對(duì)疊置系統(tǒng)中由于反向水流所造成的進(jìn)料反向污染進(jìn)行有效的阻斷；旁通閥適合在設(shè)備檢修過(guò)程中，作為應(yīng)急供水時(shí)的低壓供水；在農(nóng)村供水主干道上，有一個(gè)密閉的壓力容器，用于恒定的水流量；防負(fù)壓裝置根據(jù)穩(wěn)流罐內(nèi)的壓力，根據(jù)穩(wěn)流罐的壓力，自動(dòng)啟閉，平衡穩(wěn)流罐的壓力，避免負(fù)壓，從而防止水泵對(duì)市政供水干管的抽吸，并對(duì)接入點(diǎn)周邊市政管網(wǎng)用戶(hù)的供水水頭，水泵控制柜自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)以防負(fù)壓裝置和壓力傳感器發(fā)出的壓力信號(hào)，調(diào)整水泵的啟閉及變頻轉(zhuǎn)速，保證疊壓供水系統(tǒng)在無(wú)負(fù)壓工況下工作，并保證水泵出水壓力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。農(nóng)村地區(qū)給水管網(wǎng)的選擇與安裝對(duì)保證農(nóng)村地區(qū)給水管網(wǎng)的水量與水質(zhì)安全以及節(jié)約能源具有十分重要的意義。因此，在進(jìn)行該裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重注意防止回流裝置、穩(wěn)壓槽和水泵裝置的選擇。

3.2 系統(tǒng)選型

在層流式供水中，水泵機(jī)組是最重要的能源消耗裝置，因此，水泵機(jī)組的選型對(duì)提高供水系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。與農(nóng)村生活用水相比，在進(jìn)行高值水量的計(jì)算時(shí)，一定要將農(nóng)村供水的使用規(guī)律納入考量，特別是對(duì)留守人員的用水，以及節(jié)假日返鄉(xiāng)人員的高峰期，要將家庭用水的水量與之匹配起來(lái)，同時(shí)也要將周末旅游時(shí)段所引起的用水量的激增等問(wèn)題納入考量。因此，在一般的條件下，水泵的選擇可以使用2臺(tái)型號(hào)一致的變頻主泵+1臺(tái)小流量輔泵并聯(lián)供水，并配合氣壓罐夜間供水控制系統(tǒng)，基于壓力傳感器，控制水泵的運(yùn)行方式。在用水量最大的時(shí)段，采用抽水方式供應(yīng)，在用水量較小時(shí)，采用空氣水箱供應(yīng)，從而達(dá)到減少抽水次數(shù)，節(jié)約操作能源的目的。而夜間或平日間歇用水時(shí)，就需要用到壓力容器。在每日平均用水量很低的情況下，可以打開(kāi)副泵，使其達(dá)到低流量的目的；隨著流體的遞增，副泵的出力也遞增或遞減；當(dāng)全頻段仍不能滿(mǎn)足要求的流量時(shí)，此時(shí)可關(guān)閉副泵，開(kāi)啟單一的主泵進(jìn)行供水；其次采用二級(jí)泵和一級(jí)泵并行的方式，二級(jí)泵和三級(jí)泵并行的方式。

4 結(jié)語(yǔ)

管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)在建筑小區(qū)給水中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但是，它在農(nóng)村供水方面的應(yīng)用還處于推廣階段，在持續(xù)發(fā)展的城鄉(xiāng)一體化供水過(guò)程中，應(yīng)該將疊壓供水系統(tǒng)與丘陵山區(qū)鄉(xiāng)村供水的特點(diǎn)相結(jié)合，并逐步實(shí)施：（1）位于建設(shè)區(qū)域外圍的村莊，應(yīng)該以地形、周邊市政管網(wǎng)的實(shí)際情況為依據(jù)，來(lái)合理地選擇供水方式；（2）與傳統(tǒng)的二次增壓供水方式相比，管網(wǎng)疊加式供水方式具有節(jié)能、環(huán)保、減少二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，操作、管理和維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，適合在丘陵山地分散的農(nóng)村地區(qū)使用；（3）在鄉(xiāng)村供水管網(wǎng)接合處，對(duì)重疊式供水系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行。