平原区城镇城乡供水一体化模式探讨——以福清市为例

黄盛尚

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350008)

平原区城镇城乡供水一体化模式探讨
——以福清市为例

黄盛尚

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350008)

福清市具有城镇密集度高、组团式发展及地形地势起伏小的明显特征，从城镇供水系统角度，可作为福建省沿海平原区城镇的典型代表。福清市现状城镇给水系统纷繁凌乱、格局分立，此外，水源系统呈枝状布局造成原水系统安全的脆弱性及存在着水库水利用的不充分性。如何打破现有格局分立的供水系统，使城乡供水系统形成有机的整体的统一系统，是供水一体化的核心所在；如何优化水资源配置，并形成备用保障体系，是福清市供水安全的一个重要课题。规划提出了原水系统大联网及“高速公路模式”主干管构建的净水系统小联网理念，实现了真正意义的城乡供水一体化，并为福清市城乡供水构筑了上、下两个层面的供水安全保障体系。

平原区城镇；城乡供水一体化；联网体系；高速公路模式；分区扩展

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引 言

《福清市城乡供水一体化专项规划》是福建省首个城乡供水一体化类规划项目(获2013年度福建省优秀城乡规划设计一等奖)，对于研究福建省城乡供水特点有较好的价值，特别是平原区城乡供水一体化具有很好的借鉴作用。本文通过对规划重点内容及核心设计理念的概括介绍，以期能够为同行带来借鉴与参考。

1 规划背景

福清市位于海峡西岸经济区的沿海中部区位，是福州大都市圈坚强发展的南翼，在经济社会取得显著进步的同时，部分城镇基础设施建设却相对滞后。从城镇给排水区划视角，福建省城镇可划分为中西部山地城镇和沿海平原区城镇两大类型，福清市可作为平原区城镇的典型代表，具有城镇密集度高、组团式发展及地形地势起伏小的明显特征，供水设施具有很好的城乡统筹、联建共享条件。

但，福清市供水现有八座水厂，却分属七家法人单位，彼此互不关联，甚至连中心城区供水管网都以道路为界划定了明确的供水区界，形成以水厂为核心的分立供水系统格局，造成供水效益低下，更降低了供水系统的安全性。随着福清水务公司的成立，供水设施分属于不同单位、以行政区划为界的局面得以打破，具备了构建城乡供水一体化的条件。

2 总体概况

2.1 规划期限、人口和范围

近期：2011年～2015年；中期：2016年～2020年；远期：2021年～2030年。

远期2030年，规划总人口约186万人；其中城镇人口140万人，农村人口46万人。

规划范围为福清全市域。面积约250km2。

2.2 规划目标

(1)水压目标

满足给水工程服务范围内大部份区域给水干管节点压力不小于0.32MPa(32m自由水头)；给水干管上给水压力不大于0.60MPa(60m自由水头)；最不利供水节点压力不小于0.14 MPa(14m自由水头)；消防时室外消火栓水压不低于0.10MPa。(高层建筑及局部高地建筑所需水压不作为城市给水水压目标，水压不足的需自设加压泵房加压供水。)

(2)水质目标

城市统一供给的生活饮用水水质从出厂水至用户龙头水，均应达到建设部于2006年12月颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求。

3 规划用水量预测结果

图1 原水系统现状图

图2 现状水厂布局图

福清市域近期2015年需市政水厂供水量为45.5万m3/d；远期2030年需市政水厂供水量为110万m3/d。

3 城乡供水现状存在的主要问题

3.1 原水系统

福清市以本地东张水库、建新水库和外部闽江调水为主水源(如图1)，原水输送管呈枝状布局，任意一个节点出现故障，都会造成下游断水，供水安全系统十分脆弱。此外，水库水与闽江调水之间联系甚少，丰水年时，优质水库水无法得到充分利用，成为弃水。

3.2 城市与乡镇供水

中心城区现有4座水厂(如图2)，各水厂及配套管网分属不同的单位，形成以单个水厂为核心的分立供水系统；供水管网以城市的组团式布局为蓝本，自成系统。由于多头管理、缺乏统筹、资源不能共享，形成了多元供水系统及相互分离的配套管网，以及水资源缺乏统一调配，降低了城市供水的安全可靠性。

乡镇现有4座水厂，供水范围主要为镇区，供水规模有限，供水普及率不高，供水管网主要为枝状布局，保证率较低。

4 规划主要技术问题

随着水务公司的成立，改变了供水系统隶属不同部门管理的分割局面，使城乡供水系统具备构建一体的系统。由于系统的巨大转变，以及福清市供水具有的一些独特性，使得规划面临一系列问题需要解决，在众多问题中，以下面4个问题最为核心。

(1)水源的枝状布局造成安全脆弱性与利用不充分性。

如何使原水系统形成联网，构建水库水与闽江调水的有机联系，是保障水源安全与可调度性的核心所在。

(2)分立式供水系统如何有机对接

现状以单个水厂为核心的相互分离的“点”辐射式旧管网(如图3)，如何转化成为多个水厂“对置”的以主干管对接的“线”辐射式新管网(如图4)，并能够充分吸纳现状管网，使整个管网改造量最小化。

图3 “点”辐射式旧管网 图4“线”辐射式新管网

(3)供水方向的不确定性

城市的发展多以其旧城区为中心，不断向其周边拓展延伸，不断扩张的过程，在这个过程中，城市规划虽能具有一定的前瞻性，但对于城市规模、用地布局、产业性质等终难免会具有一定的不可预见性，这也为预测的用水量带来了不确定性。中心城区用地性质等已相对明确，预测的用水量与远期的实际用水量较能相对吻合；但外围的组团尚处建设的初级阶段，用水量存在较大的不确定性。

作为指导城市给水工程建设的专项规划，在进行系统布局时，要尽量减小城市发展过程中可能发生的供水方向变化等不确定性因素对给水系统造成的影响。

(4)平原区城镇真正意义的供水一体化

图5 原水系统大联网

沿海平原区城镇密集度高、地形起伏小，城市与乡镇的净水输配水系统具备联网的条件，是供水系统城乡一体化的核心意义所在。如何突破早期 “串联式”和“并联式”分区的简单模式，构建有机的分区，使净水输配水系统形成联网，是建立一体化的要点所在。

5 规划思路

5.1 水源并网工程——原水系统大联网

鉴于闽江调水存在水质隐患、提升运行费用，及配水线路呈枝状布局存安全隐患；水库优质水在丰水年时不能被充分利用；及东张水库远期将是闽江北水南调的中转站，具有充足的水源等问题因素。

为此，使东张水库具备全局辐射能力，对福清市供水安全及能否充分利用水库水起到至关重要的作用。

通过设置东张水库至闽江调水起端连接线，将东张水库水引入闽江调水分水点的起端，使得东张水库具备向闽江调水用户全局供应的能力，进而初步构建了水源联网体系。

通过整治东张水库下游高干渠，并对接入闽江调水支线，使得东张水库与闽江调水联网体系进一步加强。

此外，还设置有建新水库和东张水库并入闽调江阴支线工程(如图5)。

通过以上措施，使得水源系统形成大联网，为福清市供水系统建立了第一层安全保障体系。

5.2 “高速公路模式”主干管构建的有机分区—净水系统小联网

净水输配水系统若按早期简单模式对其进行分区，则将使福清市供水系统构成几个相互分立的供水分区，无法达到一体化的真正意图。如何构建一个有机的整体系统，是规划的难题。

图6 主干管网布置

图7 供水方向不确定

规划采用“高速公路模式”主干管构建的有机分区(如图6)来破解上述难题。

该模式主干管，其原理类比于高速公路能够极大提高运输能力的原理。相较于传统模式主干管，在规避供水方向及水源不确定性、新旧管网衔接等方面，具有极强的优势。该模式主干环线只与干管相连，不与支管相连，可减小局部水头损失的影响；水流从环线上下来后，可使这些支管尽量缩小，节省了建设投资与能源消耗。“高速公路模式”主干管具备保障主干环网各个点供水能力的特性，使得其在与旧城现状管网的衔接上，具有极强的优势，十分适应与各种类型现状管网的衔接。

(1)规避供水方向不确定性(如图7)。

图8 水源点不确定

“高速公路模式”主干管具备保障主干环网各个点的供水能力，对于片区组团的用水量需求变化，都能有很好的应对。

(2)规避新增水源点的不确定性(如图8)。

“高速公路模式”主干管能够克服新水源点接入的限制，环网上各个点都能够接纳新水源点的接入。

(3)分区扩展属性

“高速公路模式”主干管上述优势属性对供水系统的建立已能起到很大帮助，但仅凭这些原有属性，对于有较多供水分区的大区域供水，还不能建立真正的有机整体系统。通过将“高速公路模式”主干管植入给水系统的分区方法，提炼出“高速公路模式”主干管新的属性，命名为“分区扩展属性”，该属性破解了大区域供水分区相互分立的问题。

该属性原理如下：在传统分区模式中，甲、乙水厂供水服务区为A、B分区，其中C区为甲、乙水厂各自管网末端共同服务区(如图9)。通过设置“高速公路模式”主干管，利用其强大的输送能，使得共同服务区大大增加扩展为D区(如图10)，从而在无需增加甲、乙水厂规模的前提下，大大扩展了水厂的服务分区。当甲水厂服务的A分区处于高峰用水时，而乙水厂服务的B分区有供水富余，这时乙水厂富余的水会向甲水厂的A分区供水，从而避免了A分区末端管网水量和水压不足的问题；同时，在某一供水分区发生故障时，相连接的另一供水分区能够起到应急供水的作用，进而保障了整个供水体系的可靠安全。

图9 管网服务区 图10 分区扩展图一

图11 分区扩展图二

图12 总体供水分区

这种方式对于解决供水方向不确定性问题也十分有益，早期城市发展的重心位于A分区，甲水厂根据其发展趋势超前配置，供水能力有富余，而在后来城市实际发展过程中，实际发展重心却偏向B分区，乙水厂供给能力不足，这时就可通过“高速公路模式”主干管由甲水厂向B分区供水(如图11)，从而无需立即扩建乙水厂，大大便利了城市用水调度。

(4)真正意义的供水城乡一体化

“高速公路模式”主干管构建的有机分区，扩大了分区间的有机联系，破解了大区域供水分区之间对接难的问题。

福清市净水输配水系统总体划分为4大供水分区(如图12)，通过该模式，使4大分区对接成为一个有机整体，使得净水输配水系统形成小联网，形成真正意义上的供水城乡一体化。

5.3 给水工程先进软件的辅助

福建省城镇山地丘陵较多，不宜简单以道路高程作为给水分区的依据，需综合考虑场地高程对给水分区造成的影响。规划借助于ArcGIS软件(如图13)，建立包含道路及场地高程的分析模型、各种工况下的水压模型，模型成果准确、直观，非常有利于在复杂高程体系下进行给水系统分区的判断，以保证给水分区的准确性。

5.4 点面结合的水压控制

图13 管网平差示意图

水压控制作为给水工程规划中水厂设置、管网平差等技术分析的核心评价指标，往往以道路工程规划确定的道路竖向为基准，通过点式分析以确定供水水压，这种方法较适用于平原型城市，但地形变化较大的城市却有欠妥当，往往造成分区过多，系统复杂，特别像福清这样整体以加压供水为主的供水体系，如压力目标制定不合理，供水水压过高会增加供水成本，水压过低则容易造成管网中途加压泵站过多，影响供水可靠性，增加管理的成本。本规划以点面结合的方式(即供水为点，耗水为面)；通过ArcGIS对福清市的

建设用地地势高程进行分析，对各高程段(一般以30m高程作为一个区间段)的建设用地规模及用水量进行统计分析，并根据用地距水厂距离、开发建设时序等因素配以面积权重，最终以大比例高程段用水水压需求为基础，确定水压目标。

6 结语

通过对福清市供水系统现状面临的一系列问题的分析研究，构建了原水系统“大联网”与净水系统“小联网”，为福清市城乡供水构筑了上、下两个层面的供水安全保障体系。

供水管网设计“高速公路模式”理论是同济大学王荣和、刘遂庆教授在20世纪90年代首先提出的，此理论的提出开辟了给水工程主干管建设的新思路 ，此模式在宁波等几个城市已有成功应用实例，特别是为城市供水范围扩大后新旧管网衔接改造的问题提供了解决方案。在该模式原有属性基础上，本规划进行了技术提升，建立了由“高速公路模式”主干管构建的有机分区，为福清市城乡供水一体化解除了技术障碍，达到了真正的一体化。

希望本规划可为我省给水管网扩建和改造提供借鉴，以进一步降低城市给水工程建设成本、避免重复投资、提高管网输水效率、增加整体经济效益。

[1]王荣和、刘遂庆.给水管网布置方法探讨.管道更新改造研讨会会议论文,2000-11-20.

[2]任基成、费杰.宁波城市供水主干环网工程的规划与建设.给水排水,2008-1.

[3]林小洛.城市给水工程规划前瞻性、灵活性、可操作性的实践.福建建筑,2011-9.

Urban and rural water supply integration model in plain area——Taking Fuqing as an example

HUANGShengshang

(Fujian Provincial Urban & Rural Planning and Design Institute,Fuzhou 350008)

Fuqing city has obvious characteristics of urban density, conglomeration structured development and relief of terrain, from the perspective of urban water supply system, as a typical representative of the coastal plain of Fujian province. In Fuqing City, the status quo of urban water supply system is disorderly and pattern divided. In addition, this branch layout water supply system is a hidden danger of the raw water system, and causes the reservoir water using insufficiently. How to break the existing divided pattern of water supply system, so that the formation of urban and rural water supply system can be a unified system , is the core issue of water supply integration. how to optimize the allocation of water resources, and the formation of standby protection system, is an important issue of water security in Fuqing city. This planning suggests a network oriented raw water system, and "highway model" of net water system, to realize the real meaning of the integrated urban and rural water supply, and to build two levels of water supply security system.

Urban and rural areas; Urban and rural water supply integration; Networking system; Highway model; Partition expansion

黄盛尚(1981.4- ),男。

2015-08-05

TV674

A

1004-6135(2015)09-0113-05