浙江省某沿海新区给水管网系统优化改造工程案例分析

2022-05-20卢卓君LUZhuojun李卿LIQing林碧花LINBihua魏小婷WEIXiaoting

价值工程 2022年18期

卢卓君 LU Zhuo-jun；李卿 LI Qing；林碧花 LIN Bi-hua；魏小婷 WEI Xiao-ting

（①中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010；②深圳市深水水务咨询有限公司，深圳 518000）

0 引言

近年来，我国城市化发展不断加快，市政供水管网的规模也不断扩大。但是相较于发达国家，我国的市政供水管网的漏损率较高，在一定程度上阻碍了城市的发展。政府部门对相关情况越来越重视，出台了一系列节水政策。2021年，政府印发的《关于加强城市节水工作的指导意见》提出目标：到2025年，全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内。浙江省某沿海新区，自千禧年启动开发以来，新区建成面积已超过45km2，建成区的给水管网基本建设完成。随着新区社会经济的持续高速发展，生产生活用水量、水质标准均大幅提高，现状管网由于漏损严重，难以满足供水要求，因此，新区亟需进行给水管网系统优化改造。

1 浙江省某沿海新区给水现状

1.1 给水水源

某沿海新区现状主要由H水厂和邻市C水厂联合供水，目前，新区仅有一座H水厂，位于工业分区东部的水库南侧，现状可供水规模为10万m3/d。同时，在工业分区中部和西部主干道分别有两根供水干管接入，均来自于邻市C水厂，目前实际供水量约为2.1万m3/d。

1.2 给水管网现状

某沿海新区由于用地性质和开发强度的差异形成了南部工业片区、北部工业分区、西部商务新城，分别形成了基本独立的管网。

南部工业片区为新区最早开发建设的板块，给水管网布置较为完善，已敷设了工业和生活供水管网系统，工业区建设年代较久远，限于当初管材质量及施工水平有限，该区块范围内管网破损严重；北部工业片区采用双水源供水，但目前仅敷设一套给水管网系统；西部商务新城的管网建成时间短，基本能满足目前的使用要求。

1.3 现状给水管网存在问题

新区给水虽然经过多年的建设发展，形成了一定的供水规模。但由于城市建设发展较快，用水需求量大，增长速度快，供水任务重，城市供水一直处于边建设边使用的状态，供水的安全可靠性不高。新区给水系统存在主要问题如下：

①给水管网漏损率高。根据2015年至2020年H水厂及C水厂出水水量与新区水表抄表水量数据分析，新区内管网漏损率达到32%~47%。而根据浙江省文件要求，管道漏损率应控制在10%~12%以下。水资源的大量浪费，不仅造成新区用水紧张，用水量水压达不到要求，而且还不符合可持续发展的理念，不利用新区未来的城市发展规划。

②新区属于沿海地区，地下水位高，地下水盐碱度高，腐蚀性强，虽然给水管网建成运行不足20年，阀门、过桥架空钢管却腐蚀严重，经常发生漏水现象。

③部分早期给水管管材破损较严重，如PCCP管接口漏水、PE管接口脱裂及PE管受重荷载压破等。不仅增加了维护检修的费用和成本，而且还会造成水资源的无端浪费和污染，经常性的停水，不利于人们生活水平的提高。

④给水管干管缺少计量装置，无法计量各干管水量，缺乏在线实时的优化调度，管网安全运行监管能力薄弱，管网突发污染应急措施缺失，不易于检查管网漏损点，不利用城市给水管网系统的统一管理和监控，也不符合未来城市发展新趋势—智慧水务的发展理念。

⑤新区工业给水管与生活给水管连接成一套供水管网，无分质供水，可能会造成管网的二次污染，极易引发安全问题。

2 给水管网优化系统改造思路

2.1 现状给水管网平差及分析

对某沿海新区给水系统所有服务范围内的现状给水管网建立水力模型并进行水力分析，以哈代—克罗斯算法为理论基础对现状给水管网进行平差计算。将新区管网分成两个区块，第一区块为西部商务新城，其管网主要为生活给水管；第二区块为南部工业片区和北部工业片区组成的东片区，供水管网由生活给水管和工业给水管两套管网组成，目前两套管网已连接使用，供水干管主要沿主干道进行敷设。供水水源主要来自H水厂供水干管（约749L/s）、C水厂的两路供水干管（约152L/s、93.8L/s）。

首先将已测节点水压与管网平差节点水压进行对比，实测水压在0.25MPa公斤左右，而平差水压在2.7~3.0MPa范围内，实测水压普遍低于平差结果的节点水压。其中第一区块实测水压较平差水压低2m左右，第二区块则低4m左右，通过比较，新区给水管网漏损严重，水压普遍偏低，东侧给水管网较西侧给水管网漏损严重。

然后将已测节点水量与管网平差节点水量进行对比，可以得知，第一区块实测水量基本上低于平差水量，但差距较小，该区块主要为生活用水，工业企业较少，用水量较均衡，两个水量差距较小，表明西部区块给水管网漏损不严重。第二区块实测水量，除该节点有化纤、纺织、热电等大用水企业外，其他节点水量均低于平差水量，而且差距较大。通过节点水量对比，东侧区块给水管网漏损现象严重。

2.2 给水管网系统优化改造方案

为了改善浙江省某沿海新区给水管网漏损问题，响应国家号召，结合现状及周边城市的运行管理经验，新区给水管网改造工程主要从以下方面进行。

①东片区新建一套给水管网，按区块分期进行改造。

根据规划，新区采用分质供水，工业给水水源为H水厂，生活供水水源为邻市C水厂，目前两套管网已连接使用。本次废除原工业给水管网，新建一套生活给水管网，现状保留的生活给水管道用做远期中水回用管网。各区块改造时先将管径≥DN500的给水管进行改造新建。为保证现状供水的连续性，给水干管改造先废除原工业给水管，在工业给水管管位处新建统一给水管，两侧用户接至新建给水管，管道运行情况良好的原生活给水管保留做转输管道使用，或用作工业区块远期中水回用管网，以减少远期中水回用管网投资，为远期分质供水创造条件。

②商务新城区块某长度为4km给水主干管进行新建，其余管道及时检漏并就地维修。根据调查，商务新城区块给水管网漏损率较低，但其中某主干管维修频繁，其余路段运行状况较好。故对该路段DN600给水干管进行新建改造，其余管段及时检测漏损现象，如发现漏损点，及时维修。

3 给水管网系统优化改造方案

根据上述分析，主要对东片区给水管网进行优化改造设计。为避免新建给水管出现目前新区管网严重漏损的现象，需对新建管网的管径、管材等进行优化设计。

3.1 管径确定

改造范围内存在现状H水厂和规划新建水厂，为保证新建管网管径的合理，需对整个新区管网进行总体管网平差以确定新建管径。根据上位规划，H水厂供水能力10万m3/d，远期不扩建，拟在南部工业片区的西南位置新建一座水厂，供水规模为12万m3/d，远期与现状H水厂同时为整个新区供水。同时，为保障用水安全，规划仍考虑保留现状C水厂的供水专线作为备用水源，当用水不足时从邻市引水进行补充。整个沿海新区供水总规模为25万m3/d。为了合理分配改造范围区块的用水量，以工业区块现状生活及工业给水管干管布置为参考依据，在工业区块东西向五条主干道设置供水主干管，在南北向两条主干道设置主干管，与东西向主干管成环。在南北向五条次干道及东西向一条次干道设置配水干管，使其与主干管相互之间连接形成配水环网。同时为周围板块预留供水干管。给水管网节点水量按现状企业用水量进行统计计算，其余改造范围外各区块选取管径≥DN500的给水管作给水干管，节点流量取规划总水量按管长进行分配所得流量，对整个新区给水管网进行整体平差计算以确定新建给水管管径。根据初次平差结果，放大水头损失较大管段的管径，对流速过小的管段进行适当缩小，重新进行管网平差，经过几次调整，可以得出满足新区供水需求且较为经济合理的管径。根据最终平差结果，最不利点的自由水头为20.93m，已达到控制标准。此时H水厂的出厂水压为32m，新建给水厂水源的控制水压为33m，H水厂供水范围主要为南部工业片区和北部工业片区，新建水厂供水范围主要为商务新城板块。

3.2 管材选取

浙江省某沿海新区现状给水管网主要采用球墨铸铁管、钢管（过河处）、PCCP管及PE管，根据现场检漏，发现球墨铸铁管运行良好、漏损率低，钢管均有不同程度的腐蚀，PCCP管接口漏水严重，PE管接口及管道变形严重、漏损现象严重。调查了新区周边地区供水管网运行管理经验，主要大城市给水管均采用球墨铸铁管和PE管结合使用方式，管径小于DN300的给水管道采用PE100给水管，管径≥DN300的管道采用球墨铸铁管，采用该组合后管道漏损率均控制在5%以下。

综上所述，球墨铸铁管具有使用寿命长、重量轻、运输方便的特点，且现状采用球墨铸铁管道的管段漏损率低，运行效果好，结合自来水公司运行管理经验，小管径采用金属管便于后期检漏探测，因此改造供水管主要采用球墨铸铁管，过路顶管及过桥架空管一般采用钢管。其中过桥管大部分都暴露在潮湿的空气中，对钢管的防腐要求较高，实施时应做好管道防腐，在管理运行中发现管道防腐层脱落现象要及时维修。即使如此，对于新区靠海的特殊地理位置，钢管架空过河仍然存在后期检修量大的问题，在改造工程可以过桥管的管材做进一步试验研究。考虑小管径DN300的过桥管采用球墨铸铁管，采用特制的支墩进行安装，若后期成效良好，可逐步推广应用。

3.3 阀件设置

现状检修阀门腐蚀严重，关闭操作困难，需替换更新，故检修阀门井将结合相交路口连接管的阀门井设置情况及间距不超过5个消火栓的长度来设置。给水管沿线在高处设排气阀，低处设排泥阀，排泥管经排泥阀井后就近排入道路雨水检查井。如排泥管不能顺接进入雨水检查井，则设置排泥湿井，排泥管经排泥湿井后再就近排入雨水检查井。

消火栓保留现状继续使用，局部破损严重的，根据现场实际情况进行更换。对道路两侧现状水表进行更换，新增水表选用带远传功能水表，水表管径根据企业实际要求进行选择和布置，且每个用户均设置两个水表，分别用作计量消防用水量和生活用水量。根据新区逐步建设智慧水务分区计量的要求，在部分管道安装带远传功能的电磁流量计。

3.4 重要节点分析

本工程为线性管道工程，改造范围广、管道总长度大，管道主要在现状道路下改造敷设，沿线涉及现有地下管线、现状构建物避让问题，以下对几个重要节点简要分析：①新区给水管网系统优化改造工程主要在现状道路上改造，新建管道要穿越众多的现状道路，沿线需避让现状管线、现状道路及地下构建物或实施保护措施，根据具体情况作相应分析。比如，给水管道与排水管道交叉时，原则上要在上方穿越，如在下方穿越，则需在新建给水管上增设套管，并对套管两端进行封堵，以避免雨、污水泄露导致给水水质污染。②管道穿越河道既要考虑对河道水利、现状桥梁的影响，也要综合考虑管道后期的运营维护检修。在此基础上充分利用现状桥梁，条件允许时管道随桥过河，对局部管径较大的管道，现状桥梁无预留条件时，应采用新建桥墩架空过河。

3.5 分期实施

由于改造涉及范围广，给水管网优化改造方案分为两期期进行改造，一期工程为重点改造区域，为南部工业片区南侧给水管，即原新区最早开发区块；一期工程改造时间为2020年~2021年。

二期工程对南部工业片北侧给水管及北部工业片区部分给水管进行优化改造。二期工程计划改造时间为2022年~2023年。

3.6 分区计量

某沿海新区给水管网系统优化改造后要彻底降低管网漏损率并能进行实时监控，实现智慧水务。目前国内外控制漏损最有效的方式是对管网建立DMA（独立计量区域）分区，是指通过截断管段或关闭管段上阀门的方法，将管网分为若干个相对独立的区域，并在每个区域的进水管和出水管上安装流量计，从而实现对各个区域入流量与出流量的监测。利用管网GIS（地理信息）数据、流量监测数据、用户用水量数据，通过系统自动分析每个区块的漏损率，从而为供水企业提供针对性、主动性的漏损控制决策方案，提升企业经济效益与社会服务水平。因此，给水管网系统优化改造按远期发展智慧水务进行考虑，对供水区域进行分区块计量。

根据前述的实施方案，本工程主要考虑对东片区进行分区域计量，分区按改造分期顺序自南往北进行。同时，每个区块内再根据用水单位密集程度再细分小区块进行计量。

4 给水管网系统优化改造效益分析

4.1 社会效益

随着浙江省某沿海新区社会经济的持续高速发展，企业用水量、水质标准均大幅提高，现状管网由于漏损严重，难以满足现状供水要求，同时抢修爆管也造成了一定的经济损失。为了建设与现代化城市发展相适应的市政供水配套基础设施，必须对现有供水管网进行更新改造，提高供水保证率。

本工程的实施是创建资源型社会、节约型社会的需要。如今城乡居民、工业企业对公共用水的使用安全性、可靠性以及经济性等都提出了更高的要求。实施给水管网改造，能有效提高供水效率和保障率，对服务范围内居民生活、企业生产都有保障。从长远看，本工程的建设能有效减低用于城市给水管网运行维护检修的费用，能高效可靠为城市提供满足水质要求的用水，提高人们的生活水平，符合国家最新的政策要求，也是未来城市发展的新趋势，社会效益显著。

4.2 经济效益

供水企业是公益类企业，相对于销售来说，成本的控制是更加重要的，而成本占比相对较重的，则是供水管网，管网的漏损率往往能体现供水产销差。随着新区给水管网系统优化改造的逐步建设，新区给水管网漏损率将大幅降低，供水成本逐年减少。2021年新区管道抢修费用高达380万/年，管网建设优化改造后，管道维修费用也将明显减少。同时，新区的投资环境也将大幅改善，利于新区经济的发展。

2015年至2020年新区管网漏损率达到32%-47%，未实施给水管网系统优化改造项目前，漏损水量逐年在增加，特别是2015年~2018年，管网漏损率均高达40%以上，对新区供水造成一定影响。

表1数据为2015年至2021年某沿海新区新区供水管道漏损率统计表。由表中数据可以看出，2020年及以后（一期改造工程建设后），其管道漏损率在逐年递减，管网系统优化改造卓有成效。

表1 2015年～2021年浙江省某沿海新区新区供水管道漏损率统计表

随着今后二期工程实施建成后，给水管网改造区域内的管道漏损率将控制在12%以下，力争控制在9%以内，预计整个新区给水管网总漏损率下降至22%左右。每年可减少自来水损失328万吨，挽回经济损失755万元，同时保障供水运行安全，消除水质二次污染隐患。这项民生工程的实施，既保障了居民的供水安全，也带来了非常积极的经济效应。