城乡一体化供水设计与思考

2023-01-08司徒菲胡新立童沙

工程建设与设计 2022年6期

关键词：供水量水厂用水量

司徒菲，胡新立，童沙

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010）

1 背景

我国中央文件中强调“要在有条件的地方推进城乡供水一体化”。城乡一体化供水成为国家政策高度关注的公共设施建设领域。

城乡一体化供水主要指将供水管网由城市延伸、覆盖至乡镇，建立一体化的城乡供水网络系统，基本实现城乡联网供水，水资源共享[1，2]。其本质内容是消除农村与城镇供水之间存在的显著差距[3]。

城乡一体化供水主要建设思路有3个方面：对水资源进行统筹配置；对供水系统格局进行优化；实现“同源、同网、同质、同管”的一体化管理模式。

2 村镇供水设计特点

对比城市供水，村镇供水具有以下8个方面的特点。

2.1 供水系统

城市基本采用集中式给水系统，根据地形情况，有分压、分区供水的模式。

村镇给水系统在条件受限时，可以采用分散式给水系统，缺水地区可收集雨水作为水源，或者就近以小水库或地下水为水源，采用小型一体化处理设施制水。当地形可以利用时，优先采用重力流式供水。

2.2 供水保障

城市和村镇的水源供水保障率要求不低于90%。目前，我国城市自来水普及率达到99%，设计按100%考虑；农村自来水普及率达到83%，2021年中央一号文件明确2025年农村自来水普及率达88%。

根据国务院《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号）第二十四条规定，单一水源供水的地级及以上城市应于2020年底前基本完成备用水源或应急水源建设。村镇供水目前暂无规定必须建设应急备用水源。

2.3 水处理工艺

城市和村镇的供水的水质标准是一致的，均执行GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。

城市供水设计参照GB 50013—2018《室外给水设计标准》，村镇供水设计参照CJJ 123—2008《镇（乡）村给水工程技术规程》。

当原水浊度不高时，村镇供水允许采用短流程的处理工艺，原水经过过滤和消毒后即可供出。城市供水基本采用“反应+沉淀+过滤+消毒”的常规处理工艺，甚至为提高出厂水质，增加深度处理。

当原水浊度高、藻类多或存在有机污染物时，城市和村镇供水都会增加预处理工艺。对于特殊水质的原水，如铁、锰、氟等含量较高，处理工艺流程基本是一致。

2.4 用水量组成

城市供水量组成包括：综合生活用水（包括居民生活用水和公共设施用水）；工业企业用水；浇洒市政道路、广场和绿地用水；管网漏损水量；未预见用水；消防用水。

村镇供水量组成包括：生活用水、公共建筑用水、工业用水、畜禽饲养用水、管网漏损水和未预见用水、消防用水。

村镇和城市都有生活用水和工业用水；村镇公共设施较少，只按生活用水量的一定比例计算公共建筑的用水量；村镇不考虑浇洒道路城市绿化用水；村镇有畜禽饲养用水，城市没有。

2.5 生活用水定额

地级（及以上）城市人口大致在50万人以上，根据GB 50013—2018《室外给水设计标准》中的划分标准，属于中等城市及以上的范畴，在同一个气候区域内，生活用水定额取值相对较高。村镇中镇区人口一般为20万～50万人，属于小城市范畴，生活用水定额取值相对略低。农村人口现状实际生活用水定额大致为100 L/（人·d），考虑到农村人口生活水平逐步提升，设计选取《镇（乡）村给水工程技术规程》中“洗、浴、厕”三件套均配置的定额，该水平与镇区生活用水定额相当[3-6]。

2.6 变化系数

村镇供水的日变化系数一般取1.3～1.6，比城市供水日变化系数（1.1～1.5）高，主要考虑村镇常住人口与户籍人口差别较大，平日用水量少，节假日返乡人员较多，用水量增幅较大。村镇供水的时变化系数一般取1.8～3.0，比城市供水（1.2～1.6）要高，主要考虑到农村人口少，供水规模小，且一天中用水量基本集中在早、中、晚3个时段，约6～8 h，几乎接近于定时供水。

2.7 供水水压标准

村镇和城市供水压力一般都按直供范围内最不利点最小服务水头控制。城市和镇区里最小服务水头一般按6层楼水压0.28 MPa计。农村供水最小压力设计一般按0.16 MPa控制，局部地区满足消防水压即可。当采用重力流供水时，还需根据计算设置减压措施，避免管道内压过高，超过管材承受能力或增加漏损风险。

2.8 配水管网设计标准

城市供水范围较为集中，供水管网基本上为环状管网，管网安全保障率高。村镇供水范围较为分散，供水管网较多采用枝状管网。城市供水量大、管径大，配水管多采用球墨铸铁管或钢管。村镇供水量小、管径小，配水管多采用运输安装方便且经济的塑料管。

3 城乡一体化供水设计存在的问题及建议

3.1 供水系统布局不经济

建议充分考虑村镇供水较为分散的特点，结合现有供水设施布局，合理划分供水区域，适当保留分散供水的小水厂，形成多厂、多水源供水的格局，节约整体运行费用。

3.2 供水量变化幅度大

农村地区存在常住人口与户籍人口相差特别大的情况，供水管按高日高时供水量设计，全年大部分时间管内实际流速低，流动性差，容易造成管内水质二次污染。

建议设计按最高日供水量确定水厂规模，水厂的清水池调节容积应适当放大，配置水泵时，需兼顾平均日供水量和高日高时供水量，利用增减水泵运行台数、大小泵搭配或设置变频等方式，适应不同送水量需求，灵活运行。同时，选择输配水管管径也需要兼顾不同工况，设计合理的流速和水力坡降。

3.3 农村小型水厂运维难度大

据调研，部分农村小型一体化水厂运行维护有一定难度，管理人员技术水平不足，水厂出现故障得不到及时解决，造成出厂水水质不稳定。消毒设备安全防护措施做得不到位，存在一定的安全隐患。

建议构建区域一体化运管体系，采用专业队伍，对小型一体化水厂进行标准化管理。同时，还可以通过加大智慧水务建设力度，实现小型一体化水厂无人（少人）值守。

3.4 管网问题成为供水系统瓶颈

管网的问题一直是村镇供水的主要问题之一。村镇的供水管网老旧破损情况严重，漏损率高；或管网建设未能跟上城镇化进程，局部管道设置不合理、输水能力不足，影响龙头水的水质和水压；还有些农村用户较偏僻，输水管道维护难度大。

HZMB is going to put ________, ___________, and _________ within ______ hour.

城乡一体化供水打破了原有的各自为政的供水格局，需要科学规划和全局统筹，合理确定供水管道大小、走向、工作压力和材质。利用监测管道压力、流量等手段，减少偏僻地区管道维护工作量。

3.5 缺乏水源保护及备用水源

优质的水源是优质供水的基础。水源地保护一直是村镇供水系统的薄弱环节，同时村镇供水系统大部分未考虑配置备用水源，供水安全保障率较低。

建议通过城乡一体化供水格局的布置，充分利用各区域现有水资源，形成互为备用的模式。同时，将水源地保护措施纳入智慧水务监控系统。

4 设计案例分析

4.1 重力流供水系统

4.1.1 特点分析

湖北省某县总面积1449 km2，总人口约40万人，其中，农村人口占70%以上。全县地理特征是丘陵地形，东河、西河两大水系南北贯通、整体北高南低。北部大型水库，水质较好，乡镇居民分布于两大水系沿线，县城位于东河、西河下游交汇处、整个用水点高差几百米。

该县乡镇居住分散，由70多个集中供水站分散供水，供水站规模小，设施简陋，缺乏必要的消毒措施，水质状况未做监测。水源主要是以河流、溪沟和小水坝水为主，存在季节性枯水，且与农业灌溉用水相冲突，水量得不到保障。同时，河道还承纳两岸生活和工农业废水，水质得不到保证。县城水厂水源位于河道下游，易受污染，总磷、COD（化学耗氧量）、总氮等指标超标。县城管网破损严重、未全覆盖。

4.1.2 整体方案

1）充分利用上游2个水库的优质水源，尽可能扩大优质供水覆盖面，一次性解决乡镇和县城水质、水量无法保障的问题。在水库边建2座水厂，实现乡镇、县城用水“同源、同质”。

2）充分利用水源地和供水区域地势高差大的特点，实现重力自流供水，节能降耗。

3）依据地形特点，形成“两线两点，东西互通”的供水系统。

4）新建供水主干管与现有村镇水厂的输配水管道连通，保留现有水质达标的水源及供水站，形成双水源供水。

4.1.3 设计要点

1）考虑部分地势较高的城镇用户或者高山农村用户无法纳入工程服务范围，实际服务范围按照城镇人口90%覆盖，农村人口65%覆盖计算。干管最不利点自由水压不低于0.28 MPa，高峰用水时水压不低于0.24 MPa。变化系数取值综合考虑为：日变化系数1.20、时变化系数1.40。

2）最高日居民生活用水定额乡镇和农村取100 L（/人·d），城区取250 L（/人·d）。乡镇的企业用水比例取居民生活用水量和公共建筑用水量之和的30%。禽畜饲养用水量按居民生活用水量的5%考虑。管网漏损率控制在10%以内。未预见水量按以上水量的8%预测。

3）新建2座水厂，针对原水冬季低温低浊、用地面积小的特性，选用占地面积小、抗冲击负荷能力强、效率高的常规处理工艺路线：水库水—水力旋流网格絮凝池—侧向流泥水分流A形斜板沉淀池—V形气水反冲洗滤池—清水池—重力流输水至乡村和镇区。