试论管网叠压供水在丘陵地区乡村供水的实践

王燕

（济南城建集团有限公司，山东 济南 250000）

平潭位于福建省东部沿海，地形属木兰溪与龙江两个丘陵台地的平原岛，地形以低地、丘陵与平地为主，地形差异较大，平地4～8公尺，丘陵多50～250公尺，由于地形限制，全岛无水系，地面水资源十分匮乏：水库的储存量通常较少，对降雨的收集容量十分有限；近年来，由于外引水渠道的开放，新建水厂和供水网络的不断完善，使全岛的供水状况有了很大的提高。但是，因为天然的地理环境等原因，在建筑区域周围的村庄，其用水基本上都是分散的、单独的、小型的供水处理设施，这种供水设施的规模较小，处理设施比较简单，缺乏对水质进行定期的监测，因此，将城乡一体化的建设有机地结合起来，对供水设施进行改进，提高供水水质、水量、水压，确保供水安全，是当前农村供水改造工作中的一个重要环节，也是一个难点。

1 给水方式的选取

首先，乡村供水系统已经无法满足不断增加的用水量要求。随着乡村的发展，大量的人口和工业向沿海和大中型乡村转移，这些乡村的供水能力越来越强，市政供水网络已经无法满足人们的日常生活需要。许多供水管网都是在20世纪建立起来的，那时，在规划和设计中，并没有预见到未来经济的发展趋势，也没有对未来乡村经济发展的状况进行充分的考虑，从而导致市政给水管网在很长一段时间内都处于超负荷的运行状态，不能满足当前的基本民生需要，这就会给整个管网体系带来压力，对市政管网的给水效果产生影响，更不能保证各种用水的质量。其次，乡村供水管网均存在一定的老化现象。供水管道在达到一定的寿命后，不可避免地会发生老化，造成腐蚀和漏损。现在，全国各地都在进行供水管的改造，但是，改造的力度还不够，剩下的那些没有改造的，寿命长的在30年左右，短的在10年以上。与此同时，因多种（迁移、施工、地面沉降、材料等）因素，可能导致管网爆漏、水质污染等严重后果。目前，我国26个省、自治区、自治区、直辖市、直辖市的水网漏损率均大于15%,13个省的水网已超过20%，因此，对水网进行合理的改造，是提高水网漏损的有效途径。乡村供水网络的规划与建设未引起足够的关注。尽管在过去的10多年里，我国一直在倡导节水、保护水资源、改善水质和降低管网漏损率，但是从政策保障到规划建设，都没有得到足够的支持。在国内，只有极少数的几个提供供水服务的机构获得了政府的资金政策保证，其他大部分的供水企业因为运营成本和收益比或者建设难度等原因，没有能够对管网进行有效更新，导致了大量的管网漏耗。平潭市区幅员辽阔，各小区、各小区地形起伏较大，为了使所有小区都能通过市政管网直接供水，市区内必须建立大量的增压泵站，并且 Kh值也会大幅度提高，这会导致管线系统的工作量和长期运行成本的提高，也会加大管网的日常管理工作，《平潭综合实验区给水工程专项规划》对该系统的水压控制指标提出了以下要求：保证大部分小区的主干管线的压力不低于0.32MPa（32m自由水头）。主干管道的每个结点的压力都不超过0.60MPa（60m的自由水头）；主干水管的最不利点节点压力不小于0.l4MPa（l4m的自由水头）：在火灾和突发事件中，主干水管的外部消防栓的水压不能低于0.10MPa。在乡村中，高层建筑和部分高海拔地区，城乡村的用水压力不能作为乡村中的给水水压考核指标，部分地区的用水压力不够，需要在自己的水泵房中进行增压。

2 增压方式的选取

由于大多数村镇均处于规划区周边的山地，海拔相对较高，在这种村镇中，自来水系统的自由水头无法达到最恶劣的条件，因此必须建立给水泵站，并对其进行增压。由于在规划范围的边缘地区，用水量相对较低，因此，乡村用水的小型泵站，主要有两种类型：传统二次加压和管网叠压。传统二次增压给水泵站多为：高水位或蓄水+增压两种给水模式。在常规二次增压式给水泵站的基础上，开发了一种新型的给水管网叠加式给水泵站。本装置由调压器、调压器、调压器、真空压力表、调压器等组成。这两种泵站都有其优势和劣势，由于在本次设计的农村供水中，每个单个农村用水规模小、分布分散、水量波动大，所以，综合考量运营管理、成本和用水安全，最后，选用运营费用较低，水质污染风险更小的管网叠压供水系统。

供水管道的性能直接关系到乡村供水的经济性、可靠性和稳定性。以此为基础，在具体的材料选择过程中，要对其使用功能以及地质条件进行全面的分析，不管是采用何种类型的管道，都要保证其高度能够满足供水使用的要求，更大地保证其承压能力和封闭性，保证其持续供水，从而达到大幅度降低供水漏项的目的，更大地保证其水利输送能力，保证管网内壁平滑，有效地降低水头损失。另外，还要对管道的经济性进行全面考虑，在保证给水质量的前提下，尽可能地减少经济费用的投入。在特定的管道选型时，还要保证管道的耐用性。最后，对于管道品质的具体评估，消声效果也是一个比较重要的指标。一般而言，软质铸铁管道的声学性能较好，而软质橡胶密封件一般用于连接不同的管道，可以有效地防止噪声的传播。在这种情况下，对软质铸铁管进行科学使用，可以有效地达到消声降噪的效果。目前，比较常见的集中管材有复合管、塑料管、混凝土管和铸铁管，有关工作人员在进行具体工作的时候，要根据各自的具体要求，对它们进行科学选择，保证它们的合理性和可靠性。

在供水管网的分区布局中，主干道只有少数几个分区干道相连，因此当供水管网出现故障时，不会造成大规模的故障级联。当出现故障时，应立即开启备用阀，使故障段能够从备用段管路中得到供水，从而使故障段管路有足够的时间维修。同理，由于各区域之间的连接点很少，因此当出现故障时，只需关闭少数几个阀门，就能保证其他区域的正常供水。当管道爆开后，采用关闭阀门的方法，对管道爆开区域内的管道进行抢修，且不影响各分区供水，缩短了决策的时间。与传统复杂冗长的市政给水管线相比，给水管网分区布置得管线更短、更简单，这就极大地减少了水资源在管线中的滞留时间，从而提升了水质。同时，管道排列整齐，便于加氯，确保对水源进行消毒。由于给水管网分区布设，管道分支不多，因此可确保区内各户用水压力足够，用水方便。同时，更少的分叉还可使供水系统与用户之间的距离缩短，供水系统的增压减小，从而达到节能的目的。

在改建时，乡村给水管道通常仍在使用中，所以对乡村给水管道进行改建时，要注意保证人民生活质量。首先，要把握好改建的施工时机，尽可能地将改建工程安排在夜间进行，而在白天则进行修补和回填。如果是在运行中的管线上进行施工，则要将施工时间控制在8小时以内，并且要视管线所在区域为工业园区或居民区而选择适当的时间进行施工。其次，要根据所处的位置选用合适的管道，尽可能地符合供水系统的目标需求。考虑水流的压力、流量、温度、使用年限以及安全等诸多因素，要从经济的观点出发，进行全面筛选与分析。另外，还要综合考虑市政给水管道在具体的安装环节损耗，连接的管件和工具的安装成本，以及安装的稳固性等多个方面的要求。最后，合理安排改造的次序。实行DMA分区计量，并在管道上安装流量计和压力表，对数据进行实时监控，从而可以对管网的运行情况和管道的漏损点进行有效分析。按照轻重缓急，对漏耗严重的管道进行优先改造，从而对自来水产销差和管网漏耗进行有序控制。

供水系统通常都是建在地下的，当发生地震的时候，供水系统就会受到严重的损坏，使得居民得不到生活用水，工业污水等也不能排放出去，如果不及时维护，就会使乡村的生活陷入瘫痪。因此，设计人员应该针对给水管网展开抗震设计工作，根据过去的工程经验，根据地震灾害所造成的损害，对市政给水管网的整体布局进行综合设计，并加强管线的抗渗措施。首先，设计者应结合当地的实际地质条件和地震对其影响，采用现代的工程判定方法，对有利地段和不利地段进行划分，尽量选取有利地段；实在避不开时，应根据实际情况，对其进行相应的防震构造。此外，保证网络结构的构造与实际连通的高度一致，并满足有关政策的要求，尽量使设计最优。

3 抽水蓄能电站的设计

3.1 系统架构

由于各个村庄的用水规模较小，并且流量变化较大，因此，本次农村供水系统采用了管网叠压供水装置，能够对各个农村用户进行直接供水。在此基础上，提出了一种新型的泵站控制方案，即对泵站进行综合控制方案，并对其进行了改进。在实际应用中，采用变频调速技术，实现了对压力传感器的实时检测。反向阻尼装置功能是可以对叠置系统中由于反向水流所造成的进料反向污染进行有效的阻断；旁通阀适合在设备检修过程中，作为应急供水时的低压供水；在农村供水主干道上，有一个密闭的压力容器，用于恒定的水流量；防负压装置根据稳流罐内的压力，根据稳流罐的压力，自动启闭，平衡稳流罐的压力，避免负压，从而防止水泵对市政供水干管的抽吸，并对接入点周边市政管网用户的供水水头，水泵控制柜自动控制系统，根据以防负压装置和压力传感器发出的压力信号，调整水泵的启闭及变频转速，保证叠压供水系统在无负压工况下工作，并保证水泵出水压力满足设计要求。农村地区给水管网的选择与安装对保证农村地区给水管网的水量与水质安全以及节约能源具有十分重要的意义。因此，在进行该装置的设计时，应着重注意防止回流装置、稳压槽和水泵装置的选择。

3.2 系统选型

在层流式供水中，水泵机组是最重要的能源消耗装置，因此，水泵机组的选型对提高供水系统的效率至关重要。与农村生活用水相比，在进行高值水量的计算时，一定要将农村供水的使用规律纳入考量，特别是对留守人员的用水，以及节假日返乡人员的高峰期，要将家庭用水的水量与之匹配起来，同时也要将周末旅游时段所引起的用水量的激增等问题纳入考量。因此，在一般的条件下，水泵的选择可以使用2台型号一致的变频主泵+1台小流量辅泵并联供水，并配合气压罐夜间供水控制系统，基于压力传感器，控制水泵的运行方式。在用水量最大的时段，采用抽水方式供应，在用水量较小时，采用空气水箱供应，从而达到减少抽水次数，节约操作能源的目的。而夜间或平日间歇用水时，就需要用到压力容器。在每日平均用水量很低的情况下，可以打开副泵，使其达到低流量的目的；随着流体的递增，副泵的出力也递增或递减；当全频段仍不能满足要求的流量时，此时可关闭副泵，开启单一的主泵进行供水；其次采用二级泵和一级泵并行的方式，二级泵和三级泵并行的方式。

4 结语

管网叠压供水技术在建筑小区给水中的应用已经比较成熟，但是，它在农村供水方面的应用还处于推广阶段，在持续发展的城乡一体化供水过程中，应该将叠压供水系统与丘陵山区乡村供水的特点相结合，并逐步实施：（1）位于建设区域外围的村庄，应该以地形、周边市政管网的实际情况为依据，来合理地选择供水方式；（2）与传统的二次增压供水方式相比，管网叠加式供水方式具有节能、环保、减少二次污染的风险，操作、管理和维护简便等优点，适合在丘陵山地分散的农村地区使用；（3）在乡村供水管网接合处，对重叠式供水系统的实施应当严格执行。