城乡供水一体化给水设计中输水方式及管网分区探讨

余啟敏

（福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，福建 福州 350001）

按照党中央、国务院关于坚决打赢脱贫攻坚战和实施乡村振兴战略的有关要求，在全面、协调、可持续的发展理念下，以人为中心，统筹城乡发展、区域协调发展、经济社会发展、人与自然和谐发展的根本需求，要逐渐打破城乡二元结构，缩短城乡之间的差异，按照“城乡供水一体化”的道路，统筹规划、优化布局，这给城乡融合条件下的县域经济用水机理研究带来新的问题。目前，在我国城市化进程加快、城市基础设施建设力度加大的背景下，对城镇水资源的需求日益突出。要想使城镇供水工程得到更好的发展，就必须继续加大对城镇供水工程的关注。与乡村供水相比，城镇供水项目的面积更大，所需的供水管网也更多，所以供水管网的布局与规划显得尤为重要。为此，需要具体研究城镇供水系统的供水模式和供水管网的划分，以便更好地提高供水系统的使用效率，缓解城镇中大量水资源消耗的关键问题。

1 影响给水设计中输水方式和管网分区的因素

经过调研发现，对城镇供水系统的供水模式和划分有很大的影响，其中包括供水需求、周边气候和地理环境等。

1.1 供水需求

对供水的需求量是指用水管网为用户提供的用水总量、集中用水时段等指标反映在供水管网上。

1.2 地势

当采用重力流动法时，必须将水厂选址在地势高的位置，同时管线相应埋得更深，以获得更多的流体动能来支撑管线的运转，这样一方面选址相对困难，另一方面会加大工程的工作量和难度。

1.3 环境和气象条件

（1）气象条件：若在北部地区采用重力流工程，由于气温较低，管线易发生结冰现象、流速减小、造成给水效果降低。

（2）来源要素：不同来源的供水系统有其相应的供水系统，建设时要依据供水系统的实际状况，合理选用相应的供水系统。

（3）其他因素：如项目成本等，在不同程度上也会对管道划分产生不同的影响。为此有关主管部门必须对其产生的各个方面进行细致剖析，并针对性加以处理，以保证其在今后工作中发挥应有的作用。

2 案例背景

本项目为霞浦县城乡供水一体化（先行启动工程），实施内容为新建七都溪泵站，设计规模为30 000 m3/d，扬程27m，并预留给牙城水厂13 000 m3/d水量。改建斗门头抽水站，设计规模为30 000 m3/d，扬程96 m。新建输水管道全长10.42km（主要为DN500-DN600球墨铸铁管）。并对周湾水厂进行扩建，扩建规模为1.0×104t/d，改造现状三沙水厂，同时新建及改造三沙镇区配水管网（管径DN200—DN 500球墨铸铁管与DE20-DE160PE管）20.1 km工程。工程总投资为9 603.36万元。

3 给水设计中的输水方式选择

结合此项目实际情况，需要选择合适的输水方式，这样就需要对输水方式进行详细分析，进而选择最为科学的方式保障输水安全。

目前在城镇供水工程中，输水方式有多种形式，常见的有重力输水、压力流输或二者相结合三种方式。重力输水是指利用重力的作用，使空气中的空气流动产生水流，进而实现输水，重力输水需要对城镇的地势、地形等有很高的要求，因此该方式的应用在南方山区地方应用较广。在压力流输中，当流量不够时，用加压的方法进行输水。在实际的输水线路选型时，对管网的质量强度、管网的承载能力、地形地貌，对供水设施也有较高的要求。在实际工程中，二者可互相配合使用，且对地形复杂地区的输水线路应作适当的设计。在供水工程中，如何科学、合理地选用输水方式，往往与当地的地势、地形、水源、供水距离等因素有很大的关系。

本工程七度溪取水工程综合考虑到相关扬程、造价、运营成本、维护管理强度、安全性及输水可靠性方面，最终选取了分级加压供水的方式进行，从七都溪左岸新建七都溪泵站提水，大致顺着现状景观道路铺设，通过倒虹吸穿过七都溪后沿着农田铺设到斗门头泵站。再经斗门头泵站加压穿过现状水泥道路，沿着上山路明管铺设至隧洞口，单程管线总长5.25 km。

供水水厂的选址、水位和供水线路的选择，都会对供水系统运行造成不同程度的影响。而在高海拔区域，一般采用自流输水方式，这样既能有效地节省能源，又能保证输水线路的最短、最科学、最合理，在这样的情况下，水位必须有一个标准。另外也可利用水位的高低差来进行输送，但必须对输送管道的直径进行控制，以便能够满足输送的最大流量。在输水时，若地面高程差异超过规范要求，则应在适当的地方设置泄压阀，以便控制水势和流速。而在选择增压输水的时候，要从经济成本、输送工艺等方面，对输水管道进行有效分类。在实际的输送过程中，要根据具体的情况对其进行增压，要科学、合理地设置压力的形式和位置，这样才能保证输送过程的平稳。

所以在进行城镇供水工程的设计时，必须综合考虑经济费用与技术因素。结合周湾水厂的实际情况，本项目属于山区地区的供水项目，因此考虑到厂区的狭小及成本和方式的合理性，最终决定选择压力流输加重力流的方式进行输水供给，将滤后水先加压提升至山上高位水池，再由高位水池通过重力流输送，以增强水流能力，保障区域的正常供水。

周湾水厂在输水方面考虑到水质安全的因素，因此在输水方式选择前做好净水工程方面的内容：周湾水厂更换加药加氯系统，原有为二氧化氯消毒，因二氧化氯与水中有机物和无机化合物反应可能产生有毒的或有“三致”作用的副产物出现，制备过程中也存在安全隐患，且原料为盐酸采购受控。考虑到次氯酸钠为具有高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒药剂，同时具有同水的亲和力好，能与水以任意比例互溶，不存在相应的安全隐患，具有余氯的持续消毒能力。消毒效果好，投加准确、操作安全、使用方便、对环境无毒害、不存在跑气泄漏，可在任意环境工况下投加。综合以上原因，采用次氯酸钠替换原有的二氧化氯消毒系统。并结合新建自动化系统做好净水工作，保障饮用水的安全性。

4 给水设计中的管网分区分析

管网分区一般是指在实际输水期间，将供水管网按照一定的原则进行划分，促使其可成为不同和独立的子区域，结合不同的子区域来单独计量用水管理方法，这种方法可有效提升水资源的利用率，提升当地的经济效益和环境效益，目前在多个城市都有着十分广泛的应用，且对于本工程而言也在应用这种管网分区的方式进行给水设计。

4.1 管网分区的原则

4.1.1 区域的计量分区原则

即把管道上的阀门封闭或切断，这样就可以实现区域划分，对各个地区的进水管、出水管进行检查，可对水量和管网管理系统进行控制，可预防在使用中发生的储存及渗漏问题，也能找出问题所在，以便更好地解决问题，降低经济损失。通过对管网压力的有效调控，保证管网管理系统能够工作在最好的工作条件下。

4.1.2 压力分区的原则

在管网分区设计时，要考虑到地形和使用者所承受的水压，在划分时还要控制渗漏率，这样才能使管道的压力与渗漏率呈比例关系。在此基础上对城镇供水系统进行局部划分，并将其与等压线的布置相联系，实现对供水压力的有效控制，降低了供水压力和管道渗漏率。

4.1.3 管理分区的原则

这种划分方式在工程实践中较为普遍，而且取得很好的成效，已有相当的技术水平。但是由于中国人口众多、地域广阔，供水工程施工规模庞大、施工繁琐，使得管网划分原则在实践中仍有困难。为此在实际项目实施期间建议采用区划划分的原理，并根据城区的发展状况和工作量采用区划界限法划分管网，在供水工程的管网划分中该方法可以大大简化供水工程的难度。然而该方法在实践中并未充分地反映过程中的运行效率、费用、水利条件和管网运行压力等方面的影响。

4.2 给水设计中管网分区方案的确定

在进行城镇供水设计时，要根据现实情况，对城镇发展层次进行有效的构造，这样才能使供水系统的功能得到更好的体现。通常单层系统可以由管网系统进行，而在以后的设计中则需要实施空压、改压和泄漏量等方式的调整。通常最常见的是双层和三层管网，根据国内城市供水的设计和发展，管网体系在发展的进程中，多采用双层结构。

由于本项目新建配的水管网为20.1 km，使用管径为DN200—DN 500球墨铸铁管与DE20-DE160PE管，进行管网建设，在此基础上，根据区域发展需要及压力状况，新建了2座提升泵站，并将其与整个城区的总体规划和需要相联系。周湾水厂主要供往陇头方向，三沙水厂主要供往镇区方向，周湾水厂又可作为三沙镇区管网的备用水源。且从城镇用水的产业结构来分析，当地水产品加工厂及民宿等的用水量是非常多的，而商务办公、餐饮以及居住区等用水量会相对少一些，所以，输水管网的布局工作可以参考城镇的产业结构来进行布局，进行合理的规划，这样才能保障输水管网的布局工作合理性，满足各个区域的用水需求，确保人们的生活不受到影响。

4.2.1 确定具体区域的规模

为保证供水系统在正常运转时的压力平衡，按区域分级的方式对供水系统进行压力控制。所以，在城市供水系统的设计中，要尽量减少渗漏对使用者造成的危害，并要对渗漏量加以严格的控制。在实施分段供水时，要进行给水模式的优选，要对管网压降产生的损耗进行控制，并确定进水口的选址。因此对渗漏状况进行了控制，就会在操作时对压力进行有效的控制，实现节约能源，避免水资源的浪费，采用低压给水的方法应当继续普及，以达到对成本的有效控制。在管网管理的划分中，也要对各个领域的数据进行统计、收集，了解管网的流动情况，确保管网管理的安全性，适时地对管网管理进行维修。

4.2.2 设置供水地点及供水水量的管理

在供水一体化的给水设计中，也要对进水口的数目进行合理的计算，同时还要对压力和水量进行计算，这样才能确保在整个供水工程的施工中更加的安全性，避免突发事件的发生，确保供水的安全性。在进行管网划分时，可适当增加入水口数目，通过实例验证了采用多点入水口能较好地实现压力的控制和定位，还可以使其更加的安全，能够在多个事故发生时进行多个位置的入水，从而更好地应对突发事件，有利于对城镇管网的分段式供水实施高效的管理。

4.2.3 管网区划的划定

在进行供水工程设计时，应结合地区的实际地势和高低差异，并依据供水间距、水厂容量、压强界限等资料进行科学设计，由于这些内容对管道地区的范围有很大的影响，所以要将其加以全面分析，并在实践中加以归纳和解决。

4.2.4 分区规划的最佳调节

在城镇供水系统中，在编制管网划分方案后，还要对供水项目进行验证，从而对计划进行持续改进，并对其中不合理之处进行修正。在具体工程设计中，应将管道和闸断设置都视为关键，在进行优化时要将管道内不动水对水质的作用纳入考量，这样就能在输送时对管道进行加压，让管道末端的水流能够流通，并配备相应的排水设施。

4.2.5 采用节水技术

在城乡供水一体化项目建设中，需要统筹城乡发展和环境效益，采取节水技术实现科学输水与科学的管网分区工作。如选择节水材料和设备，将水厂和用户用水、输水等形成严密的系统，避免水污染。结合智慧水务进行有效监控，及时调整水压水量，遇到破漏及时抢修。

5 结语

综上所述，基于目前城乡供水一体化设计的理念和要求，需要根据城乡发展现状和农村区域供水安全现状做好输水方式的科学选择，同时做好管网分区等工作，保障整个给水工程的稳定性与安全性。在实际工程方案选择期间，还需要结合当地的技术、经济等重要因素，掌握好供水厂和城镇的距离，依据供水路线科学划分管网区域，保障城镇供水安全性的基础上，也能够为乡村提供充足的安全供水，进而发挥出城乡供水一体化的经济与社会效益，提升水资源的利用率。