小城镇供水管网运行方式探讨

合理的运行方式对于小城镇供水的安全、可靠、经济运行具有重要的意义，但目前针对小城镇供水管网特点的运行方式的探讨较少，本文分析了小城镇供水系统的特点，提出了适合于小城镇供水系统的几种运行方式并对其进行了深入的探讨，为小城镇供水方式的选择以及供水管网优化运行打下良好的基础。

1小城镇供水管网特点

小城镇供水系统与城市供水系统相比，多数供水管网呈树枝状，市政供水条件差，供水可靠性差，供水管道特别是配水管道材质差、敷设简陋。小城镇供水管网的特点主要体现在:

( 1)供水管网规模小，时用水量变化大

小城镇相对大、中城市经济落后，人均综合用水定额比大、中城市小，管网系统规模小，管道直径小[1]。小城镇供水系统由于其规模小，用水不均匀，昼夜用水量变化大，时变化系数大[2](可达3 - 4)，用 水高峰时几乎是户户用水，用水低峰(夜间)用水量很小，有些时段(凌晨)根本元人用水，部分水厂和泵房甚至停止工作，仅靠水塔的贮水供应用户。

(2)供水管网建设薄弱，管网材质差

小城镇管网建设基础薄弱，发展不平衡。有些管网使用年限过久，有资料统计[气城镇中近40万M管道，有1/3是超过了使用的年限，急需更新改造，且经常发生爆管漏水事故，造成自来水公司的严重亏损;另有资料统计ω六、七十年代新发展的一些小城镇供水管网，水量净漏损率有的达到14%，此数值超过国家要求城市供水企业管网基本漏损率不应大于12革的标准[巧。

( 3)供水能力不足，供水可靠性差

小城镇用水主要包括:工业、居民生活用水、环境美化、绿化等其他用水，其中最主要的是前二类。尤其大部分小城镇自来水主要提供居民生活用水，工业企业一般自备水源，到夏季用水高峰期间，自来水厂虽竭尽全力，也难于满足用户要求。此外，小城镇管网多为树技状，管网各个部分之间流量调节能力较差，供水可靠性差，且能量浪费严重。

( 4)各种给水设备运行效率低下，能量浪费严重

小城镇管网规划不尽规范或建设不到位，管网布局不尽合理，不少单位自建水井和水塔以至于城镇水塔林立，却不互相连通，造成给水设备效率低下;各种给水设备常年不更换，造成有些设备元法正常使用，管段阀门无法调节关闭、水泵脱离高效区运行的现象比比皆是。此外，由于水泵配置的不合理，夜间送水量减小时没有合适的水泵机组运行，造成出厂压力、管网压力很高，供水电耗为白天的1.3-1.5倍，浪费大。

(5)管网调度不及时，运行管理困难

当前小城镇供水技术管理力量不足，对调度工作不重视，技术人员偏少，运行调度人员素质偏低，很少有单位配备专业调度机构，造成发生管网漏水爆管等事故时检修不及时，以至于渗漏等现象严重。此外，小城镇供水管网地理位置分散，也给运行管理增加了一定困难。

2  小城镇供水管网运行方式

不同区域小城镇供水管网系统形式不同，造成管网运行方式复杂多样。目前部分小城镇采用地下水直接进入管网的一级供水和清水池泵站加压的供水方式，部分小城镇甚至无独立水厂，其供水主要来源于中心城市，这种供水方式可以等价为视为一级供水方式。

由于小城镇用水不均匀，昼夜用水量变化大，时变化系数变化大，用一级供水方式就不太合适。这是因为供水量满足最大日最大时的要求，就需要最大时的设备能力，否则就会产生供水不足、水压降低的问题，有些用户就用不到水。或者由于调度不及时，也会产生水压过高或过低，造成管网破坏和用户无水现象，因此需要对一级供水方式进行改造。

为实现管网安全、经济、可靠地运行，小城镇供水管网应充分依据自身的特点及用水要求确定运行方式。

2.1设置调节设施运行方式

小城镇供水管网规模小，时用水量变化大，用水不均匀，加上供水管网自身结构的不完整，供水管网

流量调节能力差，输水管网压差变化大，供水可靠性差，甚至有些水厂或泵房是间歇运行。因此，小城镇供水管网应首要考虑设置水量调节构筑物并充分考虑利用地形高差实现重力供水。对于一些中小城镇的工厂可以考虑自建水塔等调节构筑物维持一定的水压，以确保正常生产。供水工程主要的调节构筑物有清水池、水塔、高位水池和压力罐。

①清水池:一般设在昼夜连续供水，并可用水泵进行调节的小型水厂，其次是供水系统要求所需设置清水池的系统。

②水塔:一般设在给水系统规模小，供水范围较小的水厂以及间歇运行的水厂，适应于无合适地形设置高位水池的系统。其所需调节容量较小，水塔的容积由二级泵站供水线和用水量曲线确定，若元详细资料，可按照最高日用水量的10 -15%设计，个别村镇给水可以增大到50%0Jj(塔一般建在地形最高处，其水柜底高于地面的高度H，可按照下式计算:

H( =Hc+hl1一(Zt - Zc)       ( 1 )

式中:Hc为控制点C要求的最小服务水头，m ;hn为按最高时用水量计算的从水塔到控制点的管网水头损失，m;Zt为设置水塔处的地面标高，m;ZC为控制点的地面标高，m。

从式( 1)看出， Zt大则Ht小，这是水塔建在高地的原因。此外，水塔尽可能放在给水区的中心地段，应靠近最大用水户和水压要求较高的用水户。其位置主要根据给水区域的地形坡度I1以及最高用水时从水塔到控制点的水力坡度12而定。当I1/12 < 1时，水塔可放在最高点，I1/12 >1时可放在水塔供水范围内的中心地区。

水塔在供水系统布置上有前置式、对置式、网中式三种。前置式是由水塔向管网供水，它能及时控制水塔内水位，使设备便于自动化控制;对置式是由水泵和水塔联合向管网供水，可降低管径和设备能力，一般适于24小时运转;网中式水塔是利用小城镇较高的有利地形高程，满足用户最低水量与水压要求。小城镇可根据供水区域的地形特点、用水分布选择适宜的水塔设置方式。

目前，对水塔水位的检测控制上，主要根据水位传感器来获得水位信息，用滤波器滤掉各种谐波信号，经过模数转换器变成标准的数字信号，用单片机处理后可以达到水塔自动控制的目的。其基本的控制原理如下:

图1水塔水位控制原理图

③高位水池:高位水池主要适合于丘陵地带和山区，调节容量较大，供水可靠。在有地形高差的环境下，把水源的来水送入高地水池，再利用重力对管网供水，这样高地水池可以起到调蓄作用，在用水量低谷时蓄水，用水高峰时作为水源供水，可以间歇供水。其工艺简单，便于维护管理，降低运行费用。

④压力罐:压力罐是给水系统中利用密闭储罐内空气的可压缩性来存储、调节和压送水量的装置，其功能相当于水塔和水池。它具有占地少、造价低、安置室内、自动控制的优点，对电力要求高、调节容量小、不适于缺电地区。由于小城镇管理落后，在使用中一些自动装置经常损坏失修而变成了手动定时控制、失去了自动连续供水的意义，此外，在进行水质消毒时技加消毒剂氯元素对气压罐有腐蚀，影响其使用寿命。总的来说，这种调节设备很快成为一种临时供水设备，应用范围越来越小。

上述几种常见调节构筑物根据其在水泵的前后位置，可以将其分为两大类:一类是在泵前，只能调节水量，不能贮存能量(压力)，主要是清水池，这类调节方式是大型供水系统常用的调节方式;另一类是在泵后，既可以调节水量，又能贮存能量，主要有水塔、高位水池和压力罐，对于小城镇供水系统，应该主推后一类方式。显然调节构筑物的选用主要根据小城镇供水供电状况、地形、经济等条件选用。

总之，调节设施的设置是应依据小城镇供水系统的特征及用水变化特点确定。小城镇应充分利用调节设施的调蓄能力，利用水池、水塔进行"削峰填谷"，使得供水泵站供水量的变化趋于平缓而又能满足变化剧烈的用水量要求，同时还要加强管理，保持供水水质能满足健康饮用水水质要求。

2.2  变频调速供水方式

变频调速供水主要有变频恒压(变流量)供水和变频变压(变压力)两种供水方式。其基本控制原理都是利用变频调速器控制水泵转速而达到供水目的的供水方式。当管网压力发生变化时，压力传感器检测管网压力将其转换成电信号送到控制柜内的微机处理器;当用户用水量发生变化时，微机对设定的信号和压力传感器反馈的信号进行比较、运算、调节自动输出相应的控制信号，送往变频调速器，改变变频器的输出电压及频率，使水泵转速发生变化，从而调节一日24小时不同时刻的用水量水压变化，这样可以使供水曲线较好地与用水曲线吻合，使水泵机组在最高效率范围内工作，免去了人工控制供水量的麻烦。调度运行时结合定时器使用，可实现定时变频供水，每天可数次供水，而供水期间采用变频调速控制。

近年来，由于控制技术的提高，变频器价格降低，而且采用变频供水方式也有效地解决了采用调节设施产生二次污染的问题，因此，对于新建小城镇供水系统可考虑采用变频调速供水方式。

2. 3  二泵站分级供水运行方式

供水系统的调度管理可以考虑采用纯铜的二泵站分级调度方式，这种分级调度方式主要有两种：一种是时段分级技术，即根据管网用水变化规律将全天分成少数几个时段，以固定方式开启水泵;另外一种是流量分级技术，即根据用水量的变化曲线拟定二级泵站的设计供水线。供、用水之间的流量差主要通过水塔、高位水池调节。这种方式在供水系统中较为普遍，也是国内外大多数供水系统采用的调度方式，由于该方式不仅能基本满足供水要求，同时也避免了水泵的频繁启闭，有利于设备的维护管理，是传统而有效的调节方式。这里存在分级数如何确定的问题，分级数应结合供水系统实际，根据小城镇用水变化规律和特点及其水泵机组的工作状况，以及水源和水池的状况制定。设有水塔的供水管网，可优先考虑采用一级工作图，即泵站均匀供水，但要模拟出现有的水塔设施能否满足调节峰值和谷值流量的要求。若不满足，应该根据用水量的均匀程度，考虑采用分级供水，一般的供水分级数不超过3级。这种情况下只要选泵合理，可使水泵一直在节能状态下工作。对不设置水塔、水池等调节水量的构筑物，泵站的工作曲线等同于用水量变化曲线，即每小时泵站供水量和用水量相等。

2.4分区、分压以及中途加压供水方式

部分小城镇特别是山地小城镇由于其地形高差悬殊，地形起伏大，为保证供水安全、可靠性，避免为满足一部分地势较高地区的服务压力而提高整个管网系统的服务压力，降低能耗，可以考虑采用分压、分区或局部加压供水方案，如小城镇平行于等高线发展时考虑采用并联分区供水;垂直于等高线发展时采用串联分区供水，如重庆江津白沙镇供水系统就是属于典型的多级( 3级)加压串联分区供水。此外，某些地区供水服务压力不足时考虑设置加压泵站，如输配水管线较长时，在管网中产生较大的沿程损失。为了维持管网末稍的服务压力，势必提高水厂的出厂压力，以致在干管的前段地区形成过高的服务压力，这是极不经济的，也是不安全的。如果在输配水干管的中途造当位置增设加压泵站，可以把出厂压力降至仅满足第一座泵前的服务压力，以后再进行加压，以满足下一座加压泵站前或管网末梢的供水服务压力，这样可以降低加压泵前段的运行压力，从而降低能耗，特别是在前段地区沿程引出流量较大的情况下，节能潜力更大。在分区、分压或设置加压泵站时要考虑到其节省的电力费用与增加的管理投资费用进行技术经济的优化分析。在技术经济分析合理的前提下确定其供水方式。这样可以保证各区管网水量压力平衡，降低系统的供水压力，减少各区之间用户影响，同时节省了能耗，使得管网系统安全、经济、可靠地运行。

2.5区域供水运行方式

小城镇传统的供水模式是一个镇建一个水厂，一个村设一个水厂，这些村镇自来水厂，规模小、设备简阻、管理水平跟不上，各水厂之间相互独立、各自为政。这种模式虽然在解决居民的用水需求、保障经济社会发展方面曾发挥过积极作用。然而，根据净水厂的规模经济效应阳，当水厂的规模增大时，单位水量的建设费用会相对下降(见图2)。

当水厂规模较小，尤其在2xl04旷/d以下时，单位工程造价指标会迅速增长。因此，为了利用净水厂的规模经济效应，在技术经济的优化分析的基础上考虑集中建厂、实施区域供水，即由一个主体单位向周边和邻近的村镇供水，以改善整个地区供水水质、水量和促进地区的乡镇经济发展。同时，由于区域供水一般是由少数水力控制元素组成气便于小城镇供水管网的调度管理等优点，已渐渐成为小城镇供水事业的发展趋势之一。

3结论

为实现供水管网安全、经济、可靠地运行，小城镇供水管网应充分自身的特点及用水要求确定合理的运行方式:即首要选择合适的调节设施或变频供水运行方式;分析用水变化规律的基础上采用二泵站分级供水方式;进行技术经济优化分析分析的基础上考虑分区、分压或中途加压供水;为实现净水厂的规模效益，应考虑采用区域供水等。