摘要：隨著水資源日益緊缺和水資源開(kāi)發(fā)利用率的提高新系統(tǒng)的興建和老系統(tǒng)的改擴(kuò)建等所需的工程投入逐漸變大。城市供水管網(wǎng)是城市供水系統(tǒng)中重要的一環(huán)，因此，供水管網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理是否科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，直接影響工程的投資、運(yùn)行管理費(fèi)用及系統(tǒng)的可靠性。上海涂塑鋼管廠(chǎng)家的文章分析了直接式管網(wǎng)疊壓供水和無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水這兩種新型管網(wǎng)供水優(yōu)化系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要介紹了水管網(wǎng)系統(tǒng)科技發(fā)展方向和任務(wù)。

1、中小城市自來(lái)水管網(wǎng)存在的問(wèn)題

自來(lái)水管網(wǎng)是城市較重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在自來(lái)水系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。但是由于歷史的原因，我國(guó)中小城市的自來(lái)水管網(wǎng)建設(shè)大都滯后于水廠(chǎng)建設(shè)，存在各種各樣的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，老化嚴(yán)重，管徑偏小，管材質(zhì)量不好，漏損嚴(yán)重，水量不足：管網(wǎng)呈枝狀網(wǎng)，一旦某處干管爆管，整個(gè)下游管網(wǎng)處于停水狀態(tài)；管網(wǎng)布局不合理，一般水源離老城區(qū)較近，離新城區(qū)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致用水量大的新城區(qū)管徑太小，用水量逐漸下降的老城區(qū)管徑偏大；管道上附屬設(shè)施損壞嚴(yán)重，管網(wǎng)嚴(yán)重堵塞，整個(gè)自來(lái)水管網(wǎng)水壓偏低，不能滿(mǎn)足居民生產(chǎn)生活的需要。

2、某市自來(lái)水管網(wǎng)存在的具體問(wèn)題

2.該市管網(wǎng)基本情況

該市被一條江分為兩個(gè)城區(qū)，江水以北為老城區(qū)，江水以南為新城區(qū)。水廠(chǎng)位于老城區(qū)，從水廠(chǎng)引出1條DN600主干管和1條DN800主干管供給老城區(qū)用水，另外還有1條DN600主干管供給新城區(qū)。但由于江水的阻隔，新老城區(qū)管網(wǎng)沒(méi)有聯(lián)成有效的環(huán)狀網(wǎng)，新城區(qū)DN600主干管除了和水廠(chǎng)連接以外，只通過(guò)1條DN200管道和老城區(qū)DN800主干管相互連接。

2.2存在的問(wèn)題

2.2.1管道年久老化筆者在前期資料收集中就發(fā)現(xiàn)，該市給水管道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，大部分管道是20世紀(jì)70年代末80年代初建設(shè)，多采用砼管和灰口鑄鐵管，老化嚴(yán)重，埋深較淺，漏損嚴(yán)重。例如在水廠(chǎng)出水供給老城區(qū)大部分用水的DN800(L=3000m)主干管所在街道上，發(fā)現(xiàn)多處漏水從地下冒出，白自流入下水道。同樣是在這條街道上，每年都發(fā)生多起汽車(chē)壓壞管道的事故。

2.2.2沒(méi)有形成有效環(huán)狀網(wǎng)新老城區(qū)之間的連通管管徑偏小，主管道漏損嚴(yán)重，沒(méi)有形成有效的環(huán)狀網(wǎng)。例如在新老城區(qū)的接合部(江水兩側(cè))自來(lái)水水壓很低，只能在夜間達(dá)到1樓，部分地勢(shì)偏高的地方常年無(wú)水。在老城區(qū)DN800主干管發(fā)生事故時(shí)，新老城區(qū)都受到大面積停水的影響。

2.2.3管道布局極不合理老城區(qū)人口少，但主干管有2條，支管道比較密集；新城區(qū)人口多、工業(yè)企業(yè)多，但主干管只有1條，且沒(méi)有形成有效的支管道。同時(shí)，市民為了方便私自從自家附近支管上接水，導(dǎo)致某些管徑很小的支管上用水戶(hù)非常密集。

2.2.4管道漏損、堵塞嚴(yán)重老城區(qū)管道特別是作為主干管的DN800管道漏損、堵塞嚴(yán)重。據(jù)當(dāng)?shù)厮畯S(chǎng)技術(shù)人員反映，管道堵塞主要有兩個(gè)原因，其一是在管道爆管檢修時(shí)，常有混凝土“掉入”管道中；其二是大部分閥門(mén)年久失修，處于半關(guān)閉狀態(tài)，還有一些管道上的閥門(mén)竟然在修路時(shí)被埋入混凝土路面以下，導(dǎo)致多年無(wú)法檢修。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)整個(gè)城區(qū)的水壓都只能滿(mǎn)足1樓自來(lái)水的需要，其他樓層都只能從1樓取水。

3、管網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1管網(wǎng)平差設(shè)計(jì)

預(yù)測(cè)用水量，利用LOOP軟件進(jìn)行平差設(shè)計(jì)，確定每條管道的管徑、距離等。這是控制整個(gè)改造工程項(xiàng)目成本較關(guān)鍵的一步，設(shè)計(jì)人員要反復(fù)收集資料并做方案比選。這可以參考嚴(yán)煦世、范瑾初等編著的《給水工程(第四版)》，在這里不作為論述重點(diǎn)。

3.2資料收集

該市早期的管道施工圖紙丟失，并在以后的幾次改造中也沒(méi)有進(jìn)行設(shè)計(jì)。而自來(lái)水管道埋設(shè)在地面以下，技術(shù)人員無(wú)法明確管道的位置。因此資料收集顯得異常重要。筆者與當(dāng)?shù)厮畯S(chǎng)技術(shù)人員特別是管道檢修人員聯(lián)合進(jìn)行實(shí)地踏勘，逐條街道了解情況，并在這此過(guò)程中了解管道位置、畫(huà)出草圖，以免過(guò)后遺忘。

3.3物探地下管線(xiàn)

舊城區(qū)街道狹窄，各種管道埋設(shè)情況很復(fù)雜。地下埋設(shè)有電信通信線(xiàn)路、聯(lián)通通信線(xiàn)路、軍用光纜、電力電纜、排水管道、雨水管道、窖井等；地上有高低壓電線(xiàn)桿、各種樹(shù)木、各種建筑物(特別是違章占用人行道的建筑)等。

如果僅憑借實(shí)地踏勘了解到的資料去設(shè)計(jì)，帶有很大的盲目性，不利于工程項(xiàng)目管理和成本控制。例如在施工中，我們發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)的管道位置下面常常埋設(shè)有其他管道，導(dǎo)致返工和設(shè)計(jì)變更頻繁發(fā)生。

因此，我們就聘請(qǐng)某物探公司，依據(jù)平差結(jié)果有針對(duì)性地對(duì)整個(gè)城區(qū)需要敷設(shè)管道的街道進(jìn)行了物探。

3.4具體管網(wǎng)施工圖紙的設(shè)計(jì)

依據(jù)搜集到的資料(城區(qū)的平面圖和帶狀地形圖)，結(jié)合物探圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)。繪制管道平面圖和縱剖面圖紙。在設(shè)計(jì)中盡可能地避免與現(xiàn)有管線(xiàn)“打架”，確保盡量明確工程造價(jià)。

4、直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)

直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)二次供水技術(shù)的革新，在市政管網(wǎng)壓力允許的情況下，管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備可取消貯水池，直接從市政管網(wǎng)中取水增壓。直接式管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)主要由水泵、穩(wěn)壓平衡器和變頻數(shù)控柜組成，取消了貯水池和屋頂水箱。水泵直接從與自來(lái)水管網(wǎng)連接的穩(wěn)壓平衡器吸水加壓，然后送至各用水點(diǎn)。

直接式管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)的工作原理分以下幾種情況：在自來(lái)水管網(wǎng)的水壓能滿(mǎn)足用水要求的情況下，即管網(wǎng)壓力大于或等于設(shè)定壓力時(shí)，加壓水泵停止工作，自來(lái)水可通過(guò)旁通管直接到達(dá)用水點(diǎn)；當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)水壓不能滿(mǎn)足用水要求時(shí)，電接點(diǎn)壓力表向變頻數(shù)控柜發(fā)出信號(hào)，變頻軟起動(dòng)水泵機(jī)組加壓供水，直至實(shí)際供水壓力等于設(shè)定壓力時(shí)，變頻數(shù)控柜控制水泵機(jī)組以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)；在用水高峰期間，用戶(hù)管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)降到低于設(shè)定壓力時(shí)遠(yuǎn)傳壓力表發(fā)出信號(hào)給變頻數(shù)控柜，使變頻器頻率升高，水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，出水量和壓力都隨之上升，直至用戶(hù)實(shí)際壓力值等于設(shè)定壓力值；在用水低谷期間，用戶(hù)管網(wǎng)壓力上升，當(dāng)高于設(shè)定壓力值時(shí)遠(yuǎn)傳壓力表發(fā)出信號(hào)給變頻數(shù)控柜，變頻器頻率降低，水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，使用戶(hù)管網(wǎng)實(shí)際壓力值等于設(shè)定壓力值。

5、無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備

無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備主要由微機(jī)變頻控制系統(tǒng)、負(fù)壓檢測(cè)及處理系統(tǒng)、水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、各種管件、閥門(mén)等組成。

首先根據(jù)用戶(hù)實(shí)際情況設(shè)定用水點(diǎn)工作壓力。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際供水壓力，并與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定數(shù)值上。負(fù)壓檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)穩(wěn)流補(bǔ)償器中的用水量變化情況，當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際用水量小于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，此時(shí)管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，穩(wěn)流補(bǔ)償器進(jìn)入儲(chǔ)能狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際用水量大于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，設(shè)備通過(guò)真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的檢測(cè)裝置采集穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的真空度及水位信號(hào)，通過(guò)微機(jī)控制真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的特殊裝置動(dòng)作，將穩(wěn)流補(bǔ)償器中原來(lái)儲(chǔ)備的能量進(jìn)行釋放，以補(bǔ)償此時(shí)能量的不足，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)壓力的自動(dòng)平衡狀態(tài)，抑制負(fù)壓的產(chǎn)生，完成不間斷的持續(xù)供水。多變量模糊控制與智能管理系統(tǒng)技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)需要控制的對(duì)象具有的多樣性、隨機(jī)性、連續(xù)性及高度不穩(wěn)定等特性達(dá)到多層次、多目標(biāo)的綜合效果來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)負(fù)壓的過(guò)程。

6、兩種系統(tǒng)的綜合分析

這兩種系統(tǒng)均是根據(jù)水泵工作的壓力疊加原理，直接串聯(lián)的供水方式充分利用了市政給水管網(wǎng)的水壓，減小了二次加壓水泵的工作能耗，節(jié)能效果明顯。而且無(wú)需修建蓄水池或水箱，避免了自來(lái)水在池中滯留，徹底杜絕了水池、水箱內(nèi)水資源及定期清洗水池等對(duì)水資源的浪費(fèi)。同時(shí)還節(jié)約建筑面積、節(jié)省土建工程投資、簡(jiǎn)化加壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。并且抽水設(shè)備直接與室外市政給水管網(wǎng)串接，實(shí)現(xiàn)了從水廠(chǎng)供水到用戶(hù)的連續(xù)流過(guò)程。而且無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備采用了全密閉的負(fù)壓抑制系統(tǒng)，自來(lái)水不與空氣直接接觸，徹底杜絕了水質(zhì)的二次污染。

但由于這兩種系統(tǒng)提出的時(shí)間比較短，在一些方面仍有不足。現(xiàn)今很多生產(chǎn)廠(chǎng)家只在傳統(tǒng)的變頻供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，用儲(chǔ)水罐加上一個(gè)自動(dòng)進(jìn)排氣閥，聲稱(chēng)無(wú)負(fù)壓設(shè)備。使用這樣的無(wú)負(fù)壓設(shè)備，當(dāng)市政給水管網(wǎng)供水不足時(shí)，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)停機(jī)保護(hù)現(xiàn)象，人為增加了不正常的供水時(shí)間，而且機(jī)組頻繁啟動(dòng)會(huì)造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)過(guò)大等問(wèn)題。其次，在無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備運(yùn)行時(shí)，水泵機(jī)組的工作揚(yáng)程范圍變大，對(duì)水泵機(jī)組的性能提出了更高的要求。而采用直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)，如果將疊壓供水設(shè)備設(shè)置在地下室，不僅可能影響周?chē)脩?hù)的水壓，還可能導(dǎo)致回流污染或地下水侵入。但如果設(shè)置高程過(guò)高，則可能出現(xiàn)斷水現(xiàn)象。同時(shí)，市政管網(wǎng)水壓波動(dòng)范圍較大時(shí)其應(yīng)配置特性曲線(xiàn)較陡，范圍較大的水泵，這就要求有更多的資金投入。旁通管的止回閥應(yīng)具有可靠的密閉性能，并應(yīng)當(dāng)設(shè)置倒流監(jiān)測(cè)裝置，在有可能較長(zhǎng)時(shí)間停用的旁通管應(yīng)采取一些有效的措施，避免水質(zhì)惡化產(chǎn)生二次污染。

7、結(jié)束語(yǔ)

城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市較重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其運(yùn)行可靠與否直接影響著人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)及控制管理科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與管理科技水平有了很大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外給水管網(wǎng)研究工作者已做了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，并取得了豐碩的成果，為管網(wǎng)設(shè)計(jì)與管理提供強(qiáng)有力的支持和推動(dòng)。經(jīng)過(guò)我國(guó)的改革開(kāi)放和技術(shù)引進(jìn)，已經(jīng)應(yīng)用了大量先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高了科技水平和效率。然而，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)還存在著較大差距。我們迫切需要加快步伐和力度，深入開(kāi)展下列科學(xué)研究，形成適合中國(guó)國(guó)情和特點(diǎn)的高科技產(chǎn)品和市場(chǎng)。