淺談變頻恒壓供水在農村安全飲水工程中的應用

楊 虹 王素英 王曉娟

（1.岐山縣農村自來水管理站 陜西 岐山 722400；2.岐山縣水利管理工作站 陜西 岐山 722400）

1 農村飲水概況

岐山縣地處八百里秦川西部，南、北分別接秦嶺、千山山脈，地勢自西北向東南傾斜，境內山、川、塬皆有，形成了“兩山夾一川，兩水分三塬”的地形地貌特征。全縣多年水資源總量為12787萬m3,人均水資源占有量僅為279m3,不足全國人均水資源占有量的1／8，僅占全省的1／4，水資源極度缺乏且時空分布不均。南北二山旱腰帶地區安全飲水相當困難，渭河川道及部分塬區地下淺層水質污染嚴重，干旱缺水、水質不良是制約群眾生活水平提高和區域經濟發展的主要自然因素。多年來，岐山縣先后實施了世行貸款農村改水、甘露工程、人飲解困、飲水安全等項目，較大地改善了群眾生活飲水條件。截至2009年，共建成農村飲水工程210處，自來水受益人數達到34.64萬人，農村自來水普及率達到91%。但目前全縣仍有3.8萬人存在飲水不安全問題。

2 傳統(水塔)供水的缺點

目前，岐山縣約80個行政村采取傳統的供水模式——水塔供水模式，即在行政村修建15m～25m的水塔，通過對水泵進行通斷控制，用水泵將水抽送至水塔頂部的水箱，以重力式向用戶供水。水塔高度和水箱大小決定了用水量的大小。主要存在著以下不利因素：

（1）修建水塔造價較大，要用大量的鋼材、水泥、磚塊等建材。因水箱在水塔的頂部，維修、更換的難度較大，導致水塔使用壽命較短，特別是抗自然災害能力較差。

（2）水塔水箱的容積為總用水量的15%，水塔建成后，因其高度和水箱容積固定，隨著經濟社會的快速發展，用水量逐漸增大，供水高度要求更高，水塔供水因其供水量和供水壓力無法調整，已不能滿足群眾生產生活的需要。

（3）水泵電機啟動頻繁，容易造成電機損壞。青化鎮鳳家莊村2001年修建的80t、25m磚支筒保溫水塔，主要解決鳳家莊村4400人的飲水問題。2003年因該村自辦企業，用水量無法滿足需要，于2004年投入資金10余萬元，進行了二期工程擴建。特別是“5·12”地震后,磚支筒筒身局部出現裂縫，又投入大量資金進行了加固維修，充分證明這是一種相對落后的供水方式。

3 變頻恒壓供水運行模式、技術優勢及技術運用

3.1 變頻恒壓供水技術運行模式

該供水模式采取由機井取水，經潛水泵抽送到蓄水池內，再由2臺加壓泵變頻加壓進入供水管網，供水到戶。變頻恒壓環節由微機構成自動閉環控制，采用智能化控制原理，能在0.5s內使變化的壓力恢復正常，壓力調節精度為設定值的±5%。變頻柜主要組成有變頻調速器、PLC可編程控制器、控制柜GGD1等。2臺加壓泵配套功率較小，主線路可直接裝入變頻柜。清水池內配套安裝液位開關1套，向變頻柜傳輸水位信號，再由變頻柜控制潛水泵啟停，當清水池液位低于底限時，潛水泵自動開啟；當液位高于水位高限時，潛水泵自動停止，從而保證清水池內始終有一定高度的水位。

供水工藝流程示意圖見圖1。

3.2 變頻恒壓供水技術優勢

一是高效節能。該設備能根據實際用水量，進行壓力自動檢測，通過微機自動調節電動機的轉速，在恒壓的基礎上提高供水量，從而保證了用戶在任何時候的用水壓力，不會出現用水高峰期、低峰期輸水管網承壓力的變化，可防止管網壓力超限，管道破裂。二是占地小、投資少，易維修。該設備體積小，組裝、安裝調試方便，特別是由于蓄水池較低，可防止地震等自然災害對供水設施的破壞。三是控制靈活，運行可靠。變頻恒壓供水系統可采取分段供水，定時供水，手動選擇工作方式供水，適時調節供水量和供水壓力的大小，能夠滿足群眾生活的需要。

3.3 變頻恒壓供水的技術運用

2008年以前，岐山縣建成的集中供水工程主要為固定水量和壓力的傳統供水方式。“5·12”地震后，全縣59座供水水塔出現“裂”變“縫”，兩千多米供水管道破損，14.5萬人生活飲用水受到影響，全縣水利設施直接經濟損失達1700多萬元。面對如此嚴重的災情，縣水利局決定采用變頻恒壓供水技術。該技術既保持了供水的連續性、可靠性，又提高了供水保障能力。同時，因為該設備投資少，系統運行穩定可靠，自動化程度高，操作控制方便，節約電耗，壓力和流量根據用戶需求可調節等優點，縣水利局先期在故郡鄉鄭家橋村進行試點，收到了很好的效果。目前，已有棗林鎮羅局村、賈家村、雍川鎮渠頭村等12處工程采用變頻恒壓供水，均已投入使用，運行狀況良好，已累積增創經濟效益36萬元，取得了顯著的運營效果。

4 水塔供水與變頻恒壓供水的經濟效益對比

4.1 水塔供水的修建成本及運行成本

以2008年修建的岐山縣大營鄉玉丹村供水工程為例，采用傳統水塔供水模式，解決了4個村民小組2250人的安全飲水問題，日供水量149m3；新打了200m機井1眼，修建30t、20m磚支筒保溫水塔1座。水塔總造價10.74萬元，其中：水塔土建9.39萬元，水塔管道安裝0.93萬元，水塔電照0.17萬元，水塔避雷0.25萬元。

根據水泵出水量和設計揚程，選定200QJ20-148/11型潛水泵1臺，額定流量20 m3/h，揚程148m，電機功率17kW，經計算水泵每天最多抽水8h，年用電量為49640kW，每度電按0.5元計算，年電費支出2.48萬元。

4.2 變頻恒壓供水的修建成本及運行成本

以2009年修建的岐山縣棗林鎮賈家村供水工程為例，采用變頻恒壓供水方式供水，供水對象為賈家村8個村民小組2245人的安全飲水問題，日供水量150m3，新打200m機井1眼，50m3蓄水池1座。井水由潛水泵抽送到蓄水池內，再由2臺二級加壓泵變頻加壓進入供水管網，供水入戶。變頻恒壓供水的修建成本8.31萬元，分別為修建50t蓄水池3.25萬元，變頻恒壓設施1套共5.06萬元。

根據加壓泵設計流量和設計總揚程，選擇ISL50-160A型水泵2臺，加壓泵額定流量15.2 m3/h，揚程26m，配套功率2.2kW。根據水泵選型，選擇KLD-2N-3.0kW型變頻柜1臺，對2臺加壓水泵及1臺潛水泵運行方式進行調節控制。根據已知泵類在不同控制方式下的流量—負載關系曲線和現場運行的負荷變化情況進行計算，以兩臺2.2kW離心泵計，根據運行要求水泵連續24h運行，其中每天5h運行在90%負荷（用水高峰，用電量為W1），11h運行在50%負荷（正常用水、用電量為W2），8h運行在20%負荷（夜間用水、用電量為W3）。全年運行時間為365d，則每年的用電量為：

18630kW。每度電按0.5元計算，則每年電費支出0.93萬元。

經對照，不難看出在前后供水量相同的情況下，變頻恒壓供水比傳統水塔供水修建成本減少了2.43萬元，一年運行成本減少了1.55萬元。變頻恒壓供水技術的應用，降低了供水成本，減少了群眾經濟負擔。

5 結論

總之，變頻恒壓供水比傳統(水塔)供水更經濟、操作簡便、實用性強，隨著社會主義新農村建設的不斷加快，農民的生活水平不斷提高，變頻恒壓供水技術在農村安全飲水工程中具有更廣闊的前景，值得在渭北塬區農村大力推廣。陜西水利