老舊供水加壓站報廢評估方法探討

魏曉婷 ，馬宏偉 ，張雅棋

(1.天津泰達津聯(lián)自來水有限公司 天津 300457；2.天津泰達水業(yè)有限公司 天津 300457)

0 引 言

加壓站是供水系統(tǒng)中常見的構(gòu)筑物。許多加壓站建設(shè)較早，隨著供水需求的擴增、其他供水設(shè)施的建設(shè)及技術(shù)發(fā)展，這些加壓站面臨著位置偏遠、可調(diào)控用水范圍較小、需大面積改造的局面，相繼納入了供水企業(yè)進行報廢停用的考慮范疇。

天津開發(fā)區(qū)某一供水加壓站即面臨著上述狀況，為對其是否可以停用進行評估，設(shè)立了科研項目“加壓站運行效能分析”，項目完成后分別進行了公司內(nèi)部專家評審與行業(yè)專家評審，完善了研究內(nèi)容與方法手段，并已經(jīng)進入試停用階段。本文通過對該項目的分析思路、研究方法、實施過程進行總結(jié)，說明老舊加壓站報廢評估的一般方法流程。

一般來說，老舊加壓站報廢評估所要遵循的報廢評估原則如下：①用戶用水不受影響；②經(jīng)濟合理，投入產(chǎn)出比為企業(yè)所接受；③停用后安全不受影響。

1 現(xiàn)狀調(diào)研

現(xiàn)狀調(diào)研是進行老舊加壓站報廢評估的基礎(chǔ)工作，用以全面了解加壓站運行狀況，支撐后續(xù)分析。具體調(diào)研內(nèi)容根據(jù)研究目的與分析指標進行選擇，要求覆蓋全面，具體實施步驟如圖1所示。

圖1 老舊供水加壓站報廢評估流程圖Fig.1 Scrapping evaluation process for old water supply pressurized station

現(xiàn)狀調(diào)查主要包括以下內(nèi)容。

調(diào)度現(xiàn)狀：加壓站主要作用、供水模式、供水能力、調(diào)度方式等；區(qū)域整體供水情況、主要供水設(shè)施與其供水能力和供水模式、高峰供水主要取決因素等。

管理現(xiàn)狀：包括泵站組成、人員結(jié)構(gòu)、運行方式與日常維護模式等；同時調(diào)研相關(guān)費用，包括運行電費、人工費、設(shè)備檢維修及其他可能支出的費用。

設(shè)備現(xiàn)狀：設(shè)備明細及使用狀態(tài)、改造需求，為評估設(shè)備現(xiàn)有價值，建議對設(shè)備殘值進行統(tǒng)計分析。

安全現(xiàn)狀：著手于安全評估與經(jīng)濟評估，包括安防、環(huán)境及電器等方面的安全現(xiàn)狀、改造要求及明細，以及相應(yīng)費用預(yù)估。

周邊用戶情況：老舊加壓站周邊用戶性質(zhì)，以及大用戶情況，進而判定其停用對周邊用戶的影響。

調(diào)研同時收集評估所需相關(guān)數(shù)據(jù)與資料，為保障分析結(jié)果的可靠性，所收集的數(shù)據(jù)量建議達2年及以上，后續(xù)分析過程可剔除明顯錯誤數(shù)據(jù)。

2 供水現(xiàn)狀分析

供水現(xiàn)狀分析是對老舊加壓站的初步分析，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與經(jīng)驗分析老舊加壓站存在的必要性。將采集的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的周期交集作為分析周期，其他數(shù)據(jù)周期建議與監(jiān)測數(shù)據(jù)周期保持一致，條件不具備時可單獨分析。

2.1 供水量及供水時長

供水量是進行加壓站供水能力分析的指標。對分析周期內(nèi)老舊加壓站的日供水量進行統(tǒng)計，精確掌握該加壓站對區(qū)域日供水量及供水高峰的調(diào)蓄能力。首先確定區(qū)域高峰供水時段，然后重點分析加壓站最大日和最大時供水量及供水時段、高峰供水時段供水量及日常平均供水能力。

對老舊加壓站日開泵時長進行統(tǒng)計分析，掌握分析周期內(nèi)老舊加壓站的利用率及開泵高峰時段。

供水量及供水時長的分析是判斷該加壓站報廢后區(qū)域內(nèi)其他供水構(gòu)筑物是否可以補充該部分水量的依據(jù)，也是后續(xù)優(yōu)化調(diào)度的參考依據(jù)。

2.2 加壓站開泵規(guī)律

由于傳統(tǒng)技術(shù)制約，老舊加壓站大多為經(jīng)驗調(diào)度，其供水必要性無法判定。開泵供水規(guī)律的研究有利于進一步判定加壓站開泵影響因素，從而更有針對性、有重點地評估該加壓站是否有存在的必要。通過實際項目研究，建議對加壓站開泵與月份、星期、時間、天氣、氣溫以及管網(wǎng)壓力、區(qū)域水量的關(guān)系進行分析，具體可借助圖、表進行相關(guān)性統(tǒng)計。某些因素的分析可能沒有發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律，說明該加壓站開泵與這幾種因素無明顯關(guān)系，后續(xù)分析時可不必考慮。

2.3 周邊管網(wǎng)壓力影響

通過分析加壓站開泵對周邊管網(wǎng)各測點的壓力影響，初步判斷加壓站現(xiàn)狀供水影響范圍與影響程度，以與后續(xù)模型模擬分析進行相互驗證。在分析過程中，如加壓站周邊管網(wǎng)測壓點較少，可考慮用小區(qū)二供設(shè)備進口壓力點補充管網(wǎng)測壓點。分析可采用差減法，考慮到壓力變化傳遞時間與用戶用水規(guī)律的時效性，建議采用各測點在開泵前后15min的壓力數(shù)據(jù)均值；同時，管網(wǎng)如存在其他加壓站，為避免部分測點壓力提升是由于其他加壓站開泵所致，分析時可去除區(qū)域內(nèi)加壓站同時開泵的日期。

3 停用評估

停用評估是老舊加壓站是否可以報廢的核心評估指標，主要借助水力模型進行科學衡量，對老舊加壓站進行停產(chǎn)影響分析與管網(wǎng)調(diào)控措施制定，并驗證是否滿足規(guī)劃遠期用水需求。

3.1 高日高時供水分析

供水高峰是各個供水構(gòu)筑物供水壓力最大的時刻。通過對區(qū)域高日高時供水分析，確定供水高峰時區(qū)域的供水結(jié)構(gòu)，如凈水廠+所有加壓站、凈水廠+單一加壓站、凈水廠等，以及該老舊加壓站在供水高峰時的作用。可選取分析周期內(nèi)供水量最高的若干日(具體結(jié)合高峰水量情況進行選擇)，對其最高時供水量、泵站開泵時間及凈水廠壓力進行統(tǒng)計，確認供水量最高的1h內(nèi)整個區(qū)域的供水模式以及凈水廠可達到的最大壓力。

對于分析結(jié)果，如果顯示所有供水高峰時老舊加壓站均未開泵供水，表明供水高日高時該加壓站不開泵能夠保障區(qū)域用水，下一步模型模擬可直接選取平均日平均時進行模擬分析；如果顯示部分或所有供水高峰時老舊加壓站均開泵供水，則在模型分析時需要分別就高日高時、高日平均時、平均日平均時[1]進行模擬分析。

3.2 加壓站停用模擬分析

為保障分析結(jié)果的科學可靠性，建議利用模型作為研究手段進行模擬分析，內(nèi)容包括2部分：①各廠站的供水范圍分析，確定是否有與老舊加壓站供水范圍重疊的供水構(gòu)筑物；②分別對3.1所述工況下加壓站供水范圍及停水影響進行分析，分析結(jié)果應(yīng)包括加壓站現(xiàn)狀供水范圍與壓力數(shù)值、停用后影響范圍與壓力降幅、周邊管段的水頭損失、流速和水流方向[2]，并對上述結(jié)果進行匯總統(tǒng)計，用以進行加壓站停用調(diào)控措施分析與加壓站供水必要性判斷。目前部分模型軟件無法對時間較長的歷史模型進行提取，應(yīng)提前考慮模型的提取或在研究過程中利用各工況下水量、壓力等數(shù)據(jù)進行模型的校核，然后進行模擬計算。

3.3 供水管網(wǎng)調(diào)控措施

為保障老舊加壓站停用后對用戶用水無影響，利用管網(wǎng)模型進行加壓站停用后管網(wǎng)調(diào)控措施制定[3]。管網(wǎng)調(diào)控措施制定時充分考慮各廠站的最大供水能力與管道水力條件，保障加壓站停產(chǎn)后周邊用戶可達到同等用水壓力，并重點關(guān)注加壓站停產(chǎn)及調(diào)控措施的增加有無引起水流方向的變化，做好預(yù)防黃水、死水的措施。另一方面，調(diào)控措施的制定應(yīng)結(jié)合加壓站周邊用戶分布情況與用戶性質(zhì)，同等情況下管網(wǎng)調(diào)控方案應(yīng)制定2套，并進行最不利工況的模擬[1]。另外，根據(jù)公司具體供水特點，可制定其他調(diào)控措施，如利用現(xiàn)有備用水源，或增加二次供水設(shè)備等。

3.4 遠期規(guī)劃水量下加壓站停用評估

為判定老舊加壓站后期是否存在復(fù)用可能，核算老舊加壓站報廢后區(qū)域供水能否滿足遠期規(guī)劃用水需求，對按照3.3所述進行調(diào)控改造后的管網(wǎng)輸配遠期規(guī)劃水量高日高時工況進行水力分析。

首先，采用數(shù)學模擬的方法對區(qū)域規(guī)劃用水量進行科學預(yù)測。預(yù)測數(shù)據(jù)可根據(jù)區(qū)域年供水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的序列特點試算得到，天津開發(fā)區(qū)采用灰色GM模型與灰色馬爾科夫鏈[4]進行規(guī)劃用水量預(yù)測。然后，根據(jù)遠期規(guī)劃水量預(yù)測結(jié)果，對調(diào)控后的管網(wǎng)輸配遠期規(guī)劃水量高日高時工況進行水力模擬，確認遠期規(guī)劃用水量是否可以滿足用戶水壓要求及最不利校核要求；如不滿足，打開老舊加壓站，恢復(fù)調(diào)控前的管網(wǎng)狀態(tài)，重新進行遠期規(guī)劃水量高日高時工況水力模擬。

上述兩項模擬結(jié)果，如果調(diào)控后的管網(wǎng)不滿足、但老舊加壓站存在的現(xiàn)狀管網(wǎng)滿足，則不建議對老舊加壓站進行報廢處理；否則，該加壓站可予以報廢。

4 安全與經(jīng)濟評估

4.1 安全評估

安全是第一要務(wù)，老舊加壓站報廢前必須進行安全評估。具體評估內(nèi)容包括供水安全、水質(zhì)安全、管理安全3個方面。

供水安全：評估管網(wǎng)調(diào)控措施是否能夠滿足近遠期用戶用水需求，其他供水構(gòu)筑物以及供水管網(wǎng)是否可以承受因管網(wǎng)調(diào)控增加的水量與壓力。

水質(zhì)安全：考慮加壓站停用后與管網(wǎng)主管連接處是否形成死水，是否由于水流方向的變化產(chǎn)生黃水，影響整個供水管網(wǎng)的水質(zhì)安全。

管理安全：加壓站運行涉及環(huán)境、電氣、設(shè)備、人員、藥物等各個方面的管理，存在觸電、著火、機械事故等設(shè)備與人員安全隱患，一旦停用后，需做好電氣、設(shè)備和藥物的妥善安置，并對環(huán)境進行規(guī)劃，以保障管理安全。

4.2 經(jīng)濟評估

經(jīng)濟是決定老舊加壓站是否停用的一個重要方面，如投入產(chǎn)出比不合適，則供水公司應(yīng)結(jié)合運行狀況、安全因素對老舊加壓站停用與否進行慎重考慮。經(jīng)濟評估包括兩方面，一是加壓站繼續(xù)運行費用評估，具體包括電費、人工費與泵站維修費等年運行費用，以及加壓站繼續(xù)運行的改造費用(安防改造、環(huán)境改造、電器改造、設(shè)備改造等)，計算方式為：改造費用+年運行費用×n(單位：萬元)，其中，n為一次改造可維持的運行年份；二是加壓站停用后的費用，包括加壓站及管網(wǎng)改造費用、優(yōu)化調(diào)度增加電耗。根據(jù)上述兩方面數(shù)據(jù)，進行對比分析，計算投資回收期[5]。

5 總 結(jié)

①老舊供水加壓站報廢評估一般經(jīng)過現(xiàn)狀調(diào)研、供水現(xiàn)狀分析、停用評估、安全與經(jīng)濟評估4個步驟。其中，停用評估借助實時水力模型，主要對加壓站供水范圍、停用影響及管網(wǎng)調(diào)控措施進行模擬分析。

②通過分析，如果老舊供水加壓站停用后影響范圍及幅度不大、利用管網(wǎng)調(diào)控措施能夠保障近、遠期用戶用水不受影響，且滿足最不利校核，同時安全評估通過，則可以考慮停用報廢，最終決定要結(jié)合經(jīng)濟評估結(jié)果，投資回收期應(yīng)滿足供水企業(yè)自身要求。另外，為安全考慮，在正式報廢前可先行試停用。

③清水池在建設(shè)時一般進行過抗浮設(shè)計，在報廢評估時應(yīng)進行確認，如果沒有找到相關(guān)資料，為確保可行，建議進行清水池的空池抗浮驗算，不合格時進行清水池抗浮改造。空池抗浮驗算主要依靠建筑工程專業(yè)計算，可采用外委方式。

④供水加壓站停用報廢后，建議考慮對加壓站空間、構(gòu)筑物等的后續(xù)利用，如清水池在洪澇災(zāi)害嚴重區(qū)域可以考慮作為雨水調(diào)控構(gòu)筑物等，以實現(xiàn)效益最大化。