二次供水問題與優化設計

尹怡維

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南衡陽 421001）

由于城市規模的擴大以及城市高層建筑的增多，僅依靠市政給水管網直供的給水方式在水壓及水量調配方面已經不能滿足居民的生活需求，大量用戶需要依靠二次供水系統來實現日常用水的正常供給。二次供水在滿足高層用戶對于生活用水的水量水壓要求的同時，也存在著一系列問題：水質二次污染、供水能耗大、對管網壓力沖擊大、高峰期缺水、供水漏損大等。這些問題勢必會影響居民的生活質量，進而阻礙城市發展的腳步。為減少上述問題發生的可能性，對二次供水系統的設計進行優化，是提高二次供水系統在運行過程中的安全性、經濟性與可靠性的重要途徑。

1 二次供水系統存在的問題

1.1 對生活用水造成二次污染

由于水廠凈水工藝的改進及運行管理的加強，生活給水在出廠時一般能符合GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》的相關要求。然而，水在輸送過程容易受到二次污染，最終導致生活用水到達用戶端時水質不達標。供水過程中的二次污染主要來自市政給水管網及二次供水系統。其中，二次供水系統所造成的污染情況更為突出，其表現為水中寄生蟲及致病菌含量超標、重金屬、有毒有害物質污染。生活用水在水箱停留時間過長導致水中余氯量不達標，水箱及附屬管道衛生防護不嚴，導致了水中微生物滋生。重金屬等其他有毒有害污染物的污染則主要是水箱及供水管路材質不合格所導致。

1.2 造成市政管網壓力顯著降低

二次供水主要方式有疊壓供水和水箱水泵聯合供水。當前，疊壓供水設備已基本采用無負壓設備，其通過真空消除器能夠防止在水泵在市政管網上吸水時造成泵前市政供水管網負壓，但其消除負壓能力有限。衡陽市近幾年來市政管網運行數據表明，多數采用無負壓供水設備的小區，供水設備運行時，會導致周邊市政管網壓力的大幅度降低，采用疊壓供水的小區在市政管網管徑較小處設置引入管或者是高峰期用水時，甚至會導致市政直供用戶無法正常用水。另外，王歡歡等[3]的研究表明：無負壓供水設備的用水節點可能會造成市政管網其他節點出現負壓的情況。而水箱水泵聯合供水的方式，也會對市政管網壓力造成一定程度的影響，其主要表現為進水管閥門頻繁開關造成的管網壓力波動，進水管管徑過大造成市政管網壓力下降。

1.3 供水能耗大

水泵選型的不合理是供水能耗大的重要原因之一。盡管現在二次供水所用的水泵為變頻泵，但選泵不合理非但不能充分發揮變頻泵節能的特點，還導致水泵長期處在低效段運行，反而使得能耗增大。分區劃分不合理也是供水能耗大的重要原因。進行給水分區劃分時，設計人員常常根據經驗進行給水分區的劃分，一般考慮減小生活給水泵房面積，減小設備數量。從而導致給水分區層數跨度過大，使得各分區水泵揚程提高，安裝減壓閥層數增多，最終導致電能的浪費。在供水能耗增加的同時，還可能伴隨著供水壓力過大，管材壽命縮短等問題。

1.4 二次供水漏損大

在二次供水過程中，常出現各用戶用水量與引入管監控表用水量相差較大的情況，導致供水計量差異的主要來源有兩類，一類是表觀漏損，其主要是由于計量設備誤差和用戶非法偷水所導致，而另一類是物理漏損，包括輸水干管漏損，水箱溢流導致的漏損以及配水支管上的漏損。供水漏損導致水資源的浪費，還致使供水單位產銷差大，供水單位利潤降低甚至出現虧損。

2 二次供水系統優化設計

2.1 優化水箱設計

選用水箱水泵聯合二次供水方式時，應當做好水箱的設計工作。確定水箱容積時，既要保證水箱有足夠的水量調節能力，但又要防止水長時間停留在水箱中，水在水箱中的停留時間最多不應超過12h。在進行水箱設計時，根據GB 50015—2019《建筑給水排水設計規范》要求，生活用水水箱容積按照最高日用水量的15%～20%進行確定，理論上水力停留時間并未超過12h。但多數用戶日用水量往往遠小于用水定額，并且一般情況下，小區的入住率不會達到100%。因此確定水箱容積時，應當收集當日供水變化情況，同時考慮入住率，從而確定合適的用水定額和供水人數，從而防止水力停留時間過長。

為防止出現死水區，水箱形狀宜為矩形，同時應在水箱中設置導流板。如果由于地下室結構設計原因，水箱設計存在承重墻、柱等限制因素，則優先考慮設置多個水箱，盡量避免設計異形水箱。給排水設計人員在建筑進行結構設計階段時應與結構設計人員進行溝通，減少房屋結構物對水箱設計的限制。

水箱材質應選擇食品級304及以上等級不銹鋼，以防止重金屬污染。為了抑制水中余氯下降所造成的微生物滋生，水箱應當設置消毒設施。紫外消毒器和水箱自潔消毒器是目前主要的二次供水消毒設備，紫外消毒器消毒速度較其他消毒方法更快，但其不具備持續的消毒作用，而水箱自潔消毒器通過水中Cl-產生HClO等物質進行消毒，其持續消毒效果好，但要求水中Cl-的含量不小于15mg/L，并且消毒時間較長。因此在選擇消毒器時，要根據二次供水管線長度，水力停留時間進行確定，或者可以聯合使用兩種消毒設備。

2.2 根據周邊市政管網特點確定二次供水方式

疊壓供水方式存在調節能力差，對市政管網壓力沖擊大，但其可以利用管網水頭，且占地面積小，水質不易受到污染。而水泵水箱聯合供水則具有較好的調節能力，對市政管網要求低，但水容易受到污染。因此應綜合考慮周邊市政管網條件，再確定供水方式。重點應了解周邊管網高峰期水壓、管徑、供水負荷情況。當設計項目處于市政管網前端，且最不利條件下，周邊市政管網壓力不小于0.28MPa時，將項目流量與周邊用戶流量進行疊加后，市政管網的供水能力仍然能夠滿足時，則可以使用疊壓供水系統。而對于處于市政管網末端，高峰期水壓小，周邊市政管道管徑較小的項目，則應使用水箱水泵聯合供水。特別當項目周邊市政管網高峰期管網水壓小于0.18MPa，且市政管網管徑較小時，可適當減小引入管管徑，并增大水箱容積，則可保證項目內用戶高峰期水量足夠，且能減小新增用戶對周邊用戶用水壓力的影響。

2.3 合理劃分給水分區

劃分給水分區時，應當從服務水頭，管理維護，能耗及一次性投資等方面進行綜合考慮。從經濟效益方面考慮，如果增加分區所節約的電費大于管材和設備所增加的費用，則可以考慮不影響運營管理的情況下，適當增加分區數。反之，則可以適當減小分區數。但分區數不能無限制的增加，對于小區供水項目，考慮到管理維護方便，加壓分區的數量一般不多于4個。另外，在分區數一定的情況下，各分區之間層數相等時，加壓能耗最低，因此在確定各分區層數時還應盡量保證各分區層數相等。

2.4 選擇合適的管材

在選擇管材時，應當綜合使用位置、價格、耐久性、機械強度及衛生安全性等因素。給水泵房內連接管道的管材需要避免管道銹蝕對水質及不銹鋼水箱的影響，所以選擇食品級304及以上型號薄壁不銹鋼管。而對于架空安裝的配水管道，應當選用涂塑鋼管或內襯塑鍍鋅鋼管，這兩種管材具有較好的機械強度，且耐腐蝕性高，不容易產生銹蝕污染水質，但襯塑鋼管的聚乙烯內襯與外壁容易出現分離，水進入內襯與外壁之間，則會導致管道發生銹蝕，從而產生二次污染。因此架空敷設的管材宜建議優先使用涂塑鋼管。

對于室外埋地管道，可采用球墨管、PE管、UPVC管、涂塑鋼管等。其中球墨管和PE管是最常用的埋地給水管材。與PE管相比球墨管的機械強度更好，且接口采用承插連接，接口處安裝質量容易得到保證。但劉戀的研究表明，相同使用條件下球墨管比PE管壁上微生物膜量大。球墨管容易受到微生物的腐蝕作用，腐蝕產物會為微生物生長提供良好的環境，從而導致微生物更容易生長。對于水箱前端管道多為埋地敷設，壓力不大，可以采用PE管，而埋地敷設的加壓管一般數量不多，可以考慮采用涂塑鋼管，或者承壓較高的PE管。

2.5 選擇恰當的計量設備

現階段主要的給水計量設備有電磁流量計、超聲流量計及機械水表。相比于機械水表，電磁流量計和超聲水表的計量精度大，量程廣，且使用磨損小，壽命長，但價格高，且需要耗電產生超聲波或者電磁場，計量成本較高。對于市政監控水表和各加壓分區的總表，采用計量精度高的流量計所帶來的效益要高于成本，因此優先使用電子流量計。

而對于用戶分表，因為其用水量較小，出于成本考慮，一般采用機械水表，一般情況下二次供水用戶處有可以穩定接入的電源，且通信信號較好，為了降低水表抄收的勞動強度，對于用戶分表，應選用遠傳機械水表。在確定分表口徑時，盡量選用口徑較小的水表，從而保證計量精度。根據衡陽市供水的實踐經驗，對于普通住宅，每戶分表選擇DN15的水表其計量精度更高。

3 結束語

二次供水作為城鎮供水的一個重要環節，對城鎮居民生活質量和城鎮發展有著重要的影響。在進行二次供水系統設計時，要保證水箱設計、管材及計量設備選擇的合理性，同時根據管網壓力特點選擇供水方式，并且還應綜合經濟性、能耗、服務水頭等因素來進行加壓分區劃分，從而確保二次供水安全性、經濟性和可靠性，促進居民生活質量提高，加速城鎮化進程。