贵州村镇供水系统选择与经济技术比较

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzg31142003
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  摘要:本文针对贵州山区村镇经济发展相对滞后,缺少管理技术人员,管理水平较低下的情况,结合山区的特点,对供水系统的各构成部分进行了技术和经济的分析比选,尽量在村镇小规模供水工程供水系统选择时做到合理化、经济化,做到实施简单、运行维护简单可靠、运行电耗低,降低水价,造福于人民。
  
  关键词:村镇 供水系统 经济 技术
  
   贵州省位于中国西南的东南部,省会贵阳。东毗湖南、南邻广西、西连云南、北接四川和重庆,介于东经103°36′~109°35′、北纬24°37′ ~29°13′之间,国土面积176167K㎡,占全国国土面积的1.8%。2010年9月止,全省设4个地级市,3个自治州,2个地区;9个县级市,56个县,11个自治县,10个市辖区,2个特区;共计505个乡(含252个民族乡),689个镇,109个街道办事处。
   贵州地貌属于中国西南部高原山地,境内地势西高东低,自中部向北、东、南三面倾斜,平均海拔在1100米左右。全省地貌可概括分为高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型,其中92.5%的面积为山地和丘陵。贵州岩溶地貌发育非常典型。喀斯特地貌面积109084平方千米,占全省国土总面积的61.9 %,境内岩溶分布范围广泛,形态类型齐全,地域分布明显,构成一种特殊的岩溶生态系统。
  1.贵州村镇供水工程主要特点
   贵州的村镇相对来说大多经济发展滞后,供水工程具有以下特点:
   ①人口規模小。乡镇人口多在几千到一万多人,小的自然村寨几百到一千人,较大的自然村寨有一、两千人。
   ②除特殊类型的乡镇、村寨外,供水用途单一,主要为生活用水、少量农副产品加工用水,有些旅游服务型村寨有部分餐饮用水,自然村寨还有部分大牲畜用水。
   ③用水量少,供水工程的建设规模小。受经济发展的限制,卫生器具的完善程度较低,根据气候条件和生活条件,自然村寨居民综合用水量多在80-120L/(cap·d)间,乡镇居民综合用水量多在100-150L/(cap·d)之间,除特殊类型的乡镇、自然村寨外,供水工程的供水规模大多在100m3/d—2000m3/d。
   ④供水水源距离镇区或者村寨远近不一,输水管线长度较短的1-2Km,长的4-6Km,少数长达10Km及以上。
   ⑤受山区地形影响,配水覆盖范围内多地形起伏较大,配水管网中水压差较大。
   ⑥贵州村镇经济发展相对滞后,缺少管理的技术人员,管理水平相对低下。
  2.常见的供水系统分类及系统组成
  2.1常见的供水系统分类
   城镇供水系统按不同的性质有多种不同的分法,如按水源性质分,可分为地表水供水系统、地下水供水系统,按供水方式分,可分为重力流供水系统、压力供水系统、混合供水系统,按使用目的分可生活用水供水系统、工业用水供水系统等等。
  2.2供水系统的组成
   不论是何种类型的供水系统,一般均包括水源、取、输水工程、净水工程、配水工程四大部分。
  2.2.1水源
  供水水源分为两类,一是地表水,包含江、河、湖、海、水库、山塘等;二是地下水,包含地下出露泉水、深层地下水(承压水)、浅层地下水(潜水)等类型。
  2.2.1取、输水工程
   取水工程主要为取水构筑物,即从选定的水源(包括地表水和地下水)取水。有渗渠、大口井、岸边式取水泵房等等形式。
   输水工程即从水源将原水输送到净水厂的管(渠)道。
  2.2.2净水工程
   净水工程通常指净水设施、净水厂,包含将水源原水处理达到用水水质要求的构筑物、附属的投药、消毒、变配电间及水处理所需要的相关的投药设备、消毒设备等等。
   一般的净水工程构建筑物有澄清池、絮凝反应池、沉淀池、滤池、清水池等,附属生产建筑物有投药间、消毒间、变配电室、送水加压泵房等。
  2.3.3配水工程
   配水工程通常指将净水厂处理达标后的水输送到个用水点的管道工程。包括配水管网和配水管网中的高峰用水调节水池,如供水系统采用前置调节时,调节水池一般与净水厂中的清水池合并。
  3.供水系统的选择与经济技术比较
   村镇的供水规模小,且主要为生活用水,若将生活用水和工业生产用水分水质进行供应,则需建两套净水系统和两套配水系统,增加了工程的管理复杂难度、工程投资和运行成本,故一般采用同质供水系统,以生活用水要求进行净水处理。
   山区地形起伏较大,应在分析配水能耗、合理降低水价的前提下,合理确定是否采用同压供水还是采用分区(分压供水)供水。
   贵州村镇经济发展相对滞后,缺少管理技术人员,管理水平相对低下,合理的确定供水系统及其组成单元,做到设备材料简单可靠、运行维护简单、运行电耗低、使用的药剂或原料易采购保存,做到水价最低,造福于人民,是值得研究和探讨的。
  3.1水源
   一般来说,地下水水质变化较小,使运行维护管理简单化,容易保证水处理达标,处理费用低,供水安全性得到提高和保障。
   地表水受人为破坏污染、大气降水影响、季节变换等等因素影响,水质变化大,给净水厂水处理带来一定困难,且水处理费用高,如不结合水质变化调整水厂的运行工况,则出厂水水质难以保证。
   故在保证取水量的前提下,首选水质符合水源水质标准要求的地下水作为供水水源,适宜缺少技术人员,管理水平相对较低的村镇级小规模供水工程。如开采地下水作为水源,则应注意取水量须小于允许开采量,防止造成地层结构破坏,带来地面塌陷等自然灾害。
  3.2取、输水工程
  3.2.1取水工程
   取水工程在满足取水要求的前提下,应考虑采用维护简单、管理方便,并利于安全卫生防护的取水方式。
   通常地下出露泉水采取泉室取水;一般不通航的小河流采用取水低坝抬高水位取水,也可采取渗渠、大口井等方式取水,但应考虑洪水影响因素和取水工程的安全;较大河流、水库等地表水等采取岸边式取水泵房取水,同样需要考虑洪水影响因素。
  3.2.2输水工程
   输水工程分重力流输水和压力流输水两种类型,贵州村镇的经济发展相对滞后,应充分考虑节约运行电耗,制定合理的居民水价。
   重力流输水在满足水力计算要求的前提下,输水管管材考虑运行维护管理、运输、气候条件、地质条件、工程投资的影响因素即可。
   对于需要加压输水的供水系统,输水管道的管材选择对运行电耗费用有相当的影响,而运行费用的高低取决于管道水头损失的大小。
   管道的水头损失包含沿程水头损失和局部水头损失,沿程水头损失可按下式计算[1]:
   10.67q1.852L
   h=
   C1.852D4.87
   h—沿程水头损失(m)
   L—管道长度(m)
   D—管径(m)
   q—流量(m3/s)
   C—(海曾-威廉)系数,按下表取值:
  
  管道种类 C值
  塑料管 140
  新铸铁管、涂水泥砂浆的铸铁管 130
  混凝土管、焊接钢管 120
  
   根据现行设计规范,局部水头损失一般按沿程水头损失的5-10%计算,但受贵州山区特殊地形影响,输水管线起伏较大、转弯较多,局部水头损失较大,对于较长的输水管线,难以对其局部水头损失进行详细计算,根据笔者在贵州山区供水工程的设计经验,建议按沿程水头损失的10-15%计算。
   输水工程的电费可计算按下式计算[2]:
  
  
  
   以当前市场上最容易采购、应用最广、最具有代表性的给水管管材钢管、离心球墨铸铁管、PE给水管为例,由上面的计算式可推算出同管径的PE给水管的理论水头损失和理论电耗分别是钢管、离心球墨铸铁管的75%和87%,如遇到长距离输水管线,吨水电耗费用可达0.10元左右甚至以上,综合折旧、运行维护费用,吨水的水价差距在0.20-0.30元左右,年总电耗费用相差也较多,对居民的水价影响较大,故供水工程输水管的管材材应在充分考虑运行维护管理、运输、气候条件、地质条件、工程投资的影响因素下核算运行成本,进行合理的选择和搭配使用。
  3.3净水工程
  3.3.1水处理工艺
   村镇供水工程一般常规的水处理工艺流程为:原水→絮凝反应→沉淀→过滤→消毒→供用户,但根据水源原水水质及其变化,可对工艺进行一定的调整。如原水浊度长期较低,可直接继续过滤,短时出现高浊度、超高浊度的,可增设预沉池等,如原水中氟、铁、锰等指标超标,可增加去除工艺段。
  3.3.2水处理构筑物
   净水工程中各工艺段的处理构筑物主要有絮凝反应池、沉淀池、滤池、清水池等。
   为节约占地,降低工程投资,减少工艺处理过程中的水头损失,降低运行费用,絮凝反应池一般和沉淀池合建。
   絮凝反应池形式较多,一般有效的有机械、隔板、折板、孔室、栅条、网格等多种形式,贵州一些乡镇水厂实践检验证明,针对贵州山区水源特点,栅条絮凝效果较好,因此,推荐采用栅条反应池型。
   平流沉淀池和斜管沉淀池是目前国内普遍采用的两种沉淀形式。斜管沉淀池具有沉淀效率高、占地面积小、对原水水质变化有适应性较强的特点,因此,推荐采用斜管沉淀池型。
   滤池应用得较多的有普通快滤池、虹吸滤池、重力式无阀滤池、双阀滤池、三阀滤池等等,根据滤料的设置层数,有单层滤料、双层滤料、多层滤料等等。为维护管理方便,推荐小规模净水厂采用单层滤料的重力式无阀滤池池型,可实现自动反冲洗,保证出水水质达标。
   水处理构筑物一般采用钢筋混凝土结构形式,但由于小规模净水厂的构筑物尺寸小,内部的工艺尺寸要求精度高,混凝土结构的构筑物施工难度大,难以保证工艺尺寸要求,出水效果啦、难以得到可靠保证。
   结合小城镇供水特点,出现了集人字格栅反应、斜管沉淀、无阀过滤三个工艺处理单元有机组合在一起的钢制一体化净水器,较混凝土构筑物来说,钢制净水器采用工厂化生产,可靠保证了净水构筑物的工艺尺寸,具有基建速度快、出水水质稳定、占地面积小、操作维护简便等诸多优点,特别实用于村镇管理水平较低的村镇小规模水厂,唯一的突出的缺点是池体外壁防腐需要3-5年进行一次。
  3.4配水工程
   配水工程分重力流配水和压力流配水两种类型。
   根据现行的设计规范,供水工程设计服务年限为5-10年。如水源高程可满足全重力流供水,為尽量覆盖更多的用水范围,在保证最不利用水点自由水头、较低区域不致过高的前提下,水厂厂址高程应尽量提高,以适应今后的村镇发展需要,从使用效果看,较低区域自由水头一般不宜超过50m。
   如采用压力流供水,配水覆盖区域最不利点供水水压控制是电耗费用、水价的重要控制因素,特别是贵州村镇多受地形影响,地形起伏较大,如单一考虑满足较高地方少数用户供水水压要求,简单将净水厂出水水压提高,带来年总电耗和电耗费用大幅增加不经济,也不符合国家节能减排的大政方针政策,如何合理确定配水覆盖区域最不利点供水水压值得重点研究。
  根据上述的电费计算公式,对不同供水规模每提高10m水压的电耗及电耗费用计算进行分析计算,结果见下表:
  
  
  
  注:电费单价按目前我省的相关规定执行。
   从表中可以看出,每提高10m供水水压,单位水量的电耗费用均为0.015元,按人均用水120L/d、户均4人、户均用水14.4吨水计算,带来的水价增加费用为0.22元/(户·月),经济上可接受。
   供水工程的建设本身就是解决村镇居民生活、生产的用水需要、提高用水水质、提高村镇居民生活质量,某种意义上讲,工程带来的社会效益、社会影响远远大于项目本身的经济效益,所以在确定配水区域最不利点供水水压时,如果简单机械的按设计规范、常规经验确定配水覆盖区域最不利点供水水压,可能会减少较多的供水覆盖区域,工程产生的社会小于会远远小很多,此时应结合技术要求、工程投资及充分分析工程的运行能耗、运行成本,进行居民水价的分析和居民的经济承受能力,尽可能的扩大供水覆盖范围,供应更多的农村居民住户,使更多的农村居民用上卫生、安全的水,产生更多、更大的社会效益。
  
  4.结语
   贵州山区村镇经济发展相对滞后,缺少技术人员,管理水平低下,供水工程应结合山区的特点进行经济技术的比较,合理确定供水系统的各构成部分,尽量做到实施简单、运行维护简单可靠、运行电耗低,降低水价,造福于人民。
  
   参考文献
  [1]上海市政工程设计研究院镇(乡)村给水工程技术规程 (CJJ123-2008) 中华人民共和国住房和城乡建设部发布
  [2]上海市政工程设计研究院.中国建筑工业出版社[M] 给水排水设计手册 第10册 技术经济 (第二版)
  
   作者简介:陈洪松,贵州省城乡规划设计研究院,工程师,国家注册公用设备工程师(给排水专业)。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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