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沂源县田庄水库灌区节水改造项目是国家水利部和国家农业综合开发办公室批复的中型灌区节水改造项目。该项目实施过程中，因地制宜，改传统加压供水技术为直接式管网叠压（无负压）供水技术，在节能、降耗、省工、环保方面取得了极大效益。
关键词： 田庄水库灌区 ；节水改造； 供水； 叠压式（无负压）
中图分类号：TU991.64 文献标识码：A 文章编号：
1 田庄水库灌区节水改造项目概况
农业综合开发田庄水库灌区节水改造工程位于山东省淄博市沂源县田庄水库灌区范围内。通过对灌区老干渠维修、改造，利用一定工程措施，将田庄水库水源输送到农业综合开发项目悦庄项目区内。
工程设计从田庄水库北放水洞至沂源县城瑞阳大道北干渠交汇处(干渠桩号12+896)间铺设Φ1000PE管5070m；φ1200砼管道4925m；顶管470m，维修北干渠瑞阳大道交汇处(12+896)至苗山后(20+583)间7.687km渠道；建一座加压站、管理房，ZWG4500-38-160/5叠压式加压供水设备一套；新建闸阀室14座，控制量测设备14套，节制闸3座。
工程设计日供水量10.45万m3，为下游5.01万亩土地提供水源。工程初步设计报告预算总投资2514.72万元。
2 直接式管网叠压（无负压）供水问题的提出
工程在实施过程中，由于诸多因素，原加油站、蓄水池位置需要改址，向上游前移1km左右。在原管道铺设方案中，为充分利用地势高差、节省能源，蓄水池位置选在管道内供水自由水头接近零的地点。加油站位置变更后，原设计的自由水头最小处建水池已不能实现。经计算，由于新址水池地势增高，新址处管道自由水头尚有10m的富余。若在此建水池，按传统蓄水加压供水方式，管道内富余的10m水头不能得到充分利用，必将大大浪费能源。为充分利用管道自由水头，加压供水方式由传统水池加压变更为直接管网叠压（无负压）供水技术。
3 直接式管网（无负压）供水压设备
3.1 无负压供水的定义：
无负压供水设备是以管网为水源，充分利用了管网原有的压力，形成密闭的连续接力增压供水方式，节能效果好，没有水质的二次污染，是变频恒压供水设备的发展与延伸。
3.2 无负压供水设备的组成：
无负压供水主要由变频调速水泵机组、稳流補偿器、真空抑制器、压力和流量传感器、预压自平衡器、控制柜、过滤器、倒流防止器等组成。
3.3 无负压供水的工作原理：
来水首先进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当来水能够满足用水压力及水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当来水管网的压力不能满足用水要求时，系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。水泵供水时，若来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。
整个过程都是在全密闭状态下运行，且由变频控制系统控制，无需人工手动调整，以保证供水安全、纯净。
4 直接式管网（无负压）供水技术特点及优点
无负压管网叠压供水设备直接串接在供水管道上，采用稳流补偿器和真空补偿系统，微电脑控制，自动调节，使管道无负压（无吸程）。该套设备节能效果明显，优点显著。
4.1 高效节能
因采用微机控制变频新技术，能够充分利用管网已有的水压，设备的电机泵在变速运转的模式下工作，只对进水压力与所需压力的差额进行补压，根据用水流量、压力自动调节，满足用水的要求，节能效果极其显著，与传统水池加压产品相比，节电达50%-90%以上。
4.2不发生二次污染
因直接串联于管道中，无需设置地面储水箱，因而可确保水源的卫生标准，供水质量好，不发生二次污染。
4.3 自动化程度高
该设备完全模拟人脑智能技术对设备进行自动控制，无需专人值守。
4.4 寿命长，无故障
无负压管网叠压供水设备采用变频技术对泵组实现软启动运行，无大电流冲击，与传统的技术相比，设备寿命延长一倍以上，故障率几乎为零。
4.5 保护功能齐全
该设备具有过压，过流、过载、水源无水等多种保护功能。
4.6 无水停机
当自来水停水时，设备会自动停机，来水时自动开机，既保护了电机泵，又节省了能源。
5 田庄水库灌区节水改造项目直接式管网（无负压）供水技术应用情况
沂源县田庄水库灌区节水改造工程设计供水流量为4500m3/h，需要加压水泵扬程为40m，管网来水压力为0.1MPa，进出口管道为Φ1000PE管道。
根据以上参数要求，传统水池供水方式采用四台型号为IS型单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1600m3/h，额定扬程50m,额定功率280kw。
根据以上参数要求，直接叠压（无负压）供水设备采用ZWG4500-38-160/5型直接式管网叠压供水设备。采用五台型号为KQW350-400B-160/4的单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1050m3/h，额定扬程38m,额定功率160kw。
无负压设备具有分时段、分压力供水的功能，可根据当地用电高、低谷调节供水。每台泵都有独立的变频控制，水泵工况始终与使用工况一致，即每台水泵启动运行时都可以根据蓄水量的变化变频运行在高效区间。
6 工程效益比较
6.1 原方案工程年运行费：
项目费用主要有年基本折旧费和年运行费构成。
6.1.1 年基本折旧费：
包括设备及管件管材折旧费和土建设施折旧费;其中管材、管件1283.78万元，机电设备260.3万元，土建设施671.9万元。管材、管件及控制量测设备、土建设施的折旧费及大修费见下表1：
表1 项目费用投资表
项目 投资原值
（万元） 折旧系数 折旧费
(万元) 平均大修费（%） 平均大修费
（万元）
机电设备 260.3 0.04 10.41 4 10.41
管材 121283.78 0.025 32.09 1 12.84
土建设施 671.9 0.033 22.17 1.5 10.08
合计
(万元) 2215.98 64.67 33.33
由表可知：年基本折旧费为64.67万元。
6.1.2 年运行费：
年运行费包括工资及福利费、大修费和其他费用等。
(1)工资及福利费：包括职工工资、工资性津贴和福利等，管理职工19人，按2.5万元/人，共需47.5万元。
(2)大修费：由上表可知:33.33万元。
(3)劳动保险费：指水管单位支付离退休职工价格补贴、医药费、职工退职金等，每年按20万元计。
(4)泵站运行费：传统水池供水方式采用四台型号为IS型单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1600m3/h，额定扬程50m,额定功率280kw。按3台泵（每台280KW），每台工作200天计，年运行费为403.2万元。
(5)其他费用：包括办公费等费用，按10万元计。
年运行费小计：514万元。
工程年费用为578.67万元。
6.2 变更后工程年运行费：
6.2.1 年基本折旧费：
其中管材、管件1283.78万元，机电设备260.3万元，土建设施671.9万元。管材、管件及控制量测设备、土建设施的折旧费及大修费见表2：
表2 项目费用投资表
项目 投资原值
（万元） 折舊
系数 折旧费
(万元) 平均大修费（%） 平均大修费
（万元）
机电设备 290.3 0.04 11.6 4 11.6
管材 121398.84 0 0.025 34.97 1 13.99
土建设施 804.01 0 0.033 26.5 1.5 12.06
合计
(万元) 2507.65 73.07 37.65
由表可知：年基本折旧费为73.07万元。
6.2.2 年运行费：
年运行费包括工资及福利费、大修费和其他费用等。
（1)工资及福利费：包括职工工资、工资性津贴和福利等，管理职工5人，按2.5万元/人，共需12.5万元。
(2)大修费：
由上表可知:37.65万元。
(3)劳动保险费：指水管单位支付离退休职工价格补贴、医药费、职工退职金等，每年按15万元计。
(4)泵站运行费：利用无负压技术后，按上述运行方式，按4台泵（每台160KW），每台工作200天计，年运行费为307.2万元。
(5)其他费用：包括办公费等费用，按10万元计。
年运行费小计：382.35万元。
工程年费用为455.42万元。
6.3 供水成本费用比较
(1)变更前：年供水2304万m3，年费用578.67万元，供水成本为0.251元/m3。
(2)变更后：年供水2016万m3，年费用455.42万元，供水成本为0.226元/m3。
每年可节约运行费123.25万元。效益明显。
7 结论
无负压供水技术先进，节能效果明显。同时该套技术采用全自动控制，节约人力资源；管网安全防护设施齐全，可有效防止管道的水锤现象。所以管网无负压供水技术，完全适用于沂源县田庄水库灌区节水改造工程加压站项目。是一项节能、降耗、省工、环保的好项目。
参考文献：
[1]《泵站技术改造规程》SL254-2000
[2]《水利工程计算规范》SL104-95
[3]《水利建设项目经济评价规范》SDJ72-94
[4]《管网叠压供水设备》CJ/T 254-2007
[5]《管网叠压供水技术规程》CECS 221:2007
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词： 田庄水库灌区 ；节水改造； 供水； 叠压式（无负压）
中图分类号：TU991.64 文献标识码：A 文章编号：
1 田庄水库灌区节水改造项目概况
农业综合开发田庄水库灌区节水改造工程位于山东省淄博市沂源县田庄水库灌区范围内。通过对灌区老干渠维修、改造，利用一定工程措施，将田庄水库水源输送到农业综合开发项目悦庄项目区内。
工程设计从田庄水库北放水洞至沂源县城瑞阳大道北干渠交汇处(干渠桩号12+896)间铺设Φ1000PE管5070m；φ1200砼管道4925m；顶管470m，维修北干渠瑞阳大道交汇处(12+896)至苗山后(20+583)间7.687km渠道；建一座加压站、管理房，ZWG4500-38-160/5叠压式加压供水设备一套；新建闸阀室14座，控制量测设备14套，节制闸3座。
工程设计日供水量10.45万m3，为下游5.01万亩土地提供水源。工程初步设计报告预算总投资2514.72万元。
2 直接式管网叠压（无负压）供水问题的提出
工程在实施过程中，由于诸多因素，原加油站、蓄水池位置需要改址，向上游前移1km左右。在原管道铺设方案中，为充分利用地势高差、节省能源，蓄水池位置选在管道内供水自由水头接近零的地点。加油站位置变更后，原设计的自由水头最小处建水池已不能实现。经计算，由于新址水池地势增高，新址处管道自由水头尚有10m的富余。若在此建水池，按传统蓄水加压供水方式，管道内富余的10m水头不能得到充分利用，必将大大浪费能源。为充分利用管道自由水头，加压供水方式由传统水池加压变更为直接管网叠压（无负压）供水技术。
3 直接式管网（无负压）供水压设备
3.1 无负压供水的定义：
无负压供水设备是以管网为水源，充分利用了管网原有的压力，形成密闭的连续接力增压供水方式，节能效果好，没有水质的二次污染，是变频恒压供水设备的发展与延伸。
3.2 无负压供水设备的组成：
无负压供水主要由变频调速水泵机组、稳流補偿器、真空抑制器、压力和流量传感器、预压自平衡器、控制柜、过滤器、倒流防止器等组成。
3.3 无负压供水的工作原理：
来水首先进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当来水能够满足用水压力及水量要求时，供水设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当来水管网的压力不能满足用水要求时，系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。水泵供水时，若来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，用水高峰期时，若来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若来水供水不足或管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位控制器给出水泵停机信号以保护水泵机组。
整个过程都是在全密闭状态下运行，且由变频控制系统控制，无需人工手动调整，以保证供水安全、纯净。
4 直接式管网（无负压）供水技术特点及优点
无负压管网叠压供水设备直接串接在供水管道上，采用稳流补偿器和真空补偿系统，微电脑控制，自动调节，使管道无负压（无吸程）。该套设备节能效果明显，优点显著。
4.1 高效节能
因采用微机控制变频新技术，能够充分利用管网已有的水压，设备的电机泵在变速运转的模式下工作，只对进水压力与所需压力的差额进行补压，根据用水流量、压力自动调节，满足用水的要求，节能效果极其显著，与传统水池加压产品相比，节电达50%-90%以上。
4.2不发生二次污染
因直接串联于管道中，无需设置地面储水箱，因而可确保水源的卫生标准，供水质量好，不发生二次污染。
4.3 自动化程度高
该设备完全模拟人脑智能技术对设备进行自动控制，无需专人值守。
4.4 寿命长，无故障
无负压管网叠压供水设备采用变频技术对泵组实现软启动运行，无大电流冲击，与传统的技术相比，设备寿命延长一倍以上，故障率几乎为零。
4.5 保护功能齐全
该设备具有过压，过流、过载、水源无水等多种保护功能。
4.6 无水停机
当自来水停水时，设备会自动停机，来水时自动开机，既保护了电机泵，又节省了能源。
5 田庄水库灌区节水改造项目直接式管网（无负压）供水技术应用情况
沂源县田庄水库灌区节水改造工程设计供水流量为4500m3/h，需要加压水泵扬程为40m，管网来水压力为0.1MPa，进出口管道为Φ1000PE管道。
根据以上参数要求，传统水池供水方式采用四台型号为IS型单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1600m3/h，额定扬程50m,额定功率280kw。
根据以上参数要求，直接叠压（无负压）供水设备采用ZWG4500-38-160/5型直接式管网叠压供水设备。采用五台型号为KQW350-400B-160/4的单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1050m3/h，额定扬程38m,额定功率160kw。
无负压设备具有分时段、分压力供水的功能，可根据当地用电高、低谷调节供水。每台泵都有独立的变频控制，水泵工况始终与使用工况一致，即每台水泵启动运行时都可以根据蓄水量的变化变频运行在高效区间。
6 工程效益比较
6.1 原方案工程年运行费：
项目费用主要有年基本折旧费和年运行费构成。
6.1.1 年基本折旧费：
包括设备及管件管材折旧费和土建设施折旧费;其中管材、管件1283.78万元，机电设备260.3万元，土建设施671.9万元。管材、管件及控制量测设备、土建设施的折旧费及大修费见下表1：
表1 项目费用投资表
项目 投资原值
（万元） 折旧系数 折旧费
(万元) 平均大修费（%） 平均大修费
（万元）
机电设备 260.3 0.04 10.41 4 10.41
管材 121283.78 0.025 32.09 1 12.84
土建设施 671.9 0.033 22.17 1.5 10.08
合计
(万元) 2215.98 64.67 33.33
由表可知：年基本折旧费为64.67万元。
6.1.2 年运行费：
年运行费包括工资及福利费、大修费和其他费用等。
(1)工资及福利费：包括职工工资、工资性津贴和福利等，管理职工19人，按2.5万元/人，共需47.5万元。
(2)大修费：由上表可知:33.33万元。
(3)劳动保险费：指水管单位支付离退休职工价格补贴、医药费、职工退职金等，每年按20万元计。
(4)泵站运行费：传统水池供水方式采用四台型号为IS型单级卧式离心泵（四用一备）。单台水泵额定流量1600m3/h，额定扬程50m,额定功率280kw。按3台泵（每台280KW），每台工作200天计，年运行费为403.2万元。
(5)其他费用：包括办公费等费用，按10万元计。
年运行费小计：514万元。
工程年费用为578.67万元。
6.2 变更后工程年运行费：
6.2.1 年基本折旧费：
其中管材、管件1283.78万元，机电设备260.3万元，土建设施671.9万元。管材、管件及控制量测设备、土建设施的折旧费及大修费见表2：
表2 项目费用投资表
项目 投资原值
（万元） 折舊
系数 折旧费
(万元) 平均大修费（%） 平均大修费
（万元）
机电设备 290.3 0.04 11.6 4 11.6
管材 121398.84 0 0.025 34.97 1 13.99
土建设施 804.01 0 0.033 26.5 1.5 12.06
合计
(万元) 2507.65 73.07 37.65
由表可知：年基本折旧费为73.07万元。
6.2.2 年运行费：
年运行费包括工资及福利费、大修费和其他费用等。
（1)工资及福利费：包括职工工资、工资性津贴和福利等，管理职工5人，按2.5万元/人，共需12.5万元。
(2)大修费：
由上表可知:37.65万元。
(3)劳动保险费：指水管单位支付离退休职工价格补贴、医药费、职工退职金等，每年按15万元计。
(4)泵站运行费：利用无负压技术后，按上述运行方式，按4台泵（每台160KW），每台工作200天计，年运行费为307.2万元。
(5)其他费用：包括办公费等费用，按10万元计。
年运行费小计：382.35万元。
工程年费用为455.42万元。
6.3 供水成本费用比较
(1)变更前：年供水2304万m3，年费用578.67万元，供水成本为0.251元/m3。
(2)变更后：年供水2016万m3，年费用455.42万元，供水成本为0.226元/m3。
每年可节约运行费123.25万元。效益明显。
7 结论
无负压供水技术先进，节能效果明显。同时该套技术采用全自动控制，节约人力资源；管网安全防护设施齐全，可有效防止管道的水锤现象。所以管网无负压供水技术，完全适用于沂源县田庄水库灌区节水改造工程加压站项目。是一项节能、降耗、省工、环保的好项目。
参考文献：
[1]《泵站技术改造规程》SL254-2000
[2]《水利工程计算规范》SL104-95
[3]《水利建设项目经济评价规范》SDJ72-94
[4]《管网叠压供水设备》CJ/T 254-2007
[5]《管网叠压供水技术规程》CECS 221:2007
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。