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给水管网运行面临的新挑战

文章来源:海西给排水 发布时间:2017-08-01 09:52:08 阅读次数:862 次 [关闭]

郑小明

(中国城镇供水排水协会科技委管道部 主任)

城镇给水管道默默无闻、静静地躺在地下,里面却奔流不息地流淌着这个城市赖以生存的生命之水。人的血管健康决定着一个人的生存质量和寿命,城市的血管健康同样决定着这个城市的安危和运行质量。

因它的默默无闻,使生活在城市的很多人不知它,而业内一些人也因此忽略它,管网占供水企业资产的60%以上,却不如水厂受关注。

不断出现的地下水管爆管、居高不下的漏失、突发水质污染、夏季的压力不足……时时困扰着我们,不断出现的管网水危机事件,让社会、更给水行业的同仁敲起警钟,如何保障输配过程中的水质?如何降低管网漏损?如何提高输配效率?如何确保城市供水安全?给水管网运行领域发展的路怎么走?面临着新的挑战和选择。

1 管网规划和实施矛盾如何解决

规划和实施之间变化过大对管网水质带来影响已在许多城市显现,目前给水规划是按城镇或开发区发展的规划目标一次性到位,但在实际实施过程中,由于规划的不确定因素较多,后续资金的保障、政策的改变、人事的变动等,导致已有规划实施的停顿、延后,有的干脆是推翻重来,这些变化使先期实施的地下管线设施无所适从,一些城市特别是一些开发区,出现管网流速缓慢,水龄超长,水质难以保障现象。

这一现象的出现与我们城市高速发展以及变化节奏加快有关,在不确定因素较多的社会发展环境下,应把规划的长期目标和近期发展的可变因素结合起来,寻找一个最佳结合点,长期规划时可提出不同实施节奏条件下的可变方案。如某开发区长期规划要敷设一根DN500的输水管,且眼下急需实施,但由于该开发区近五年的发展预期可变因素增加,且资金缺乏,如按规划一步到位实施,预期风险和资金成本明显上升,经测算,如先敷设一根DN300的水管,五年内已经够用,且融资压力减小,五年后如开发区确实快速发展,再按规划实施,综合资金成本是合算的,企业规避了资金风险,进退自如,也使管道处在最佳输配区间,避免了管网过分提前实施而带来的不利。

2 区块化管网布局对传统布局的冲击

区块化管网布局是介于网状和枝状管网布局的特点发展而来,其是把整个管网逐级分成若干个计量区域,一个计量区域里面再分成若干个小型计量区,通过水量管理来实现控制漏损和供水绩效管理(见图1)。这一管网区块化布局理念在国际上有较多国家和城市已得到应用,英国、日本、澳大利亚的悉尼和匈牙利的布达佩斯等都在这方面有较长时间的实践,并已经取得丰富的经验。在国内,管网区块化布局理念也逐渐被行业接受和认同,上海供水管网在20世纪90年代末把全市分成4个区块化计量区,其中每个计量区又分割成若干小块区,随着分区计量理论的进一步发展,计量器具的不断进步,目前已经开始了又一轮的分区探索,计划把全市管网分成36个计量片区,实现水量平衡、漏损控制和绩效对应管理。

3 二次增压供水方式有待探讨

因水箱水质的诟病而引起一些城市倾向取消增压水池和屋顶水箱,一些城市选择采用“无负压(叠压)二次供水增压”设备,从建筑给水设计角度认为采用无负压或叠压水泵增压技术供水能节约电耗,且能取消屋顶水箱而减少污染机率;但市政给水认为水质问题并没有一取了之,且无负压或叠压设备仅是在局部功能上节约了余压,其所需的代价则远远超出了节约的余压。现在很多城市供水系统中有大量的水库、水池和水箱,将夜间水厂生产的水储存其中,满足白天用水峰值时的水量供应,因水池水箱的存在,市政供水给出的进水管口径一般小于最大时用水量,高峰最大时用水是靠市政管网和水箱共同承担供水需求。无负压或叠压增压系统因没有储水装置,高峰时需全负荷进水,会占用市政管网最大时余量,使城市供水峰值保障削弱。当一个城市二次供水增压大量采用“无负压(叠压)”时,因其没有水池和水箱,使城市夜间储水量大大减小,而白天峰值实际供水需求变得较大,这使得水厂生产极不平衡,夏季高峰供水的安全系数大大下降。另外,不平衡的水厂生产直接形成不平衡的供水用电,而我国峰谷电价相差一倍,白天峰值需求增加既增加供电系统负荷,也导致供水成本增加,城市供水系统最大时设施能力也因此需扩大投入。

国内一些大中城市供水企业对此问题早已有所认识,对无负压(叠压)持谨慎态度,国家行业标准也明确表示“二次供水设施接入城镇供水管网时,不得对城镇供水管网水量和水压产生影响,宜采用蓄水型增压设施”。

如何处理好这一建筑给水和市政给水领域的技术矛盾,需要进一步研究探索。有一个较为可行的做法是在城市不再搞小区独立增压泵站,由市政给水实施分区集中增压,对其中超出基本层高的建筑再行独立增压。上海在20世纪80年代建造的曲阳和宛南两个大型住宅小区就是采用这一方法,市政供水系统为该两个小区专设泵站,实施区域集中增压,小区内的六层住宅均不设屋顶水箱和泵房,这样既避免了水箱可能产生的污染,又通过规模增压实现水量均衡和节电。

4 城市的不断扩大引出逐级增压和多级消毒理念

城市的快速膨胀扩大使管网不断延伸,为满足管网末端的压力和余氯,出厂水压力不断提升,出厂水余氯一再提高,供水系统也染上了“城市发展综合征”。

出厂水压力在管道输送过程中会受到摩擦阻力而逐渐下降,水中的消毒剂也会随输送过程而不断降解,使浓度减低甚至失去消毒功能,为了弥补城市的快速扩大而导致的远端压力不足,出厂水压力越来越高,但高的压力会导致漏水增加、能耗增加以及爆管机率的加大,这对供水安全和供水成本是非常不利的;同理,为了确保管网末端余氯的消毒功能,出厂水的消毒剂会有增加,而增加的消毒剂也会增加消毒副产物生成量,这些副产物对人体不利,要尽量控制消毒剂的用量。

解决这两个矛盾的途径就是采取管网逐级增压和多级消毒,在城市供水管网中合理设置一级或二级中途增压泵站,对需要提升压力的区域进行定点增压,这样可让出厂水的压力有所降低,而全管网的压力更趋平衡,也能有效节约输配电耗,提高管网的安全性能,减少管网漏失。多级消毒与逐级增压有相同的理念,通过降低出厂水中的余氯浓度,在输送中途补充加氯,以满足管网远端的消毒剂含量指标,这样全管网的消毒剂浓度就会得到合理控制,进而改善口感,减少消毒副产物。对一些农村地区的少数用户,还可采用局部瞬时消毒技术单体处理。总之,逐级增压和多级消毒应与城市供水系统整体同时规划,对发展中的城市也可通过管网系统技术改造来具体实施。

5 降低产销差还需结合国情

供水管网漏损较大,常年难以下降,其原因不仅仅是管网陈旧漏损,解决漏损需要投资改造,也需要技术方法,但更应关注管理的因素。1997年,国际水协(IWA)开始着手建立一套标准化的漏损控制性能指标,作为这个工作的一部分,水损工作专家组WLTF应运而生。WLTF的目标就是要建立一个国际上一致认可的水平衡方面的标准表格、术语以及一个推荐的水损指标参数。WLTF对国际上漏损控制的现有方法进行总结归纳,推荐了有关计算供水漏损的标准术语;制定了有关供水系统的“水平衡”方法和标准。

IWA的水平衡表实际上是一种横向的水平衡分析法,重点对计量免费供水量、未计量免费供水量(消防、绿化、道路和管道冲洗用水等)、偷盗水量、计量误差、管道漏水量、水池漏水量等进行分类量化,这在理论上是可行的,但实施起来很困难,很多地方消防、绿化、管道冲洗用水均无计量,只能估算。IWA的水平衡表只是告诉你出厂水可能是有多种去向造成水量损失,并没有告诉你水量在哪损失?什么时间损失?损失多少?其引入我国多年来,在指导我国城镇供水企业降低产销差方面实际效果并不理想。

一些城市结合管网区块化改造,形成了漏损控制的复合技术,即纵向的水平衡,又称“鱼骨式”水平衡,采用多级装表进行分区管理,对每个区块的水量进行进出水和用水的水量平衡(见图2)。针对枝状管网,装表进行分段管理,对每个主干管区间的水量进行上下游的水量平衡,通过纵向水平衡解决了在哪损失、什么时间损失、损失多少的问题。浙江绍兴自来水公司、天津自来水集团和上海奉贤自来水公司等在这方面做了很好的试验,取得了较好的实际效果。

6 应重视信息化建设和维护

投入在管网上的信息化建设资金日益增加,大多数城市供水企业都在建设GISSCADA、水力模型、资产管理系统、工程养护管理系统等,这些系统的投入使供水管网管理摆脱了传统的经验管理,可以说我国供水管网在信息化建设上不比发达国家落后,但建设的投入与效果不同步。

GIS包含有很多管网管理的功能,但它需要平时收集大量的管网数据进行维护,需要常年的数据积累其功能才会趋于完善和有效,不少供水企业建完GIS后,没有重视管网竣工资料、变动资料收集和维护机制的建设,后续资料得不到稳定的来源和更新,若干年后GIS的信息内容就变得不完整,有的仅拿其作为一张电子地图使用,其作用大大降低。还有一些企业不重视管网资料的准确性,任由施工企业提供,甚至将管网设计图等同于竣工图,不准确的输入使得GIS内容从开始就不准确,地下管线是隐蔽工程,这样的信息不仅会给管理造成误判,还会贻害后代。

水力模型建设完后需要定期进行校正维护,其应用涉及高层决策、规划、运行调度和管网管理,由于模型维护需要企业内部多方信息的日常收集和协调配合,如果没有足够的认识和重视,这项工作比建设模型更困难,国内有少数城市供水企业是做得比较好的,如佛山市、苏州市有专门的维护人员,定期更新充实数据和进行模型校正,使模型与实际管网运行状态更趋接近。除了应用于规划以外,还对日常调度运行提供决策意见,但更多的企业模型应用处在低端,投入和产出不成比例。

重建设轻维护,在国内供水管网信息化方面较为普遍,这不仅降低了投资效益,也阻碍了管网信息化的健康发展。

7 应改变管材制造业的无序状态

我国的供水规模是在近三十年得到大发展的,相对于欧美国家,我国的管道年龄并不高,但状态却不佳。在新型管道材料的应用上,我们比欧美仅晚十年,20世纪80年代我国开始推广使用PVC-U塑料管道,90年代开始推广PE塑料管道,同期生产推广使用球墨铸铁管;本世纪初引入离心铸造玻璃钢管技术;在美国使用了五十年之后,我们于90年代大量引进PCCP管生产设备和技术,我国的管道生产始终跟踪国际管材发展。

但优良的管材需要优质的生产,由于利润的诱惑和较低的门槛以及监管的缺失,PVC-U管做烂了,以致供水企业现在“谈塑色变”,2014年初央视播出了国内某地的回收塑料市场问题,其中相当部分回收料流向塑料管道的生产厂家,这使得国际上口碑很好、发展前景很好的PE塑料供水管道在我国陷入尴尬境地,供水企业在管材选择上处于无奈状态,以致有的企业干脆不用塑料管材。另外,供水企业在选材上的短视,仅关注眼前的建设成本而忽略材料的全生命周期成本(见图3),也对管材市场产生误导。

PCCP管道具有口径大、造价低的优势,但如果不严格控制生产质量,也会造成很大的问题,美国AWWA在调查积累了大量的应用数据后,一方面已经基本停止了产品生产,另一方面也为在用的管道提出了失效警示,因为管材质量不好而引起早期爆管的PCCP管在我国某一地区已经出现,美国的警示绝非危言耸听。而我国PCCP管正处于大发展阶段,如何吸取美国的经验教训,提高、改善质量,让这一经济性良好的管材为我国供水管道更好所用,也是管材生产行业要引起关注的重要问题。如果管材产生的无序状态不改变,供水企业在管材使用上将无管可选。

8 结语

我国正处于管网技术的发展期,管网的问题也远不止这些,以上列举的只是管道输配技术上的部分问题,通过各种问题的显现希望能引起行业内外的重视,政府部门的有力指导和规范不可或缺,但更需要业内规划、运行和材料等管网技术人员共同努力,业外人士鼎力相助。因为水是人人要喝的,仅有好的水源是不够的,仅有水厂高超的净水技术也是不够的,需要良好的输配水技术才能把好的水完好地送到千家万户。



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