解決城市供水高峰供需矛盾、節(jié)約運行成本技術途徑探討
摘要:解決城市用水高峰時用水供需矛盾,節(jié)約能源，除提高給水廠的生產(chǎn)能力外,還可以興建大容量重力水池,充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能。此種情況主要適用于以地下水為水源的給水系統(tǒng)。另外配合對散落在城市的所有生活水池進水采取流量、水位控制措施,廣泛使用調(diào)壓節(jié)流裝置均衡管網(wǎng)末端用戶用水流量,來達到均衡管網(wǎng)高峰用水量,滿足高峰期城市生活用水要求
關鍵詞:節(jié)約,造價,城市給水管網(wǎng),調(diào)節(jié),水池
前言
隨著城市的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)用水量迅速增加，特別大型工廠、學校用水量較為集中，引起給水管網(wǎng)供需緊張，另外隨著能源價格的提高，各水廠的動力費用成本大大增加，主要有以下兩方面的原因:首先是城市給水的總供給量小于總需求量,城市給水廠生產(chǎn)能力的提升速度跟不上城市規(guī)模的擴張步伐,或者是在用水高峰特別是夏季時出現(xiàn)供需緊張的狀況。但因城市給水廠的數(shù)量、規(guī)模及生產(chǎn)能力是經(jīng)過多方規(guī)劃論證確定,留有一定的發(fā)展余地并提前實施建設，實際這種情況不多;其次,雖然城市給水的總供給量大于總需求量,但在用水高峰時由于管網(wǎng)設施能力跟不上,都將導致供需緊張,這種情況則較為普遍。
各大城市為了緩解或解決供需矛盾,節(jié)約費用。各地通常采取以下幾種辦法:新建及擴建給水廠,提高生產(chǎn)能力;擴展及改造城市給水管網(wǎng),提高輸水能力和調(diào)節(jié)能力,以及減少管網(wǎng)漏失水量;提高水廠設備效率，限制企業(yè)使用高耗水耗能生產(chǎn)設備,提倡使用節(jié)水節(jié)能生產(chǎn)設備;在廣大住戶中推廣使用節(jié)水型衛(wèi)生給水設備;提高用水付費標準,實行階梯水費，采取經(jīng)濟手段間接限制用水量;宣傳節(jié)約用水,增強節(jié)約用水觀念等。無疑,采取上述辦法是可行的、有效的。理論上說,通過加大水廠與管網(wǎng)的供水能力是可以解決供需矛盾的。除采取上述辦法外,本文從給水專業(yè)的角度出發(fā),力圖通過一些簡單易行的技術措施,達到緩解與改善城市給水管網(wǎng)供需矛盾、提高城市給水管網(wǎng)調(diào)節(jié)能力經(jīng)濟運行節(jié)能的目的。
1現(xiàn)狀與問題
城市給水廠的建設規(guī)模以其最高日用水量作為設計依據(jù),事實上總供水能力明顯超過最高日用水量的城市不在少數(shù),但不僅感到用水緊張,而且隨著電費的漲價，運行動力費用支出明顯增多，僅靠提高水價不能達到效益最大化。究其根本原因是給水廠的供水能力與管網(wǎng)的輸水及調(diào)節(jié)能力不足的綜合體現(xiàn),僅僅依靠給水設備本身具備的功能是難以完全解決的。而提高城市給水管網(wǎng)自身的調(diào)節(jié)能力是解決當前城市用水供需矛盾、節(jié)約運行成本的最經(jīng)濟辦法。
很多城市給水管網(wǎng)中遍布規(guī)模大小不一的二次增壓設施,這些設施包括容量少則數(shù)十多則數(shù)百立方米的儲水池,其容量大部分(約2/3)為消防儲備用水,小部分為生活調(diào)節(jié)儲備用水。以煙臺市萊山區(qū)為例,目前全區(qū)自來水用水量6萬m3/d,最高日用水量約為8萬m3,其中生活用水占75%,工業(yè)用水25%,此區(qū)域大學、居民比較集中，白天用水高峰時，自來水公司水廠需開足生產(chǎn)能力全速運轉(zhuǎn),其他時間則需要降低生產(chǎn)能力;另外根據(jù)電業(yè)部門有關文件,工業(yè)用電實行峰平谷階梯電價，白天用水高峰正處在峰值電價，電價最高，夜間23：00~次日5：00用水處于低谷，而此時電價也處于谷值。此部分差價電費（即動力費用節(jié)約）沒有被利用，經(jīng)濟效益沒有被利用。(城區(qū)內(nèi)(指單位及小區(qū))儲水池總?cè)萘考s3萬m3(其中消防儲備約2萬m3為平時不可動用,其余1萬m3為生活調(diào)節(jié)容量),1萬m3即為城市給水管網(wǎng)中的總調(diào)節(jié)容量。這部分分散在各城區(qū)和建筑物內(nèi)儲水池的調(diào)節(jié)容量基本處于閑置狀態(tài)，另外供水公司自身建設的給水調(diào)節(jié)構筑物容量也很大�？梢�,城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)存在著巨大的調(diào)節(jié)潛力。一般來說,目前儲水池進水基本是隨用隨補,其調(diào)節(jié)容量尚未被利用,調(diào)節(jié)容積僅僅作為事故時段內(nèi)的生活儲備,是一種很大的浪費。這種隨用隨補的進水方式,既不能使水池的進水錯開城市用水的高峰時段以降低高峰用水時對城市供水的壓力,也不能充分利用水池的調(diào)節(jié)容積,是一種落后的進水方式。一方面是城市給水管網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力不足,并沒有合理調(diào)節(jié)功能，沒能節(jié)約費用。另一方面是大量的儲水池調(diào)節(jié)容量處于閑置未利用狀態(tài),理論上不能說管網(wǎng)的現(xiàn)狀是合理的。以煙臺市萊山區(qū)為例,若能充分利用管網(wǎng)中的生活用水調(diào)節(jié)容量,年節(jié)約動力費用120萬元。
2提高城市給水管網(wǎng)調(diào)節(jié)能力
從以上的討論可知,解決高峰用水時的供需矛盾除了加大水廠與管網(wǎng)的供水能力外,一方面在于充分利用管網(wǎng)內(nèi)的調(diào)節(jié)水池容積以滿足高峰用水時的需要;另一方面需要改善隨用隨補的進水方式以使得管網(wǎng)內(nèi)調(diào)節(jié)水池的進水與高峰用水時段錯開,不發(fā)生水池與用戶“搶水”的現(xiàn)象。為了達到以上目的,提出以下幾項技術措施。
2.1供水公司可根據(jù)詳細調(diào)查資料和合理預測城市管網(wǎng)設施中的調(diào)節(jié)水量，興建大容量高位水池構筑物，主要靠重力供水，根據(jù)谷值電價時段及以下論述合理推算水池最經(jīng)濟容量。這種供水模式大大節(jié)約費用，調(diào)節(jié)用水量大，給水系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定。
舉簡單例子說明：萊山區(qū)日用水流量3萬m3/d,供水公司水源地水質(zhì)較好，采用地下水源，井群遙控一級泵站取水送至水廠附近2KM山頂興建的水池。根據(jù)谷值蓄水量等經(jīng)計算水池容量1.5萬立方米。經(jīng)電業(yè)局的批準，水廠實行峰、谷、平時電價，峰時電價0.8421元/度、谷時電價0.2526元/度、平時電價0.5614元/度。水廠共有提水井（泵）20眼（臺），單泵提水量80噸/時，潛水電泵型號250QJ80-120-45KW，水廠小時最大供水量1600噸。降耗節(jié)支核算：
a完全利用谷值時段提水，電費支出核算：
（1）每度電提水量：1.78噸，每噸水耗電：0.563度。
�。�2）每方水電價0.142元/噸（谷值電價0.2526元/度）。
b、完全利用平值時段提水，電費支出核算：
�。�1）每度電提水：1.78噸/度，每噸水電耗：0.563度。
�。�2）每單方電價：0.316元/噸（平值電價：0.5614元/度）。
單方水節(jié)約值：∆=0.316元/噸-0.142元/噸=0.174元/噸
c、完全利用峰值時段提水，電費支出核算：
（1）每度電提水：1.78噸/度，每噸水電耗：0.563度。
�。�2）每單方電價：0.474元/噸（平值電價：0.8421元/度）。
單方水節(jié)約值：∆=0.474元/噸-0.142元/噸=0.332元/噸。
d、若按谷值時段最大供水能力估算節(jié)約值：
（1）、谷值較平值時提水節(jié)約：Q*∆=1600噸/h*8h*0.174元/噸=2227.2元。
即水廠谷值時段提水比平值時段提水日節(jié)電費2227元，年節(jié)電費：365日*2227元=81.3萬元。
�。�2）、谷值較峰值時提水節(jié)約：Q*∆=1600噸/h*8h*0.332元/噸=4250元。
即水廠谷值時段提水比平值時段提水日節(jié)電費4250元，年節(jié)電費：365日*4250元=155.1萬元。
(3)、谷值比峰值節(jié)約率：55.06%;谷值比峰值節(jié)約率：70.04%.
供水公司建設水池雖然一次性投資較大，但經(jīng)濟效益巨大，根據(jù)經(jīng)驗在3~5年內(nèi)即收回建設成本。因此，節(jié)約效益巨大。
2.2城區(qū)儲水池的進水管上設置流量控制裝置為避免儲水池進水流量過大造成“搶水”,流量控制裝置應能夠在一定的時間內(nèi)基本做到平均進水,在時間上分段控制進水流量,以避開用水高峰時段,利于城市給水管網(wǎng)的均衡供水,起到調(diào)節(jié)用水高峰的作用。其關鍵是確定儲水池的平均進水流量。
事實上,目前較難準確控制儲水池平均進水流量,或者說采取的技術措施在經(jīng)濟上不合算、可靠性不盡人意。
筆者認為,沒有必要準確控制儲水池平均進水流量而采取造價高、結構復雜及維護不便的技術及設備,只要能夠?qū)⑦M水流量控制在預定的范圍內(nèi)并保持大體穩(wěn)定,就可以滿足要求。
2.3、城區(qū)儲水池的進水控制采用大落差水位自動控制裝置。目前,低位儲水池(水箱)的水位控制裝置通常采用浮球閥或液壓水位控制閥,浮球閥這種控制方式會較快磨損密封組件導致水位控制裝置關閉失靈,造成水量流失。液壓水位控制閥并沒有從根本上改變上述狀況,也不能起到所要求的利用水池調(diào)節(jié)容積的作用。而采用大落差水位自動控制裝置具備以下主要特點是:①改變目前儲水池隨用隨補的進水方式,采用大落差水位進水,即當水池內(nèi)水位下降到設定的低水位時,才開啟裝置進行補水,落差水位高度可預先設定,也可根據(jù)現(xiàn)場要求設定;②大幅度提高水位自動控制裝置的使用壽命;③在城市給水管網(wǎng)用水高峰時段(約2h),能夠自動停止儲水池從管網(wǎng)進水,以錯開用水高峰,并具有強制自動進水功能;④具備水力自動控制功能。
這種大落差水位自動控制裝置不但能有效減少進水開關動作次數(shù),顯著提高水位自動控制裝置的使用壽命,而且具備調(diào)節(jié)進水功能,為充分利用儲水池(水箱)的可調(diào)節(jié)容積提供了必要條件。而且,采用大落差水位自動控制裝置更加有利于水池進水有序替換,間接提高用水衛(wèi)生品質(zhì)。
2.4大力推廣帶調(diào)壓節(jié)流裝置的衛(wèi)生用水設備設計規(guī)范規(guī)定,給水系統(tǒng)對于辦公水壓超過0.45MPa、住宅水壓超過0.35MPa時均應進行垂直分區(qū)。一般來說,衛(wèi)生用水設備的最佳工作水壓在0.15MPa左右。過低的水壓可能不能正常使用或者舒適性不夠,過高的水壓容易損壞衛(wèi)生用水設備,也會造成大量水的浪費。因此應大力推廣使用結構簡單、動作可靠有效、使用壽命長、價格低廉、安裝方便的節(jié)流裝置,動態(tài)的調(diào)壓節(jié)流,使出水流量不隨管網(wǎng)供水壓力而變化,達到均衡及節(jié)約用水的雙重目的。
可以預見,大面積推廣使用帶節(jié)流裝置的給水設備,將最大限度降低城市給水管網(wǎng)的高峰用水流量,有效緩解及改善管網(wǎng)用水緊張狀況。
3結語
城市給水管網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的充分發(fā)揮離不開管網(wǎng)設施的完善與有效的管理,因地制宜，供水公司建設高位水池采用重力供水，響應國家節(jié)能低碳要求挖潛節(jié)能效益巨大。除此之外,新技術新設備的采用亦不可或缺。新的流量控制裝置、大落差水位自動控制裝置及調(diào)壓節(jié)流衛(wèi)生用水設備等的采用對提高管網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力、緩解高峰時段城市給水管網(wǎng)的供需矛盾不僅意義重大,在經(jīng)濟上也是可行的。
參考文獻：
[1]陳耀宗，姜云源，胡鶴鈞，等.建筑給水排水設計手冊[M]；.北京：中國建筑工業(yè)出版社。1992.
