永州市自来水公司 湖南永州 425000
摘要：随着城镇化进程的不断加快，大量人口涌入城市，城市建筑快速发展。城市给水系统是建筑重要的组成部分，城市给水系统关系到社会生产用水以及居民生活用水，是城市重要的基础设施。随着城市快速发展，大量的老旧小区以及棚户区进行改造，小区供水管网需要进行改造或者重建，所以导致小区经常出现供水压力不足等问题。本文主要分析了城市供水水压不足的原因，并结合具体的案例阐述用无负压供水系统解决城市供水水压不足的问题，希望能为城市提供更优质的水源，促进城市稳步发展。
关键词：城市供水系统；水压不足；供水管网
水是人们生活、生产过程中必不可少的资源，城市供水系统关系到老百姓的切身利益。因此，近年来，各级政府积极建设完善城市供水设施，以满足城市居民工业用水、生活用水以及消防用水等需求。然而，随着城市快速发展，城市水污染、水资源利用率低、城市管网设置不合理等因素，导致城市供水水压不足，影响居民正常的用水。城市供水水压不足是当前城市供水系统解决的首要问题。无负压供水设备占地面积小、节约资源、供水质量好，因此在城市住宅小区应用十分广泛。
一、造成城市供水水压不足的原因
按照我国住建部城市供水系统相关要求，城市管网末梢压力不能低于0.14MPa，管网压力合格率必须大于97%。但是近年来，随着城镇化的发展，大量人口涌入城市，造成城市用水量急剧增长，尤其是一些水资源缺乏的城市，经常出现供水压力不足的情况，无法满足城市居民用水需求。造成这种现象，主要由于我国城市人口增长、水污染造成城市水位下降、城市水资源利用低等原因导致。由于城市规划缺乏长期性，造成城市规划远远落后于城市发展需求。在城镇化过程中，大量的人口涌入城市，城市供水范围不断扩大、供水量不断增加，城市供水管网负荷压力不断增加，尤其是用水高峰期，水头损失增大，造成部分管网末端用户水压下降或者水压不足，影响小区正常的供水水压。同时，一些城市管网设施已经严重老化、长期运行过程中，造成爆管、管道开裂等问题，进一步加剧了城市供水紧张的局面。
二、城市供水水压不足解决策略
因城市的扩容，供水水压不足，大部分的小区采用了无负压供水设备解决水压不足。
2.1无负压供水设备的优点
无负压供水也称叠压供水，即利用室外给水管网余压直接抽水再增压的二次供水方式，是近年来发展起来的一种新型供水方式。这种无负压供水方式，能解决城市高层住户因为水压不足而无法正常用水的问题。与传统的增压方式不同，这种无负压供水设备使用高性能的变频器，结合数字微机控制技术，智能化水平比较高，可以实现恒压、变压多种控制方式，系统可以根据水量的变化，进行泵组循环变频，并均衡各个水泵的工作量，从而延长水泵的使用寿命。其次，由于无负压供水系统通过微机控制水泵，对机械设备的磨损比较小，可以延长设备的使用时间。同时，系统还具备自动检测功能，能够自动调节用户管网的水量和水压，让水泵处于高效运转状态，比气压罐式供水方式更加节能，从而确保供水系统的稳定性、安全性。
2.2无负压供水系统工作原理
无负压供水设备主要由稳流补偿器、真空抑制器、变频控制器、水泵、控制仪表以及管道配件构成。目前市场上常见的无负压供水设备可以分成罐式无负压供水设备和箱式无负压供水设备，罐式无负压供水设备调节能力比较小，适合市政管网水力条件比较好的住宅小区。箱式无负压供水设备调节能力比较大，适合市政管网水力条件比较差的地区。当前，大部分的城市管网采用罐式无负压供水设备。下图是罐式无负压供水设备运行原理图：
图中的真空抑制器有效的避免了负压对水管的影响。如果市政水网的压力高于供水系统设置的压力值，压力传感器会将信号传输到变频控制柜，这个时候供水管网的水泵机组就处于停滞状态，自来水管网通过连接管路直接向自来水用户进行供水。如果市政水网中的水压降低，居民用水量增加时，压力传感器将水管网末梢的压力信息反馈到变频控制柜，这个时候水泵会自动调节变频器的输出频率和水泵转速，从而保证供水水压保持一个稳定的状态。水泵机组根据供水水压的需求进行调节。如果自来水水泵机组的出水量和自来水管网中的进水量一致时，真空抑制器通过无负压供水设备的稳流补偿器，将管网与外界隔离起来，水泵机组通过自来水的压力提供恒压供水。如果水泵机组的出水量和自来水管网的进水量不一致时，真空抑制器通过稳流补偿器的监测装置采集稳流补偿器的真空度和水位信号，将采集到的信息反馈到变频控制柜中。PLC变频控制器控制负压消除器的动作，从而控制负压的产生，确保无负压供水设备对市政管网不会造成任何影响。如果市政管网遇到突发性情况，停止供水。那么无负压设备的水泵机组依然能够持续运转一段时间，直到稳流补偿器的水位下降，降低到水位线的最低处才会自动停机，如果市政管网供水恢复，无负压设备会自动启动。这样确保无负压设备在市政管网断水的情况下，依然能够正常运转，向住户供水。如果控制系统停电，则水泵机组立即停止工作。但是自来水通过市政管网能够向小区内的中低层用户供水。只要电力恢复正常，水泵机组会自动恢复正常，并立即向用户供水。这种供水方式比传统的水箱自动化水平更高，系统更加灵活。
2.3无负压供水设备运行情况
在市政供水管网的出水管道上安装压力表，24小时监测城市供水管网水压的运行情况，并及时将信息传输到变频控制柜中，变频控制柜收到数据信息，自来水管网在不产生压力的情况下，供水设备进行自动化运转。如果市政供水管道的压力大于0.2MPa，在满足居民用水流量的情况下，变频控制会会向开关元件发布指令，自动关闭其中一个电动阀门，然后开启另外一个电动阀门，同时启动无负压设备从市政管网中抽取水量；如果市政用水管网的压力小于0.2MPa时，并在水量不足的情况下，自动开启其中一个电动阀门，然后关闭另外一个电动阀门，无负压设备自动切换模式，自动从水箱取水供用户使用。在变频自动柜的控制下，无负压供水设备能够充分利用城市市政管网的压力，并叠加压力，节省设备发电量用来满足居民用电需求。如果市政供水管网的压力和流量无法满足居民用水需求，则通过变频控制柜自动关闭城市供水管网，管网系统的水泵自动切换状态，到水箱取水，这样在确保供水管网正常运行的情况下，也不会对市政管网产生负压。
2.4无负压供水设备解决小区供水案例
2.4.1工程概况
某小区内共有18栋建筑，建筑高度为86米，最高层22层，其中1—12层为中区，13—22层为高区，该住宅小区一共有1600户住户。
2.4.2小区生活用水流量计算
2.5小区供水方案设计
根据城市供水管网在小区入口处水压的监测，每天的高峰时段在下午6：00—8：00，该时段的供水压力低于0.2MPa，其他时段市政供水管网压力在0.25MPa—0.3MPa，该小区供水管网全天候无法满足小区的用水需求，因此在高峰时段需要使用低位水箱供水，水箱的容量必须满足高峰时段的用水需求，也就是晚上6：00—8：00的时间。根据市政供水管网压力监测系统监测数据，低位水箱的有效容积为175m³。如果采用传统的变频供水模式，供水管网的流量为155m³/h，使用三用一备的供水模式，单台水泵的功率为18.5KW，那么每年所需的电费为281984.4元。如果使用箱式无负压供水设备，供水系统应用原有的供水压力，流量依然为155m³/h，但是水泵扬程最大值为66MI，单台水泵的功率为15KW，使用三用一备的供水模式，每天泵机运转的时间为8小时，在低峰时段，一台或者两台水泵运转就可以了，运转时间为12个小时，夜间时间水泵处于休眠状态，那么一年的电费为114318元。从方案中可以看出，采用无负压供水系统，每年可以节省电费达到了16万元，节能效果显著。
结束语
我国是一个干旱缺水严重的国家，可利用的淡水资源十分有限，加速水资源污染、水资源浪费等现象十分严重，进一步加剧了水资源危机，水资源缺乏已经成为制约经济发展的瓶颈，并影响居民正常的工作和生活。因此，国家以及各地政府要引起重视，积极改造城市管网工程，提高供水管网的运行效率，提高城市二次回水利用率，从而有效地缓解中国缺水矛盾。
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作者简介：
唐国燕（1978-），女，汉族，湖南零陵人，大学本科，工程师，主要从事城市供水管网设计与施工以及市政工程造价工作。
论文作者:唐国燕
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：管网论文; 水压论文; 负压论文; 城市论文; 水泵论文; 设备论文; 市政论文; 《基层建设》2017年第12期论文;