郭照锋

摘  要：为了供水科学调度，对公司服务区域内163套二次供水设施进行升级改造，在二次供水水箱进水阀位置加装远程控制装置，并与自来水公司调度中心联网，在用水高峰时间段关闭进水阀，非用水高峰期开阀储水，利用二次供水水箱的调蓄功能，实现削峰填谷，起到高峰期稳定管网水压的目的。经过精准化调控，起到了错峰供水的作用，由于错峰生产，同时起到了节约电费的作用。精准化的调控无论是应对夏季高峰供水，还是节能降耗，都具有重大意义。

关键词：二次供水  削峰填谷  管网压力  节能降耗

中图分类号：TU991.3  文献标识码：A

Abstract： In order to scientifically dispatch water supply， 163 sets of secondary water supply facilities in our service area were upgraded. The remote control device shall be installed at the inlet valve of the secondary water supply tank and connected with the dispatching center of the water supply company. The inlet valve was closed during peak hours， and the valve was opened for water storage during non peak hours. The regulation and storage function of the secondary water supply tank was used to realize peak shaving and valley filling. It can stabilize the water pressure of the pipe network in the peak period. Through precise regulation， it plays the role of staggered peak water supply. Due to staggered peak production， it also plays the role of saving electricity charges. Precise regulation is of great significance to deal with peak water supply in summer and energy conservation and consumption reduction.

Key Words： Secondary water supply; Peak cutting and valley filling; Pipe network pressure; Energy saving

1 背景與意义

1.1背景

随着郑州市高新技术产业开发区（以下简称：高新区）的高速发展，人口的急速的增加，2018年高新区用水用户超过16万户，管网供水不足开始显现。夏季用水高峰初期，高新供水陆续接到多起投诉电话反映用水压力低，用水高峰期无水的情况。经工作人员上门实地访查发现，这些用户多是小区直供层用户，一楼商户和工业用户等。经测量个别商业用户在用水高峰期供水压力在0.1 MPa左右。

水压低和无水的情况严重影响了居民的正常生活和高新供水的服务质量。经统计，这些用户大多分布在管网末梢位置和个别规模较大小区。随着开发区不断的发展建设，每年都有大量人口和企业增加，用水量也每年都在递增，提高管网供水能力，改善管网末梢供水压力是高新供水有限公司面临的急迫问题[1]。

经过调查分析，绝大部分用户用水压力低原因是管网供水压力低，供水管线过长，距离水厂较远，高峰期水厂供水不足导致。2018年供水高峰时期，高新供水公司供水量达9.8万m3/d，接近满负荷（10万m3/d）运行，然而水厂日生产水能力/d，清水池容积却只有9 000 m3，无法满足高新区城市日益增长的用水需求。

1.2解决方案分析

通常解决供水压力低问题的方法多采用加大给水管通径，提高供水压力。目前，水厂已有两条DN1000供水管线， 高峰期供水压力已提高至0.42 MPa，但如果增建新的供水管线和送水泵房，也会受到清水池只有9 000m3容积的限制。且考虑施工环境及施工周期等因素，无法保证短期内实现。然而水厂的日产水能力是17万m3，鉴于此，那么是否可以增建大容积清水池充分利用水厂产能呢？高新区水厂占地面积只有约20 000 m2，水厂现有设施已经非常紧凑，即使忽略其他因素，仅场地面积限制已经使得增建清水池方案不可行了。另外，高新区水厂位于高新区东南角位置，供水管线过长，沿途水头损失严重。

综上所述，从根本上解决当前问题还是要建设第二水厂，才能有效改善管网末梢供水压力，但受资金和施工周期影响，还无法解决近两年供水压力。因此，需要寻求新的方法来解决短期内面临的问题。经调查统计，目前高新区有二次供水泵房134个，水箱163个，总容积约16 953m3。这些水箱的进水都采用浮球控制方式，水箱一直保持满水状态。那么如果能充分利用这些水箱的蓄水功能，错峰供水，将能充分发挥水厂产能，缓解供水压力。

2技术方案设计

2.1设计原则

设计目的是利用二次供水泵房水箱蓄水功能实现错峰供水，缓解管网供水压力，改善管网直供用户的用水质量，然而改造措施需要实施在二次供水泵房。那么在二次供水泵房改造方案设计时应该遵循一定的原则。

2.1.1 安全原则

不论采用任何方案或改造方式，都应该保证安全的前提下实施。在方案设计过程中应该考虑到可能影响安全的因素。如果泵房水箱溢水或管道漏水造成地面积水，为了保障维修人员的安全，应当在控制箱内设置漏电保护开关，在设备验收过程中，应当重点检查是否安装漏电保护开关，检查控制箱是否有效接地。

2.1.2 用水保障原则

二次供水泵房改造后必须保证二次供水用户的用水压力和用水质量。应当采取措施确保二次供水水箱水质，供水量和防止溢水。

2.1.3稳定

改造技术方案实施时，应当先选择改造地点进行足够时间和多项目的测试，提供一个可靠的控制系统，以便更好的推广和实施，避免因系统不稳定给用户带来诸多的不便而造成用户的抵触，给方案的推广和大面积实施形成阻碍。给高新供水公司形象带来损害。

2.1.4经济原则

采取方案在满足功能需求的同时应当尽可能地降低改造成本[2]。

2.2准备工作

在方案设计前对高新区所有泵房进行了调查和统计工作作为方案分析和设计的依据。统计内容包括泵房位置，二次供水设备品牌，水箱容积，溢流口高度，进水口高度，浮球高度，出水口高度，有效调节容积，供水用户数量，二次供水水泵保护液位等。

2.3智慧化改造方式

2.3.1现状进水方式

目前，中、高层泵房水箱主要由水力浮球阀进行控制，水力浮球阀安装在水箱进水口处。当水位下降到浮球阀低位时，主阀门打开进水;当水位升高到浮球阀高位时，主阀门关闭进水。这种补水方式虽然简单，但是频繁开启阀门，容易造成进水浮球阀的损坏，造成对市政管网压力的冲击，绝大部分时间水箱液位一直保持在高水位状态，水箱里的水无法得到充分置换，对水质也会造成一定的影响。

2.3.2 二次供水精准化控制原理

精准化控制的原理就是，将水箱进水阀门改造为可远程控制阀门，在用水高峰期关闭进水阀门，使用水箱中储存的水给高层用户供水，避免用水高峰期水箱进水阀门打开给管网压力带来的损失，从而改善直供用户用水质量，在用水低谷期打开供水阀门给二次供水水箱补水，通过这种方式来合理利用水厂产能，实现用水平衡、稳定管网压力、节能降耗[3]。

2.3.3 系统架构及基本功能

（1）在每个泵房内安装一套配水控制终端，内设工业级可编程控制器，可实时控制二次供水水箱进水阀门，可监测测水箱液位状态。（2）设置人机操作面板，可实现本地操作和参数设置。（3）设本地手/自动操作模式，可实现系统本地手动运行和自动运行，提高系统可靠性，保障本地供水。（4）可设置至少4个高峰时间段。（5）设置物联网传输终端，能够通过移动无线网络将数据实时传输到企业数据中心服务器，并能够实现远程控制阀门开启和设置参数。（6）企业数据中心软件平台具备历史数据记录，报警记录，历史数据查询，用户操作日志等功能。（7）根据水箱溢流口位置和进水口高度设置高水位，当水位到达高水位后关闭进水阀门，根据出水口高度和二次供水水泵保护液位设置低液位，当水箱水位低于低液位时打开阀门开始蓄水[4]。

配水控制终端根据设定的高峰期时间段开启和关闭阀门，当进入高峰时段后关闭阀门，高峰时间段结束时打开阀门，同时根据液位计控制水箱液位，保证高层用户有水用的情况下，尽可能在高峰期减少水箱进水。

2.4保障措施

（1）设置低峰期液位上限：如果电磁浮球阀坏的情况下，会一直补水，此参数设定上限防止水溢流到水箱外部。

（2）低峰期液位下限：浮球阀正常的情况下，此参数不起作用，以浮球阀位置作为液位控制。当浮球阀坏的情况下，此参数为了保证在低峰期都能维持在一个高水位。

（3）高峰期液位上限：此参数设置要低于低峰期上限，高峰期尽量减少补水时间，补到上限即关闭电磁阀。

（4）高峰期液位下限：此参数设置要高于停泵液位，留足补水时间，防止补水不及时造成停泵现象。

（5）浮球阀液位：根据现场测量所得。

（6）报警上限：低于溢流口位置，达到此上限即报警通知管理人员。

（7）报警下限：高于停泵液位，达到此上限即报警通知管理人员。

（8）在接近地面2 cm位置设置水浸开关，如检测到有溢水情况同样发出报警信号通知管理人员[5]。

2.5试点测试

由于关系到超10万户居民用水，因此在方案整体实施前为确保系统运行的稳定、可靠，要对系统进行全面的测试。首先，选择相对比较近的，方便维护的13个居民社区作为试点来测试系统的稳定性和实用性。其次做好应急方案，安排好机动人员，随时准备处理故障停水问题，以免造成长时间停水，影响居民正常用水。

3智慧化改造的效果及其他作用

用时两个多月，高新区130多个泵房改造完毕。经过一段时间的使用和测试，对泵房智慧化改造的效果做了总结，并发现了一些有利于供水服务工作的其他作用。

3.1 错峰供水，缓解高峰供水压力

图2是某居民小区二次供水泵房12月份28日0點到31日0点的液位历史曲线和阀门状态图，从图中可以看出液位和阀门状态随时间的变化。

在1：30开启阀门，液位从1.6 m补至2.1 m;在7：00～9：30早高峰期间关闭阀门，从水箱取水，液位从2.0 m降到1.63 m，过了高峰期开始打开阀门补水。在21：30开始进入晚高峰期间关闭阀门，从水箱取水，液位从2.05 m降到1.56 m，直到过了1：30打开阀门开始补水。

3.2 发挥蓄水功能，利用水厂夜间产能

水厂的产能是17万m3/天，用水主要集中在24：00点前，如果使二次供水水箱在每日0点后补水，将会在一定程度上缓解白天供水压力。

3.3协助管理人员了解现场状况并提高服务效率

二次供水部门工作人员可以通过浏览器访问服务器查看采集到的实时数据和历史数据，依据这些压力、阀门状态，参数设置等。根据这些可以预先分析造成泵房设备故障的原因，可以为去现场处理问题做好准备工作，甚至避免去现场处理问题。

3.4 及时发现和解决溢水事件

每处本地控制系统都设有水浸开关和报警输出。或通过报警输出警示物业管理人员，或通过公司数据中心报警提示二次供水服务人员，都能够及早地发现泵房溢水事件，以便及时处理。同时，二次供水部门服务人员可以通过历史数据分析溢水原因。

3.5 改善水箱中的自来水水质

水箱液位通常是由液位浮球开关来控制的，水箱的液位长期保持满水状态，这样不利用其内部水的循环，容易存在死水区。智慧化改造后通过电动浮球阀启闭、在高峰期最大程度地从水箱取水，避免因自来水长期在水箱内存留而造成的二次污染，极大地改善了水箱水质。

3.6 降低生产成本

因为高峰期利用水箱作为清水池，可以减少白天水厂水量的供应，据郑州市2018年电费收费标准，夜间0：00以后电价约为平段电价的50%。夜间箱补水能够增加水厂夜间产量，做到均衡生产，同时可以降低水厂的用电成本。

4 技术展望

4.1 智能自适应调控

各个二次供水泵房存在水箱大小不同，用水量不同，进水管道通径不同。如果结合自动化控制技术，通过单个控制终端，记录和分析该泵房的用水量和用水时段，自动调整进水量和进水流量，实现不同泵房的差异化控制，达到按需供给的目的;避免生活用水在水箱中过多的滞留，提高用水质量，减少保鲜和杀菌药剂的投放[6]。

4.2  实现智慧化云控制

以智慧水务平台为控制中枢，根据区域管网压力统筹控制二次供水泵房进水时间和流量，平衡管网压力，提高管道使用寿命，降低爆管率，从而提高居民用水质量，降低漏失率和二次污染[7]。

4.3 努力降低改造成本

总结实施结论，优化、完善技术方案，形成企业标准。利用二次供水设备原有控制系统，降低改造成本。

参考文献

[1]陆智勇，倪云.中高层住宅二次供水泵房水箱削峰作用的探索和研究[J].城镇供水，2020（1）：65-72.

[2]楊亚龙，杨先锋，方潜生.基于新型建筑智能化平台的二次供水优化运行算法研究[J].安徽建筑大学学报，2020（3）：26-31.

[3]庄仲辉.宁波市二次供水改造方案优化设计研究和探讨[J].给水排水，2015，51（12）：79-81.

[4]赵丹，张建煜，王申，等.浅谈郑州市二次供水水箱优化调控改造思路[J].城镇供水，2019（6）：51-53，24.

[5]邹享保，王文胜.新型智能二次供水控制系统研究[J].机电信息，2019（24）：36-38.

[6]郭晶晶，王雲子.信息技术在二次供水行业监管中的应用探析[J].城镇供水，2021（4）：92-94.

[7]高伟，程彩霞，赵晔，等.加强小区二次加压调蓄设施建设与管理思路研究[J].城乡建设，2020（14）：20-22.