屋頂水箱的二次污染對策
1 屋頂水箱的作用
屋頂水箱是給水系統中分布在多層居民住宅樓頂的一種調蓄構筑物，為三層以上的用戶供水。在以往城市水廠生產能力不足、管網供水能力差、城市水壓普遍偏低的情況下，設置屋頂水箱是解決供水矛盾簡單實用而且行之有效的措施。屋頂水箱主要有以下作用：
(1)屋頂水箱具有調蓄節能功能。屋頂水箱通常在夜間等用水低谷利用管網余壓補充蓄水，在用水高峰管網壓力下降出水，解決了三層以上居民用水高峰時的用水問題，緩解了管網供水能力不足的狀況。
(2)有利于水廠的運行管理。屋頂水箱的調蓄功能降低了水廠供水的時變化系數，方便了水廠管理和供水泵房調度，減少了水廠清水池調蓄容量，節省了投資。
(3)提高了供水安全性。水廠和管網的施工、維修會導致局部區域暫時停水，屋頂水箱的調節能力可以降低受影響的程度。
2 南京市屋頂水箱的狀況
南京市地處長江中下游地區，一面臨江、三面環山，屬于丘陵地形。市區內地勢起伏，地面標高在6～39 m之間，高差達三十多米。市內供水管道成環成網，相互連通。由于未采用分區供水方式，因此，在地勢較高的地區設置增壓站局部增壓，絕大部分多層住宅設有屋頂水箱。據統計至2000年，南京市有屋頂水箱約3.5萬只。由于在管網中所處的位置不同，地面高程不同，屋頂水箱實際工作狀況也有不同，主要有以下四種情況：
(1)管網壓力較高的地區，用水高峰時，水箱一邊進水一邊出水，其進出水量基本相同，水箱只在事故停水時起到臨時水源的作用，屋頂水箱實際未起調節作用。
(2)另一些管網壓力較好的地區，用水高峰時，一些水箱邊進水邊出水，但進水量小于出水量，水箱起到了一定的調節作用。
(3)大部分地區用水高峰時由水箱供水，用水低谷時水箱進水，水箱真正起到了調節作用。
(4)管網壓力很低的地區，水箱絕大部分時間無法進水，沒有調節作用。
在使用過程中發現屋頂水箱存在以下問題：
(1)目前在用的絕大部分是鋼筋混凝土結構的老式屋頂水箱，水箱本身有缺陷。其內壁較粗糙很容易附著污垢、滋生青苔；密封性較差，外界污染物如灰塵、小昆蟲易進入水箱污染水質。
(2)由于屋頂水箱屬于房屋產權單位所有，不少產權單位對水箱管理不到位。有的水箱沒有蓋上，老鼠、鳥類等小動物淹死在水箱中，污染水質，還出現外來人員夏季在水箱里洗澡洗衣服的情況。水箱得不到定期清洗，污垢、青苔、鐵銹等在水中形成二次污染。
(3)隨著近幾年來城市供水狀況的改善，部分地區的水箱高峰時也能夠進水，水箱邊進水邊出水，易形成短流，局部區域成為死水區，長期下來水質變差，余氯量降低，容易孳生病菌，引起二次污染。
(4)大多數屋頂水箱是用浮球閥來控制進水的，浮球閥容易損壞，特別是在水壓較高的地區，導致水位超過溢流管口流入下水系統，這也是造成總表、分表水量差的一個原因。
隨著城市生活水平的提高，居民對飲用水水質的要求也越來越高，由于存在以上問題，媒體對屋頂水箱二次污染的情況也有不少報道，因此，如何解決水箱二次污染的課題便擺在了供水部門的面前。
3 國內其他城市的狀況
以上現象在國內其他城市也普遍存在，各地對此也進行了一些研究。杭州市以全面取消屋頂水箱為目標，按照140萬m3/d的供水規模進行非常詳細的研究，研究結果需投資11.8億元，實施難度較大；上海市也曾做過研究，提出多種方法并用的方案；溫州市打算采取有條件地區取消水箱的辦法，但由于該市大部分住宅樓底層是商業網點，取消水箱后無法滿足消防要求而未實施；合肥市也開始采用取消屋頂水箱的方法解決二次污染。
4 南京市防止屋頂水箱二次污染的對策
4.1 方案一
方案一為在江南主城范圍內全面取消屋頂水箱。
根據有關國家規范，結合多層住宅內部供水現狀，經計算，多層住宅用戶接水點的壓力在 31 m水頭方能滿足要求。如果全面取消屋頂水箱，水廠和管網的供水能力需考慮增加在高峰時由水箱提供的水量。目前江南主城的最高日時變化系數約為1.2，《室外給水設計規范》2.0.2A條規定最高日城市綜合用水的時變化系數宜采用1.3～1.6，并說明特大城市宜取下限。南京市的民用水占總供水量的1/3左右，而高峰時三層或四層以上是由水箱供水的，考慮到其中有一部分水箱已不起作用，另有部分高層建筑和水池泵房供水的小區不受屋頂水箱取消與否的影響，在高峰時將水量增加8.3%(即K時≈1.30)。按以上情況進行管網平差計算，計算結果各水廠需提高揚程1.5 m左右，這部分揚程主要用于克服水量增加引起的沿程水頭損失，而為了滿足取消屋頂水箱后的壓力條件，整個管網還需提高壓力10 mH2O左右，因此水廠泵房共需提高揚程12 m左右方能滿足要求。這樣需做以下工作：
(1)改造泵房。江南主城目前共有6座二泵房、5座增壓站，機組60套，取消屋頂水箱后，所有機組將都不在高效區工作，必須更換。由于沒有了水箱的調蓄功能，泵房需增加變頻裝置，相應地泵房需要擴建。
(2)增加水廠清水池的調蓄容量。江南主城供水能力為173萬m3/d，按常規10萬m3/d以上水廠考慮10%的清水池調蓄容積，取消屋頂水箱后調蓄容量將轉嫁到水廠，適當增大按12% 計，約需調蓄容積20.76萬m3，而目前只有10.9萬m3，需新增10萬m3的清水池。
(3)在亞東地區、寧南地區設置大型增壓站各1座，市內地勢較高地區設置小型增壓站50 座，并對配套管網進行調整。
(4)由于揚程提高，整個管網的壓力普遍提高較大，為保證供水安全，原有的自應力、預應力砼管道必須全部更換，并將材質較落后的灰口鑄鐵管(DN=500～DN=1200)視年代先后約需更換一半左右。
經計算，以上各項工作共需資金12.5億元左右，其中尚未包括大量的小區內陳舊的小配水管改造和取消水箱以及室內管線改造的工程費用。
4.2 方案二
方案二為在有條件的地區逐步取消屋頂水箱，多種措施并用。
在不全面提高管網的供水壓力的情況下，逐步取消起不到調節作用的屋頂水箱。在水箱仍能起到調節作用的地區，通過改造老式水箱，加強水箱管理和改為水池泵房供水方式達到防止水質二次污染的目的。
按照此方案實施，須考慮以下問題：
(1)根據江蘇省建設廳蘇建科(2000)351號文規定，新建住宅限制使用屋頂砼水箱，推廣使用不銹鋼或食品級玻璃鋼水箱。在供水方案階段就對水箱材質提出要求，在供水設施驗收階段進行把關。水箱可多戶共用不抄表到戶或每戶一只小水箱抄表到戶；對于老戶，可對原有水箱進行改造，如對老水箱內防腐或增加內襯。
(2)水壓不滿足要求的成片小區還可通過設置水池泵房的方式取消屋頂水箱，但須注意規模效應，據測算，供水規模超過400戶采用水池*.水泵供水方式就比較經濟。
(3)取消屋頂水箱后，直供水地區一旦發生爆管等事故將完全停水。因此，為提高供水安全性，應對管網中安全性不高的自應力、預應力砼管、灰口鑄鐵管逐步進行更換。
經計算，完成以上工作約需資金5500萬元。
4.3 方案比選
方案一取消屋頂水箱較徹底，能夠解決水箱二次污染問題，但一次性投資非常龐大，管網因壓力提高需大量改造，實施較困難，全部取消江南主城的屋頂水箱后，還將存在以下問題：
(1)由于水壓提高導致自來水生產成本增加，每年在電費上需增加的費用按2000年的年產水量44950.34萬m3計，目前揚程45 m左右，二泵房電耗0.198 5 kW·h/m3，增加揚程12 m，每年需增加的用電為2380萬kW·h，以0.65元/(kW·h計)算，共計1547萬元(其中未計增壓站二次增壓需增加的電費)。
(2)水壓提高后自來水的漏失率將大幅增加。
(3)爆管的情況會大量增加，特別是陳舊的配水管容易發生爆管，爆管后的各種損失及供水搶修工作量都將大量增加。
(4)由于取消了屋頂水箱，沒有儲備水量，發生事故時受影響地區將完全斷水。
(5)由于水壓提高，原來管網壓力較高地區水壓將更高，居民家中的用水器具長期在高壓下工作，將縮短使用壽命，還有可能因水壓波動產生噪音。
方案二在有條件地區取消不起作用的水箱，對水壓不足地區只是進行改造，投資相對很少，對供水影響較小，也能夠有效解決水箱二次污染問題，但實施過程中必須充分考慮周全，采用新式水箱時對設計、施工和材質都應嚴格把關。
結合其他城市的情況綜合比較，決定采用方案二。
5 方案實施情況
我公司根據方案二，采用以下方法實施：
(1)利用上海同濟宏揚軟件公司開發的供水管網實時水力模擬軟件建立了管徑在DN=500 以上的模型，根據管網水力計算結果初步劃定取消屋頂水箱的區域。
在無法取消的地區，采取改造老式水箱的辦法并加強水箱管理。
(2)由于直接供水必須保證用戶24 h不斷水，因此拆除屋頂水箱之前必須在早、晚用水高峰實地測壓以決定是否滿足要求。在供水水壓處于直供臨界壓力范圍的用戶，對管網水壓波動特別敏感，應保留水箱進水管道，以防出現斷水現象。
(3)適當調整供水調度方式，用水高峰時控制管網壓力不要過高，滿足三層樓直接供水即可，減小水箱邊進邊出的現象，縮短水在水箱中停留的時間；用水低峰時可適當提高水壓使水箱進水。
目前南京市已經取消了約2000只水箱，效果較好，未發生用戶斷水現象。
6 結論
(1)多層住宅屋頂水箱是解決供水矛盾的有效手段，對降低管網造價和供水總能耗有明顯效益，減少了供水時變化系數，有利于水廠生產運行穩定，但存在水質二次污染的問題。取消屋頂水箱能很好地解決水箱二次污染問題。
(2)全面取消屋頂水箱實現直接供水，需增設城市泵站并對管網進行改造建設，投資巨大，且供水企業運行成本提高。在水價市場化問題尚未解決的情況下，宜分步實施。實施過程中，規劃部門及供水部門應著手制訂供水系統建設、改造規劃，在技術上為直接供水提供依據。
(3)在有條件取消屋頂水箱的同時，采取其他措施并用，也可起到防止二次污染的效果。
(4)加強水箱管理非常關鍵。建立物業管理機構，實行專業化有償服務，是解決水箱清洗維修的現實方法，是保證水箱水質的有效手段，有利于水箱管理制度化。政府管理部門可指定法規，明確用戶交納清洗費的責任與相應權利，并代為監督清洗的實施情況，以保障水箱清洗制度化的實施。
(5)隨著供水系統供水能力的增加，通過增壓站建設和管網改造，就有可能在更大范圍內實現直接供水，最終完全取消屋頂水箱，這是形勢發展的客觀要求，也是供水企業努力的方向。
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