城市自来水与中水系统综合规划的优化研究

城市自来水与中水系统综合规划的优化研究3田一梅赵新华张雅君提要面对我国许多城市用水量不断增加与原水资源短缺的现状�提出将中水系统纳入城市供水系统�统一规划�并提出了一套自来水与中水系统综合规划的优化方法�根据统计回归原理�建立供水系统费用模型�按照年成本法�建立供水系统综合规划的优化模型∀经仿真计算�获得了满意的结果∀关键词自来水中水系统综合规划优化�引言3天津市自然科学基金资助项目∀目前�水资源短缺已成为国家经济建设发展的重要制约因素之一�而污水作为再生水源回用�为城市提供中水�中水系指城市污水经处理达到规定的水质标准!可在一定范围内重复利用的非饮用水��不仅缓解水资源危机�而且经济可行∀在这方面�国外已有了成功的经验�如美国!日本等≈�∗��∀国内自����年以来�已相继在北京!青岛!大连等城市建设了一批中水工程�取得了较好的节水效益∀但进一步对中水设施运行现状及投资效果分析�不难发现由于国内基本上采用的是建筑中水�即在单体建筑物中建立中水处理和回用设施�或小区循环�其处理规模较小�不但建设投资!运行费用偏高≈���管理分散�而且还不能有效地缓解城市缺水问题∀为此�扩大中水系统规模�并将中水系统纳入城市供水系统�进行统一规划与管理�已成为城市供水系统建设发展的新内容∀这样�不仅在中水处理工艺和运行管理上有着更多的优势�而且能合理分配!充分利用各类水资源�缓解城市用水危机�并大大减少投资和运行费用�具有显著的经济效益和社会效益∀�供水系统费用模型近年来�国内外很多学者对供水系统费用模型的形式及变量做了大量研究�给出了多种模型形式≈�∗��∀通过分析研究认为�供水系统的规划�是着眼于整个系统的技术经济综合分析�属于大系统的宏观决策问题∀因此在诸多影响费用的要素中�选择了最关键要素)))工程规模为模型变量�同时考虑到供水工程通常都具有规模经济的特性�即单位费用与规模呈负相关关系∀因此�确定本文中供水系统费用模型为幂函数形式�即�Χ=ΑΘΒ(�)式中Χ)))工程费用�万元�Θ)))工程规模�万�����Α,Β)))模型系数∀�1�自来水系统费用模型城市自来水系统通常包含取水!净水!输水和配水四个子系统�且在每个子系统中�又可按其形式!功能的不同�划分为若干子项∀而随着城市规模和城市需水量的不断扩大�城市自来水系统除新建工程外�扩建工程也日益增多∀本文依据5城市基础设施工程投资估算指标6!5供水年鉴6!5城市供水行业����年技术进步发展规划6等资料�建立了自来水系统新建工程与扩建工程中各个子项的费用模型�并通过曲线拟合�确定模型中的待估参数�部分结果见表�∀�1�中水系统费用模型采用地区循环方式运行的中水系统主要包括输水!配水和水处理三个子系统∀根据国内所做的中水管道挂片结垢及腐蚀试验可知�中水输水管道无需特殊防腐处理�其结垢程度不会影响输水能力�而且中水管网对管材!覆土的要求与给水管网相近�只因管网负荷减少�故配水管径也相应减小�而水处理给水排水ςολ127Νο152001μξ中国城镇水网www.chinacitywater.org表�自来水系统!中水系统各组成部分建设费用模型项目名称费用模型模型参数ΑΒ自来水系统中水系统简单地面取水净水厂过滤净化净水厂过滤净化扩建配水管网�大型管网�输水管道污水�中水处理中水处理中水管网Χ�ΑΘΒΧ�ΑΘΒΛΧ�ΑΘΒ��1���1�����1���1����1���1�����1���1����1���1�����1���1�����1���1�����1���1��注�Λ为输水管长����中水系统输水管道费用模型与自来水系统相同∀系统的投资费主要为污水处理和中水处理的设施费�如能利用已有的城市污水处理厂二级出水�则其费用就仅为建设中水设施的费用∀本文参考国内常用的处理工艺�选择污水二级生物处理加深度处理的工艺流程�其中深度处理采用混凝沉淀!过滤!消毒∀综上所述�且由于目前国内外尚无较完整!统一的中水工程费用资料�因此借鉴自来水工程及排水工程中与中水相关的费用资料�参考国内外已有的中水工程的技术经济数据�建立了中水系统费用模型�部分结果见表�∀�供水系统综合规划的优化模型自来水与中水系统的综合优化�是针对我国原水资源与建设资金都很紧张的现状�通过开发建设中水系统�充分利用各类水资源�合理协调供水系统中各子系统之间的相互关系�在全面满足城市各类用水要求的前提下�使整个系统的总费用最小∀本文以供水系统年成本为目标函数�建立系统优化的数学模型∀就供水系统而言�年成本主要包括两方面�基建投资的年偿还费和供水系统的年运行管理费�后者包括水资源费!动力费!药剂费!大修和检修维护费!工资福利及其他费用∀据此建立了自来水与中水系统综合规划的数学模型�目标函数���Φ=2φ(ΘΡιϕ,ΘΠι,ΘΔιϕ,Χκ)