城市中水系统纳入给排水系统综合规划的优化研究

城市中水系统纳入给排水系统综合规划的优化研究

石欣1  曾文2

1.中建建工建设有限公司  湖北省黄石市 435200

2.蚁力建工集团有限公司  湖北省黄石市 435200

摘要：随着城市化进程的加速，水资源短缺和水污染问题日益严重，中水回用作为缓解这一问题的有效手段，其系统纳入城市给排水系统综合规划的优化研究显得尤为重要。本文旨在探讨中水系统与城市给排水系统的整合优化，通过建立费用模型和明确优化目标，分析中水系统纳入综合规划的关键步骤和优化依据，以期提高水资源利用效率，缓解城市水资源短缺问题。

关键词：中水系统；给排水系统；综合规划；优化研究；水资源利用

引言

中国水资源配置存在不均衡状况，人均占有量显著低于全球平均值。伴随城市化进程加速，水资源消耗加剧及污染问题日趋严重，诸多城市正遭遇严峻的水资源供应短缺挑战。在此背景下，中水回用技术作为强化水资源循环利用的有效途径，对于提升用水效率、缓减城市水资源紧张局面具有不可忽视的作用。因此，将中水回纳系统整合进城市供水与排水系统整体规划中，开展系统性优化研究，对于促进水资源的可持续开发利用具有重大的实践意义。

1. 城市给排水系统综合规划优化相关费用模型的建立

 1.1 城市给水系统各部分的费用模型

城市供水体系构成复杂，涉及取水、水处理、输送及分配等多个工艺阶段。该体系的成本估算模型普遍采用形式为αQβ，这里α、β为模型参数，而Q则表示水流流量。另一方面，排水管道每单位长度的综合建设成本可通过公式a+bDi^i来计算，其中Di指管道的标准直径，a与b为待确定的参数变量。这类模型的构建对于经济投入在各工艺环节的具体量化的贡献显著，为系统性的优化设计提供了坚实的数值依据。

 1.2 纳入中水系统的城市给排水系统费用模型的建立

为增强数据处理的精确度，本研究采用了拉格朗日多项式插值方法来进行数据的处理与曲线的拟合工作，旨在建立一个涵盖城市水系统开销的综合性模型。此方法能有效建立抽水设施及滤水净化设施等的成本模型，并进一步集成城市供水系统、排水系统及中水处理系统的各环节成本模型。通过这一系列操作，我们能够全面评价整个城市给排水系统的费用构成，为中水系统的有效优化设计提供了坚实的理论支撑。

2. 中水系统纳入城市给排水系统综合规划的优化依据

 2.1 中水系统纳入城市给排水系统综合规划的优化目标

在将中水系统融入城市给排水系统综合规划的实践里，优化指标的设定展现出多层面特性，涉及了水量管理、水质控制、资本投入及运营成本等多个核心要素。在既定的技术水平与社会经济环境的背景下，实现经济效应的最大化成为了规划的首要导向。具体而言，这一导向强调的是在中水系统有效整合的框架下，通过减少年度总运营开支至最低，来达成资源配置的最优状态。同时，确保水量供应的充足与水质标准的达标，作为基本原则，必须在规划过程中得到严密的考量，旨在保障系统的持续稳定运作及水质的安全无虞。

 2.2 中水系统纳入城市给排水系统综合规划的优化依据

确定优化标准的过程建基于对用户用水供需平衡、自来水厂供能状况及可用水源提取量等多维度因素的深入剖析。这些标准为中水回用系统的融入城市供水排水网络确立了稳固根基，确保系统集成后能达致高效、持续运转的状态。通过对用户需求与供水能力的平衡匹配，加之对可用水资源的合理评估与利用，优化标准不仅满足了用户的用水需求，还促进了水资源的合理配置与高效利用，从宏观层面强化了城市水资源管理体系的可持续性发展路径。

3. 中水系统纳入城市给排水系统的关键步骤

 3.1 合理布局

中水系统布设策略需兼顾集中与分散处理模式的协同效应。集中处理方式，以其大规模水处理能力及广泛的再利用潜力，适配于城市核心地带或大型工业聚集区等需水量密集的环境。在此模式下，中水处理设备多配置于城市污水处理设施内部或其邻近区域，通过增设深度处理单元，利用污水处理厂二级排放水作为中水资源，经由深度净化处理以满足中水水质标准，继而向特定区域的建筑物群、居民区或工业企业供水。该模式的优点体现在能有效发挥规模经济效益，缩减单位水处理费用，并便利统一水质管理和监督。

相较于集中处理方式，分散处理模式在水需求分布较为离散的区域，诸如住宅区、商用楼宇或孤立的大型设施中展现出更高的适应性。在此模式下，中水系统通常与建筑物或小区自身的排水体系集成，实现废水的现场收集、处理及再利用。分散处理的主要优势体现在大幅度减少长距离输水管线的建设与维护开支，以及增强水资源在局部区域的循环利用率。另外，随着膜技术的进步及其成本的逐步下降，分散式处理方案在技术层面上日臻成熟，愈发能够灵活应对不同用户对于水质与用水量的特定要求。

 3.2 水质转换

中水水质的转化过程对于保障其安全回用是至关重要的步骤。经历过深度处理的废水，必须依据各回用目的的不同，达成相对应的水质标准，涵盖了农业灌溉、工业用水、城市杂项用水及景观水域等多个应用领域。在应用于农业灌溉时，中水水质需符合土壤类型与作物生长的需求，同时要防止对土壤结构及作物正常发育带来不利效应。至于工业用水的场景，中水水质则需满足特定生产工艺的严苛条件，尤其是循环冷却水系统中，水质是否达标直接关联到设备的运行效能与使用寿命。

针对都市杂项用水情境，诸如卫生间冲洗、城市绿植浇灌、建筑物施工用水等，再生水的质量必须确保无碍于人体健康及环境保护。至于景观点缀用水层面，再生水质标准则需兼顾水生态系统平衡及审美需求，确保不引入不利物质，以免对水生动植物群落及水质产生不良影响。

为了达成前述水质转化的目的，采取合适的处理技术及工艺流程显得至关重要。这涵盖了一系列方法的综合运用，如物理处理、化学处理及生物处理等，旨在清除污水内的悬浮颗粒、有机物质、营养素及病原体等诸多杂质。同时，水质的监测与评估作为关键环节，不容忽视，它通过实施即时监控与周期性检测的手段，力保再生水的质量能持续达标，进而促成水资源的高效循环再利用与环境保护的双重目标的实践。

3.3 中水回用领域的拓展

中水回用技术在城市给排水系统综合规划中的拓展应用，构成了推动其系统性整合的关键一环。经历深度处理流程的中水，展现出广泛的应用潜力，惠及农业灌溉、工业用水供给、城市非饮用杂用水及景观水域等多个方面。对于农业灌溉而言，中水不仅是缓解水资源紧张的有效手段，还富含作物生长所需的营养成分，对农业可持续性发展具有积极的促进作用。在工业领域，中水被成功引入循环冷却系统与低品质用水需求中，显著削减了工业用水的经济成本，减轻了对新鲜水资源的依赖。此外，城市生活中的非饮用水回用及景观水域的补给，有效减少了污水外排量，改善了城市水体环境，间接提升了居民的生活质量。这一系列应用领域的拓宽，不仅增强了中水的经济效用，还加速了水资源的循环再利用进程，对环境保护具有深远意义。

结论

将中水系统整合进城市给排水系统综合规划的优化探究，不仅能提升水资源使用的有效性，缓和城市水资源匮乏的现状，亦可增进供水体系的功能及效益，缩减资本投入与运营成本，展现出明显的经济价值与生态效益。借由科学的配置与水质处理技术的应用，中水回用系统将会成为城市水资源治理体系中一个不可或缺的组成模块。

参考文献

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[2]何孟狄. 中水系统纳入城市给排水系统规划浅析 [J]. 科技视界, 2012, (17): 204-205.

[3]张守华. 中水系统纳入城市给排水系统综合规划的研究 [J]. 化学工程与装备, 2008, (07): 96-97.