城市分区供水消防用水量的确定
0 前言
在各类城市供水工程中，许多城市需要根据自身地理特征和实际情况采用分区供水系统。在进行管网设计时，通常采用最高日最高时用水量设计，用最高时加消防时流量进行校核。但在我国现行的城市给水设计规范中，对分区供水时消防用水量标准如何确定未做详细规定，因而在实际工作中，出现了各种不同观点和争议，本文即结合霍州市城市供水工程实例对这一问题进行探讨。
1 霍州市城市供水工程概况
霍州市位于山西省临汾市北部，地处汾河一、二级阶地上。市区地形东高西低，最大高差近50米。规划城市供水人口为13.0万人，设计供水规模为4.80万立方米/日。结合市区地形特点，设计供水管网以规划矿业路为界分为高区和低区，其中高区供水人口为4.0万人，设计供水量1.80万立方米/日；低区供水人口为9.0万人，设计供水量3.0万立方米/日。高区采用城东大张水源供水，低区采用城西白龙水源供水。高区管网和低区管网之间干管设连通阀门，平时连通阀门关闭，只在其中一个供水分区因事故中断供水时才开启连通阀门维持较低要求的供水。
2 关于分区供水消防用水量标准的两种观点
在霍州市城市供水工程设计中，关于消防时消防用水量如何确定，省内专家各衷一是，争议源于对国标GBJ16-87《建筑设计防火规范》中第8.2.1条内容的理解不同。该条文原文如下：城镇、居住区室外消防用水量，应按同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量确定。同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量不应小于表8.2.1的规定。现将表8.2.1转列如下
注：城镇的室外消防用水量包括居住区、工厂、仓库（含堆场、储罐）和民用建筑的室外消火拴用水量
从上述规定理解，消防用水量确定的两个关键要素在于同一时间发生的火灾次数选择和一次灭火用水量，而此二者的确定基于城镇或居住区的人口规模。以下是对规范条文的两种不同理解。
观点一：认为城镇不管采用何种供水方式，分区与否，其消防用水量标准只能根据城镇整体人口规模确定。以霍州市供水工程为例，根据表8.2.1规定，其城镇总人口规模为13.0万人，同一时间的火灾次数为2次，一次灭火用水量取值为45l/s.在进行管网消防时校核时应在高区和低区最不利点各设一个火头，以达到校核目的。
观点二：认为城镇如采用分区供水，且各供水分区之间平时互不连通，互为独立的供水分区，则消防用水量应根据各供水分区人口规模分别确定。以霍州市供水工程为例，高区供水人口为4.0万人，低区供水人口为9.0万人。按照表8.2.1规定，高区按同时发生火灾2次，一次灭火用水量为25l/s; 低区按同时发生火灾2次，一次灭火用水量为35l/s;在管网设计时，高、低区应按上述标准分别单独进行消防校核。
3 如何合理确定分区供水消防用水量
从上述两种观点分析，笔者认为均有片面之处。观点一虽然从表面看是执行了规范，但其忽略了2次火灾可能发生在同一供水分区的最不利情况。由于供水分区之间连通阀门平时处于关闭状态，如某一分区同时发生2次火灾，只能保证其中一次火灾灭火用水量。显然降低了消防校核要求。观点二虽然考虑了两次火灾同时发生在同一供水分区的概率，但其对规范中8.2.1条的内涵有曲解。根据GBJ16-87《建筑设计防火规范》中第8.2.1条的条文说明，该条文对一次灭火用水量的规定是从实际火场用水量统计资料中分析得出的。条文说明中明确指出：城市（或居住区）的消防用水量与城市人口数量、建筑密度、建筑物的规模有关。一次灭火用水量实际上只是考虑了城市建筑在发生火灾时火场灭火用水量的平均水平。分区供水并不能因各分区人口分别计算而降低城市建筑密度和规模，不能因此降低城市火灾发生概率及建筑的一次灭火用水量标准。以霍州市供水工程为例，各供水分区均应按同时发生火灾2次、一次灭火用水量为45l/s执行。采用此校核标准才是最安全的。
有人认为如果管网不分区而采用统一管网，或是分区管网在相互连通时，按规范规定只需考虑城市同时发生2次火灾即可，而分区供水却需考虑每个供水分区同时发生2次火灾，是否人为扩大了同时发生火灾的概率而过于安全保守，其实不然。首先设计管网时应采用最不利工况进行校核，分区供水时必须考虑到设计频率的火灾同时发生在同一分区的特定情况。就霍州市供水工程而言，必须考虑2次火灾同时发生在高区或低区的最不利情况，而并非按城镇同时发生4次火灾设计。其二，分区供水日常供水时各供水分区是互不连通的，仅在其中一个分区完全中断供水时才相互连通。此时仅考虑维持基本要求的供水，根本谈不上消防时校核，此特定情况属于超出设计最不利工况范围。如在此特定工况考虑消防校核，等于按统一管网方案设计，分区供水就失去其意义。其三，我国制定的一次火灾灭火用水量标准实际上只考虑满足城镇基本安全需要，同时又考虑到了国民经济发展水平。我国的消防用水量标准比美、日等发达国家要低得多。例如美国2万人口的城市消防用水量标准为44-63l/s,日本为112l/s,而我国仅15l/s.随着我国城市建设的迅速发展，与发达国家的差距日益缩小，消防用水量标准应逐步提高。其四，供水管网属于一次性投资，使用年限较长，从近远期结合的角度出发，设计应适当留有余量，以免频繁改造、重复投资。因而充分考虑最不利情况进行消防校核是必要的。
与分区管网相配套，城市水厂内应按设计消防标准储备消防水量。水厂二级加压泵站水泵应按最高日最高时工况选择，以最高时加消防时工况进行校核。有人认为二级泵站水泵常年运行实际以平均日平均时工况居多，以最高日最高时工况选择水泵已是偏于安全，分区供水时消防用水量所占比例较大，如以最高日最高时加消防时工况校核选泵将造成常年运行能量浪费，经济上不合理。其实这一问题不难解决。首先在水泵选择时应合理匹配，调整水泵运行台数，设消防专用水泵，使水泵在最高时和消防时均处于水泵特性曲线的高效区段，消防泵只有在发生火灾时才启用。其次水泵运行尽可能采用变频调速控制以利于节能。只要在设计中精心细致，就可以避免实际运行中的某些问题。
4 结论
综上所述，城市分区供水设计时消防用水量的确定要根据城市人口的总体规模确定同时发生火灾的频率和一次灭火用水量标准，但须按每个分区均可能发生设计频率的火灾进行分区消防校核（人口超过100 万人的城市在规范中对消防用水量标准未做具体规定，应结合实际情况另当别论）。
城市供水工程是关系到国计民生的重要基础设施，只有认真解决好设计中的每一个疑难问题，才能保证工程在技术上合理、经济上节约、常年运行安全可靠。我们应开展更广泛和深入的研究，使我们的专业理论体系更加科学完善，为今后的工程实践提供科学指南。