水池規劃原則之我見

         曾浩雄  技師

一、用水情況

世界各地無論是城市或鄉村，其居民每日用水量必然有尖峰與離峰用水之別。根據統計城市尖峰用水量約為其每日平均用水量1.5倍：而離峰用水量約只其平均每日用水量0.5倍。

二、淨水場供水情況

　1.平均日用水量：淨水場平時之出水量經常保持1.0Q，社區在平時之需水量=1.0 Q。

　2.最小時(離峰)用水量時，淨水場之出水量仍然維持1.0Q，社區在離峰用水時段之需水量=0.5Q，配水池可進水0.5Q。

　3.最大時(尖峰)用水量：平時淨水場之出水量仍然維持1.0Q，社區在尖峰用水時段之需水量=1.5Q，故需配水池出水補充之，其水量= 0.5Q。

三、出水管

從上述三種情況可知，若供水系統設有配水池，則淨水場出水量都是1個Q（30,000CMD），因此其出水管管徑只要能輸送1.0Q即可。但若未設有配水池，為滿足共水區最大時之用水量，其出水管管徑必須要能輸送1.5Q，這會徒增供水系統建造成本。

四、配水池之功能

從上述三個情況可知，配水池具有調蓄尖峰與離峰用水功能。尤其是淨水場原水是取自河川時，若河川水流只足夠平均日需水量，並不足於最大日需求量。雖然最小時之取水量只需平均日之需水量之一半，但河川水流川流不息，未取用之一半流量當然會流失。為彌補此缺失，就需要建造一座蓄水池，將這一半流量蓄存於水池中。

五、配水池容量

在最小時用水量時段，可儲存於淨水場之水量=0.5Q，若每天時變化有三次(全天用水有尖峰用水及離峰用水各三次，即上午、中午及晚上用餐前後)，配水池容量=0.5Q/3。假設某一社區之平均每日用水量為30,000CMD，則配水池因時變化所需之容量= 0.5 * 30,0000/3 = 5,000 m³。配水池容量除須考慮時變化之外，最好還加計消防用水量(在美國必然要增加)。

六、水池設置位置

配水池設置在淨水場內、不在用水區內，雖可達到調節供水時變化之功能，但自淨水場社區送水管，其口徑須足以輸送1.5Q之水量，如圖1。相反，配水池設置在社區附近，自淨水場社區送水管，其口徑足以輸送1.0Q之水量即可，因為最小時用水時，淨水場出水量尚有0.5Q的水可就近送至配水池儲存，最大時用水時另設一條可輸送0.5Q水量的管線，如圖2，在此情況下配水池距離社區越遠越不利。

圖 1  配水池建造在供水區前示意圖		圖2  配水池建在供水區後示意圖
圖3  配水池建在供水區內示意圖		圖4配水池建在供水區外示意圖

配水池若設置在社區中心，如圖3，則自淨水場至社區之送水管，其口徑足以輸送1.0 Q之水量即可，最小時用水時，淨水場出水量中之0.5 Q可直接就近送至配水池儲存，故不必再另設一條可輸送0.5 Q 水的管線，因此配水池越接近社區大用水之處越有利。

若配水池欲設置在社區之上游，但因用地問題無法解決，致須偏離路線改至附近之山區時，自淨水場配水池間之送水管，雖然其口徑足以輸送1.0Q之水量即可，但最小時用水時，配水池儲存水量(0.5Q)需送至供水區，故必須再另設一條可輸送0.5Q水的管線，此時配水池距離社區越近越有利。

七、水力坡降線

水流經水管必然會因摩擦而損失其水頭(可依海森-威廉公式hf = 10.66 * L * (Q/C)^1.85 * /D^4.87，加以計算，式中之h_f為水頭損失，L為管線長度，Q為輸水量C為管線磨擦係數，D為管線口徑)，因此其水壓(水頭)會逐漸減小。若將水管各段之水頭連成一條線，此線稱之為水力坡降線(Hydraulic gradient)，詳如圖5所示。亦即水在管中能達到之高點(壓力= 0之等壓線)，因此管線埋設，其高程必須低於水力坡降線，否則水無法流過此點，因此埋設管線時須加深或以推進方式通過。

圖5 水力坡降線示意圖

八、水池設置高度

配水池設置型式究應採用高架水塔或地面甚至是地下配水池，須根據供水地區之地面高程及其供水系統之操作水頭(水位高)而定。依照自來水營業章程之規定：自來水系統送供用戶之最低剩餘動水頭(Dynamic Residual Head，DRH) 不得低於10 m (1.0kgf/cm²)。若供水起點高於供水區最高處之用戶，例如其接水點(裝接水表處)之地面高為EL：20 m，則自來水系統送供該用戶之起點，假設自來水系統供水起點(原則上是淨水場)至該用戶間之管線，其水頭總損失hf=12m，則自來水系統供水起點之操作水頭至少要有30+12+10=52m。亦即其起點之最低水位應在EL：52m以上，此時之供水系統稱為重力自然流，如圖6所示。在此情形下，若淨水場至供水區間有適當高程之土地可資興建配水池，則可在此建造之；否則，只好在靠近供水區附近覓地建造高架水塔，但其最高水位仍須維持在水力坡降線之下。在如此安排下，當離峰用水時，水可藉由其重力流入高架配水池並維持其原有之位能(Potential)；尖峰用水時，再藉由其持有之位能以重力流方式流至用戶。

圖6  重力流方式設置配水池示意圖

假設出水點之高程比供水區高很多，則水送達該處之操作水頭上有10m以上，則配水池不宜採用地面式，否則將無形中白白浪費可貴之位能。因為將水輸入地面配水池後，為使用戶獲得足夠之剩餘動水頭(10m)，必須再將流入地面配水池之水量，藉由抽水機壓送至用戶。如此消失位能後再使用電力提升其位能，殊為不智。相反，若淨水場之高程低於供水地區，甚至兩者約在同一水平面上，則淨水場之出水必須依賴抽水機加壓供水。假設供水區最高處之用戶，其接水點之高程為EL=26m，淨水場至該用戶間之管線，其水頭總損失=6m，配水池最低水位為LWL=18m，則配水池上須設置之抽水機，其總揚程=6m+26 m+10m-18m=24m。如圖7所示。  

圖7  加壓供水方式設置配水池示意圖

九、結語

水池是自來水供水重要設施之一，除可作為淨水處理單元外，尚可具備調節尖峰與離峰用水之功能。例如取用河川水源之淨水場，若未設原水蓄水池，則離峰用水時，只能眼睜睜的看河水流失，到了尖峰用水時，則恐因取水量不足致造成缺水現象。當然設置之蓄水池其容量也應足敷需要。至於其設置位置若不符需要，則會徒增送水管之長度甚至增加其管徑。另外，若淨水場具有高位能，可以藉由重水供應用水戶之用水時，蓄水池就不宜設在地面，以免水流入水池喪失其位能後，再藉由抽水機加壓送供用戶，徒然浪費能源。