1 屋顶水箱的作用
屋顶水箱是给水系统中分布在多层居民住宅楼顶的一种调蓄构筑物，为三层以上的用户供水。在以往城市水厂生产能力不足、管网供水能力差、城市水压普遍偏低的情况下，设置屋顶水箱是解决供水矛盾简单实用而且行之有效的措施。屋顶水箱主要有以下作用：
(1)屋顶水箱具有调蓄节能功能。屋顶水箱通常在夜间等用水低谷利用管网余压补充蓄水，在用水高峰管网压力下降出水，解决了三层以上居民用水高峰时的用水问题，缓解了管网供水能力不足的状况。
(2)有利于水厂的运行管理。屋顶水箱的调蓄功能降低了水厂供水的时变化系数，方便了水厂管理和供水泵房调度，减少了水厂清水池调蓄容量，节省了投资。
(3)提高了供水安全性。水厂和管网的施工、维修会导致局部区域暂时停水，屋顶水箱的调节能力可以降低受影响的程度。
2 南京市屋顶水箱的状况
南京市地处长江中下游地区，一面临江、三面环山，属于丘陵地形。市区内地势起伏，地面标高在6～39 m之间，高差达三十多米。市内供水管道成环成网，相互连通。由于未采用分区供水方式，因此，在地势较高的地区设置增压站局部增压，绝大部分多层住宅设有屋顶水箱。据统计至2000年，南京市有屋顶水箱约3.5万只。由于在管网中所处的位置不同，地面高程不同，屋顶水箱实际工作状况也有不同，主要有以下四种情况：
(1)管网压力较高的地区，用水高峰时，水箱一边进水一边出水，其进出水量基本相同，水箱只在事故停水时起到临时水源的作用，屋顶水箱实际未起调节作用。
(2)另一些管网压力较好的地区，用水高峰时，一些水箱边进水边出水，但进水量小于出水量，水箱起到了一定的调节作用。
(3)大部分地区用水高峰时由水箱供水，用水低谷时水箱进水，水箱真正起到了调节作用。
(4)管网压力很低的地区，水箱绝大部分时间无法进水，没有调节作用。
在使用过程中发现屋顶水箱存在以下问题：
(1)目前在用的绝大部分是钢筋混凝土结构的老式屋顶水箱，水箱本身有缺陷。其内壁较粗糙很容易附着污垢、滋生青苔；密封性较差，外界污染物如灰尘、小昆虫易进入水箱污染水质。
(2)由于屋顶水箱属于房屋产权单位所有，不少产权单位对水箱管理不到位。有的水箱没有盖上，老鼠、鸟类等小动物淹死在水箱中，污染水质，还出现外来人员夏季在水箱里洗澡洗衣服的情况。水箱得不到定期清洗，污垢、青苔、铁锈等在水中形成二次污染。
(3)随着近几年来城市供水状况的改善，部分地区的水箱高峰时也能够进水，水箱边进水边出水，易形成短流，局部区域成为死水区，长期下来水质变差，余氯量降低，容易孳生病菌，引起二次污染。
(4)大多数屋顶水箱是用浮球阀来控制进水的，浮球阀容易损坏，特别是在水压较高的地区，导致水位超过溢流管口流入下水系统，这也是造成总表、分表水量差的一个原因。
随着城市生活水平的提高，居民对饮用水水质的要求也越来越高，由于存在以上问题，媒体对屋顶水箱二次污染的情况也有不少报道，因此，如何解决水箱二次污染的课题便摆在了供水部门的面前。
3 国内其他城市的状况
以上现象在国内其他城市也普遍存在，各地对此也进行了一些研究。杭州市以全面取消屋顶水箱为目标，按照140万m3/d的供水规模进行非常详细的研究，研究结果需投资11.8亿元，实施难度较大；上海市也曾做过研究，提出多种方法并用的方案；温州市打算采取有条件地区取消水箱的办法，但由于该市大部分住宅楼底层是商业网点，取消水箱后无法满足消防要求而未实施；合肥市也开始采用取消屋顶水箱的方法解决二次污染。
4 南京市防止屋顶水箱二次污染的对策
4.1 方案一
方案一为在江南主城范围内全面取消屋顶水箱。
根据有关国家规范，结合多层住宅内部供水现状，经计算，多层住宅用户接水点的压力在 31 m水头方能满足要求。如果全面取消屋顶水箱，水厂和管网的供水能力需考虑增加在高峰时由水箱提供的水量。目前江南主城的最高日时变化系数约为1.2，《室外给水设计规范》2.0.2A条规定最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.3～1.6，并说明特大城市宜取下限。南京市的民用水占总供水量的1/3左右，而高峰时三层或四层以上是由水箱供水的，考虑到其中有一部分水箱已不起作用，另有部分高层建筑和水池泵房供水的小区不受屋顶水箱取消与否的影响，在高峰时将水量增加8.3%(即K时≈1.30)。按以上情况进行管网平差计算，计算结果各水厂需提高扬程1.5 m左右，这部分扬程主要用于克服水量增加引起的沿程水头损失，而为了满足取消屋顶水箱后的压力条件，整个管网还需提高压力10 mH2O左右，因此水厂泵房共需提高扬程12 m左右方能满足要求。这样需做以下工作：
(1)改造泵房。江南主城目前共有6座二泵房、5座增压站，机组60套，取消屋顶水箱后，所有机组将都不在高效区工作，必须更换。由于没有了水箱的调蓄功能，泵房需增加变频装置，相应地泵房需要扩建。
(2)增加水厂清水池的调蓄容量。江南主城供水能力为173万m3/d，按常规10万m3/d以上水厂考虑10%的清水池调蓄容积，取消屋顶水箱后调蓄容量将转嫁到水厂，适当增大按12% 计，约需调蓄容积20.76万m3，而目前只有10.9万m3，需新增10万m3的清水池。
(3)在亚东地区、宁南地区设置大型增压站各1座，市内地势较高地区设置小型增压站50 座，并对配套管网进行调整。
(4)由于扬程提高，整个管网的压力普遍提高较大，为保证供水安全，原有的自应力、预应力砼管道必须全部更换，并将材质较落后的灰口铸铁管(DN=500～DN=1200)视年代先后约需更换一半左右。
经计算，以上各项工作共需资金12.5亿元左右，其中尚未包括大量的小区内陈旧的小配水管改造和取消水箱以及室内管线改造的工程费用。
4.2 方案二
方案二为在有条件的地区逐步取消屋顶水箱，多种措施并用。
在不全面提高管网的供水压力的情况下，逐步取消起不到调节作用的屋顶水箱。在水箱仍能起到调节作用的地区，通过改造老式水箱，加强水箱管理和改为水池泵房供水方式达到防止水质二次污染的目的。
按照此方案实施，须考虑以下问题：
(1)根据江苏省建设厅苏建科(2000)351号文规定，新建住宅限制使用屋顶砼水箱，推广使用不锈钢或食品级玻璃钢水箱。在供水方案阶段就对水箱材质提出要求，在供水设施验收阶段进行把关。水箱可多户共用不抄表到户或每户一只小水箱抄表到户；对于老户，可对原有水箱进行改造，如对老水箱内防腐或增加内衬。
(2)水压不满足要求的成片小区还可通过设置水池泵房的方式取消屋顶水箱，但须注意规模效应，据测算，供水规模超过400户采用水池*.水泵供水方式就比较经济。
(3)取消屋顶水箱后，直供水地区一旦发生爆管等事故将完全停水。因此，为提高供水安全性，应对管网中安全性不高的自应力、预应力砼管、灰口铸铁管逐步进行更换。
经计算，完成以上工作约需资金5500万元。
4.3 方案比选
方案一取消屋顶水箱较彻底，能够解决水箱二次污染问题，但一次性投资非常庞大，管网因压力提高需大量改造，实施较困难，全部取消江南主城的屋顶水箱后，还将存在以下问题：
(1)由于水压提高导致自来水生产成本增加，每年在电费上需增加的费用按2000年的年产水量44950.34万m3计，目前扬程45 m左右，二泵房电耗0.198 5 kW?h/m3，增加扬程12 m，每年需增加的用电为2380万kW?h，以0.65元/(kW?h计)算，共计1547万元(其中未计增压站二次增压需增加的电费)。
(2)水压提高后自来水的漏失率将大幅增加。
(3)爆管的情况会大量增加，特别是陈旧的配水管容易发生爆管，爆管后的各种损失及供水抢修工作量都将大量增加。
(4)由于取消了屋顶水箱，没有储备水量，发生事故时受影响地区将完全断水。
(5)由于水压提高，原来管网压力较高地区水压将更高，居民家中的用水器具长期在高压下工作，将缩短使用寿命，还有可能因水压波动产生噪音。
方案二在有条件地区取消不起作用的水箱，对水压不足地区只是进行改造，投资相对很少，对供水影响较小，也能够有效解决水箱二次污染问题，但实施过程中必须充分考虑周全，采用新式水箱时对设计、施工和材质都应严格把关。
结合其他城市的情况综合比较，决定采用方案二。
5 方案实施情况
我公司根据方案二，采用以下方法实施：
(1)利用上海同济宏扬软件公司开发的供水管网实时水力模拟软件建立了管径在DN=500 以上的模型，根据管网水力计算结果初步划定取消屋顶水箱的区域。
在无法取消的地区，采取改造老式水箱的办法并加强水箱管理。
(2)由于直接供水必须保证用户24 h不断水，因此拆除屋顶水箱之前必须在早、晚用水高峰实地测压以决定是否满足要求。在供水水压处于直供临界压力范围的用户，对管网水压波动特别敏感，应保留水箱进水管道，以防出现断水现象。
(3)适当调整供水调度方式，用水高峰时控制管网压力不要过高，满足三层楼直接供水即可，减小水箱边进边出的现象，缩短水在水箱中停留的时间；用水低峰时可适当提高水压使水箱进水。
目前南京市已经取消了约2000只水箱，效果较好，未发生用户断水现象。
6 结论
(1)多层住宅屋顶水箱是解决供水矛盾的有效手段，对降低管网造价和供水总能耗有明显效益，减少了供水时变化系数，有利于水厂生产运行稳定，但存在水质二次污染的问题。取消屋顶水箱能很好地解决水箱二次污染问题。
(2)全面取消屋顶水箱实现直接供水，需增设城市泵站并对管网进行改造建设，投资巨大，且供水企业运行成本提高。在水价市场化问题尚未解决的情况下，宜分步实施。实施过程中，规划部门及供水部门应着手制订供水系统建设、改造规划，在技术上为直接供水提供依据。
(3)在有条件取消屋顶水箱的同时，采取其他措施并用，也可起到防止二次污染的效果。
(4)加强水箱管理非常关键。建立物业管理机构，实行专业化有偿服务，是解决水箱清洗维修的现实方法，是保证水箱水质的有效手段，有利于水箱管理制度化。政府管理部门可指定法规，明确用户交纳清洗费的责任与相应权利，并代为监督清洗的实施情况，以保障水箱清洗制度化的实施。
(5)随着供水系统供水能力的增加，通过增压站建设和管网改造，就有可能在更大范围内实现直接供水，最终完全取消屋顶水箱，这是形势发展的客观要求，也是供水企业努力的方向
