城市排水管道地下水滲入量研究

鄭樹兵 徐一茗 王宏成

巢湖市位于安徽省中部，瀕臨長江，長江流經(jīng)市域東南邊緣，市域內(nèi)河流主要屬于長江流域的巢湖——裕溪河水系。當(dāng)前，巢湖市已建成排水管道系統(tǒng)存在污水收集效率低，地表水流入或地下水滲入排水管道，由于地下水對(duì)污水的稀釋作用，從而使得污水處理廠的污水濃度降低，而且可能增加氮[1]，對(duì)污水處理廠的運(yùn)行和處理效果造成沖擊。隨著巢湖市污水截流配套設(shè)施的完善和污水處理比例的逐步提高，準(zhǔn)確掌握地下水滲入量對(duì)排水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及管理的重要性也日益顯現(xiàn)出來。

城市排水管道地下水滲入量是指地下水通過排水管道及其附屬的相關(guān)構(gòu)筑物滲入排水管道系統(tǒng)中的水量，根據(jù)日本的設(shè)計(jì)和規(guī)劃規(guī)定，地下水滲入量占最大排水流量的 10%～20%。地下水的滲入不但會(huì)增加污水處理廠、泵站的運(yùn)行費(fèi)用[2，3]，降低污水的處理效率，而且還會(huì)增加合流制污水管道截流干管的水量負(fù)荷，在我國的GB 50014-2006室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范中指出“在地下水位較高的地區(qū)，宜適當(dāng)考慮地下水滲入量”，但對(duì)不同的地域和不同管道狀況下滲入量的取值沒有指出具體的數(shù)值，在一般情況下可以按照平均日綜合生活污水總量的 10%～15%計(jì)算。現(xiàn)通過對(duì)新舊不同排水管材管道的地下水滲入量研究為基礎(chǔ)，對(duì)巢湖市中心城區(qū)排水主干管道地下水滲入量按照資料調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、詳細(xì)調(diào)查順序進(jìn)行研究[4]。

1 試驗(yàn)方法

該排水管道地下水滲入量的測(cè)定方法適用于測(cè)定比較長的管道，選取連續(xù)兩段長距離的管段包括上游、中游和下游的 3座檢查井，并且用橡膠氣囊嚴(yán)密封堵上游檢查井與下游檢查井兩端及之間管道以及檢查井的全部預(yù)留孔、進(jìn)水口、出水口，防止這些孔口有水流入，用潛水泵連續(xù)抽去排水管道的上游來水，觀測(cè)不同歷時(shí)的管內(nèi)水位的變化，封堵待測(cè)管段的兩端并將其抽空，用水位標(biāo)尺測(cè)量檢查井中的水位標(biāo)高并且記錄試驗(yàn)的開始時(shí)間 t1，在經(jīng)歷足夠長的時(shí)間后，用潛水泵迅速的抽水并記錄水位降到試驗(yàn)開始時(shí)水位標(biāo)高的時(shí)間t2，由多普勒管道流量計(jì)的讀數(shù)便可以計(jì)算出相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的滲入量。這種測(cè)定方法對(duì)于管徑較小的管段試驗(yàn)誤差較大，而且試驗(yàn)時(shí)間較長，管道流量計(jì)前端的過濾器比較容易被堵塞。該方法適用于測(cè)定管段長度較長、管徑比較大和管道覆土深度較大的管段。

選擇的管段應(yīng)當(dāng)合理，可以準(zhǔn)確測(cè)定地下水滲入量，并綜合考慮以下原則:

1)測(cè)定的觀測(cè)歷時(shí)一般選取為 3 h～5 h，采用潛水泵快速抽水和水位尺測(cè)定水面的高度變化，記錄時(shí)間變化和水位高度變化數(shù)據(jù)。2)待測(cè)管道內(nèi)應(yīng)保留大約 50mm深的積水。測(cè)定開始后連續(xù)觀測(cè)記錄排水管道內(nèi)水面的上升高度和時(shí)間變化情況，最終的測(cè)試水深不宜超過排水管道 80%充滿度。3)選取沒有支管接入的管道及采取措施確保管道兩端密封緊密相連，只有地下水能夠滲入。

2 排水管道地下水滲入量的測(cè)定結(jié)果分析

2.1 測(cè)定數(shù)據(jù)

在巢湖市中心城區(qū)內(nèi)的排水管道系統(tǒng)中選取 a，b，c，d，e和 f 6個(gè)待測(cè)定管段做地下水滲入量的測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)定管段如表 1所示。通過選擇不同建造年代的鋼筋混凝土管和聚乙烯管道為代表性管段，測(cè)定了五條鋼筋混凝土管道和一條聚乙烯管道的地下水滲水量，測(cè)定計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2所示。

表1 中心城區(qū)排水檢測(cè)管段

表2 地下水滲水量的測(cè)定數(shù)據(jù)

2.2 結(jié)果與討論

從表 2中可知，對(duì)于相同建造年代的鋼筋混凝土的地下水滲入量值明顯高于新建聚乙烯管道。而對(duì)于新建聚乙烯管道，地下水滲入量為 8.9m3/(km?d)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋混凝土管道的地下水滲入量。

對(duì)于相同管徑相同管材同樣建造年代的管段，地下水位越高的地下水滲入量就越高，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他低水位的管段，其主要原因可能是 f段管道沿天河河邊敷設(shè)，地下水位高達(dá) 8.3m，很有可能是該段管道服務(wù)年限過長而導(dǎo)致排水管道破裂或損壞導(dǎo)致地下水的大量滲漏。

從上述論述中可以發(fā)現(xiàn)，地下水位和管道的材料是影響地下水滲入量的主要因素，而管道的地下水滲入是管道接口材料、建造年代、接口形式、管段長度等因素綜合影響的結(jié)果。隨著管段使用年限的延長，因?yàn)槎喾N影響因素的綜合作用而導(dǎo)致管道接口出現(xiàn)裂縫甚至管道或附屬構(gòu)筑物塌陷，滲入量也必將大幅度提高。

3 結(jié)論與建議

1)控制地下水過量的滲入是當(dāng)前排水管道及污水廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)管理急需解決的問題，地下水滲入排水管道將會(huì)導(dǎo)致長期的水體污染加劇和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，造成嚴(yán)重危害，需要研究建立巢湖市排水管道地下水滲入量控制標(biāo)準(zhǔn)，即建立排水管道地下水滲入量的量化指標(biāo)，降低地下水滲入量，達(dá)到城市建設(shè)過程中工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合效益不小于運(yùn)行維護(hù)和維修費(fèi)用。

2)對(duì)于相同管徑相同管材同樣建造年代的管段，城市地下水位越高，地下水滲入量就越大。在進(jìn)行城市排水管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)時(shí)，應(yīng)盡可能將排水管線布置在地下水位較低的地方，降低管道的埋設(shè)深度。

3)管材質(zhì)量和管道接口材料及與附屬構(gòu)筑物連接的嚴(yán)密性直接決定管道的防滲性能，進(jìn)而決定地下水滲入量的大小。

4)在管道接口材料和接口施工技術(shù)等條件相近的條件下，管道使用年限較長以及維修養(yǎng)護(hù)投入不足，管道的使用年限越久滲入量就越大。加強(qiáng)排水管道及其附屬構(gòu)筑物的日常維護(hù)和維修。

[1] ERWIN Stier，MANFRED Fischer.Klarwater-Taschenbuch Munchen[M].Germany:F HIRTHAMMER VERLAG，1998.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部.城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(修訂)[M].北京:中國計(jì)劃出版社，2001:15-25.

[3] 上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)(第 10冊(cè))[M].第 2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:259-260.

[4] 時(shí)珍寶，李 田，孫躍平.排水管道修復(fù)——調(diào)查與決策[J].污染防治技術(shù)，2004，17(1):83-86.

[5] James P Heaney，Robert Pitt，Richard Field.Innovative Urban Wet-Weather Flow Management Systems[R].USEPA/600/R-99/029，2000.

[6] 日本下水道維護(hù)管理協(xié)會(huì).下水道維護(hù)與管理手冊(cè)[Z].日本，1997:431-433.