供水系統(tǒng)管網(wǎng)水齡計(jì)算方法研究

陸瑞玨

(上海市嘉定自來(lái)水有限公司，上海201800)

水齡對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)的影響很大，通過(guò)水齡測(cè)定，有助于加強(qiáng)管網(wǎng)水質(zhì)管理，并為事故應(yīng)對(duì)、水廠工藝優(yōu)化以及水質(zhì)模型建立等提供參考。

1 管網(wǎng)水齡研究需要考慮的因素

1.1 區(qū)域用水量

用水量一般與氣溫、人口分布、泵站分布、用戶(hù)屬性有關(guān)。用水量越大，水齡通常越短。

1.2 管道狀況

管徑和管長(zhǎng)是影響水齡的直接因素。在管道的末梢和死角，例如農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)，水齡較長(zhǎng)。因拆遷或改造引起的盲腸管道、未環(huán)通管道，其水齡通常較長(zhǎng)。

1.3 管網(wǎng)維護(hù)情況

管網(wǎng)維護(hù)也會(huì)影響水齡，定期沖水等管道維護(hù)作業(yè)可縮短管網(wǎng)水齡。

1.4 其他因素

例如新小區(qū)因入住率低、用水量小，自來(lái)水在小區(qū)水庫(kù)(水箱)中的滯留時(shí)間較長(zhǎng)，水齡比老小區(qū)大，但會(huì)隨著入住率的提高變短。在工業(yè)園區(qū)，工廠用水量會(huì)根據(jù)工作日與假期的交替呈周期性的變化，水齡也隨之改變。學(xué)校周邊的管網(wǎng)水齡也會(huì)因寒暑假呈現(xiàn)顯著的周期性波動(dòng)。

2 管網(wǎng)水齡的研究方法

2.1 以氯化物為示蹤物估算

發(fā)生咸潮時(shí)，會(huì)導(dǎo)致原水氯化物波動(dòng)，進(jìn)而影響出廠水和管網(wǎng)水。氯化物在水中穩(wěn)定，不易受其他因素干擾，且檢測(cè)方法簡(jiǎn)單。可根據(jù)咸潮初發(fā)期和消退期水廠出廠水和管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氯化物變化的不同步性，判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)水齡的大致范圍。但是需要注意的是，這種研究管網(wǎng)水齡的方法有所局限，適用于水廠處于受咸潮影響波動(dòng)的地區(qū)，通常不宜向水中添加氯化物作為特定的示蹤物來(lái)測(cè)定水齡。

圖1所示為某水廠管網(wǎng)水齡調(diào)查點(diǎn)分布示意，選擇的調(diào)查點(diǎn)位于管網(wǎng)末梢、干管附近，管線長(zhǎng)度在5～20 km不等。取樣點(diǎn)性質(zhì)包括工廠企業(yè)、社區(qū)醫(yī)院、居民用戶(hù)、供水泵站等。選點(diǎn)既考慮普通用戶(hù)因?yàn)橛盟孔兓瘜?duì)水齡的影響(例如工作日和休息日)，又考慮管線具有一定的長(zhǎng)度而且對(duì)調(diào)查點(diǎn)附近的代表性[1]。選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每日定時(shí)取樣1次，與水廠同期水質(zhì)比對(duì)并估算水齡。從表1至表3、圖2和圖3的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，調(diào)查點(diǎn)的水齡變化很大，特別是在周末時(shí)段，企業(yè)用戶(hù)的水齡接近48 h。7#取樣點(diǎn)距離A水廠約20 km，根據(jù)供水量和管網(wǎng)直徑計(jì)算，A水廠出廠水經(jīng)管網(wǎng)輸送至該點(diǎn)的時(shí)間約為4 h，這與實(shí)際監(jiān)測(cè)推算的結(jié)果相符，且該取樣點(diǎn)水量變化不大，水齡也較穩(wěn)定。

圖1 管網(wǎng)水齡調(diào)查點(diǎn)分布示意Fig.1 Diagram of distribution of water age survey points

mg·L-1

圖2 A水廠及其供水范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氯化物的變化Fig.2 Change of chloride at monitoring points of A Waterworks and its water supply area

監(jiān)測(cè)點(diǎn)星期三(3月20日)星期四(3月21日)星期五(3月22日)星期六(3月23日)星期日(3月24日)星期一(3月25日)C水廠30824620816512182E#2942542281521248#2682221721381009#260220186184116

圖3 C水廠及其供水范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氯化物變化對(duì)比Fig.3 Change of chloride at monitoring points of C Waterworks and its water supply area

取樣點(diǎn)水齡推算A水廠1#16～242#25～453#4～274#12～445#10～246#16～217#4～6C水廠E#20～388#8～169#6～34

2.2 通過(guò)水質(zhì)波動(dòng)估算

從圖4可以看出，由于出廠水濁度突然升高，供水范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)也相繼出現(xiàn)濁度增大的情況。根據(jù)濁度升高的時(shí)間差也可估算出水齡，例如A水廠至3#取樣點(diǎn)的水齡約為4 h，與氯化物測(cè)水齡的方法結(jié)果基本一致。

圖4 A水廠出廠水水質(zhì)波動(dòng)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)波動(dòng)對(duì)比Fig.4 Comparison of water quality fluctuation of treated water of A Waterworks and the monitoring points

2.3 其他方法

此外，還可通過(guò)建立模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)水齡，但該方法需要進(jìn)行水力計(jì)算，確定每個(gè)管段的流量、流速以及水流方向，再根據(jù)各管段的長(zhǎng)度計(jì)算每個(gè)管段水流流經(jīng)的時(shí)間[2]。方法所需數(shù)據(jù)量龐大且計(jì)算復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用上有一定的困難。

另有通過(guò)余氯衰減的情況確定節(jié)點(diǎn)水齡的方法，即將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的余氯值和水齡值進(jìn)行曲線擬合分析，得到擬合方程[3]來(lái)測(cè)定水齡。由于余氯在管網(wǎng)中的衰減還受季節(jié)、管道情況等因素影響，該方法在實(shí)踐中有一定的不確定性。

3 結(jié)論

① 通過(guò)實(shí)踐，測(cè)定水齡并對(duì)管網(wǎng)水中余氯、氨氮、亞硝酸鹽氮等指標(biāo)進(jìn)行分析。不但對(duì)水廠工藝有直接的反饋?zhàn)饔?，還有助于水廠、泵站確定合適的余氯水平并優(yōu)化生產(chǎn)工藝，分析氯胺消毒后管網(wǎng)中的硝化過(guò)程，進(jìn)行化學(xué)、生物穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)等。

② 測(cè)定水齡對(duì)于水廠加強(qiáng)管網(wǎng)水質(zhì)管理有重要的指導(dǎo)作用，可根據(jù)水齡數(shù)據(jù)確定各區(qū)域的“三定”沖水周期，確保特定區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)例如余氯、亞硝酸鹽氮等穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

③ 當(dāng)出現(xiàn)管網(wǎng)水質(zhì)突發(fā)事件時(shí)，通過(guò)水齡數(shù)據(jù)能進(jìn)行預(yù)判預(yù)警，及時(shí)確定影響區(qū)域并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。此外，確定水齡對(duì)建立管網(wǎng)水質(zhì)模型也有一定的參考價(jià)值。