平原河網地區污水管網外來水量衡算分析

       隨著國內大城市污水處理率的逐漸提高，國內對管道系統的地下水入滲問題目益關注，特別是平原河網高地下水位地區。開展地下水滲入/流入量等外來水量及污水管網破損等情況的研究是一項迫切的任務，目前國內外已對此做過較多研究，對污水管網發生滲漏的管段進行診斷并確定入滲和入流水量，對于提高污水管網的運行效率具有重要意義。

 

       本文針對平原河網地區某示范區的工業廢水和生活污水管網的主要泵站的外來水量開展了相關研究，主要分析了各重要泵站節點的全年水量平衡，并考察了常規工況、節假日工況、小雨工況及大雨工況等4種工況下的水量平衡，建立該市污水外排系統的旱天及雨天進水水量平衡關系，從而進一步分析旱季及雨季污水管網節點水量平衡關系和水量沿程變化規律，有助于判斷污水管網破損程度及城市管網維護。

 

       part1研究方法

 

       1.1研究區域

 

       平原河網地區某市某示范區的污水管網平面如圖1所示，示范區面積約為186km2，排水管線長約為7.6km，設計污水量輸送規模為12萬m3/d。重要泵站節點中，泵站1在上游，泵站2在中游，泵站3在下游，圓點為某示范區內18家工業企業所處位置。

 

 

       1.2基礎數據概述

 

       (1)降雨數據

 

       根據提供的資料，收集位于某示范區內的某雨量站2018年的逐日降雨數據。

 

       (2)河道水位數據

 

       收集某示范區西北角某水文站2018年的逐日河道水位數據。

 

       (3)污水管網數據

 

       示范區內的排污管線主要由1條由北至南的壓力管及兩側收集工業廢水的支管構成。壓力管覆土深度約為1m，管徑為dn600，直至泵站1。泵站1與泵站3之間的主干管為重力管，管徑由dn1000逐步增大到dn1800。

 

       (4)泵站數據

 

       主要收集圖1中3處泵站2018年的泵站運行數據。

 

       (5)工業企業數據

 

       根據現場調查及資料收集，收集到某示范區內18家工業企業的在線監測數據。18家企業主要以印染紡織企業為主(12家)，食品加工(3家)，造紙、熱力生產和供應、金屬工具制造各1家。

 

       (6)其他邊界數據

 

       為了對區域更為準確地進行水量平衡分析，同時，對示范區上游的生活污水、主干線上兩處主要的流量匯入，以及泵站1與泵站2之間的流量關系進行界定與匡算。

 

       1.3研究方法

 

       以2018年作為研究基準年，以上述收集到的各類數據為基礎，對各重要泵站的工業廢水、生活污水、雨水及地下水進行匡算并分析。外來水量衡算分析的步驟：確定水量關系；確定地下水入滲與河道水位的關系；估算晴天生活污水量；分析確定雨水入流與降雨量的關系；全年水量平衡分析。

 

       q地下水入滲=q晴天夜間最小流量-q晴天夜間工業(1)

 

       q生活污水=q流量-q工業-q地下水(2)

 

       q雨水入流=q流量-q晴天(3)

 

       4種典型工況概況如表1所示。

 

 

       part2結果和討論

 

       2.1全年水量平衡

 

       根據2018年重要泵站節點全年水量平衡分析結果，如表2所示。

 

 

       2.2典型工況水量平衡

 

       2.2.1常規工況水量平衡

 

       根據常規工況下水量平衡分析結果，重點泵站節點常規工況水量關系如圖2所示。

 

 

       2.2.2節假日工況水量平衡

 

       根據節假日工況下水量平衡分析結果，重點泵站節點節假日工況水量關系如圖3所示。

 

 

       2.2.3小雨工況水量分析

 

       根據小雨工況下水量平衡分析結果，重點泵站節點小雨工況水量關系如圖4所示。

 

 

       2.2.4大雨工況水量分析

 

       根據大雨工況下水量平衡分析結果，重點泵站節點大雨工況水量關系如圖5所示。

 

 

       2.3比較分析

 

       2.3.1不同工況比較

 

       大雨工況下水量總量相對于常規工況下有所減少，可能是因為大雨情況下減少為示范區上游接入點管道溢流而進行泵站調度提前預排。常規工況和節假日工況下，分別選擇晴天，污水管網沒有雨水滲入。節假日工況下總水量急劇減少，約為常規工況下的一半。

 

       2.3.2沿程變化分析

 

       3個重要泵站節點沿程工業廢水占比不斷減少。根據水量平衡分析，沿程3個重要泵站節點的生活污水比例逐漸升高。根據水量平衡分析結果，沿程3個重要泵站地下水占比有所上升，可能是由于超齡服役、管道材質等導致泵站2到泵站3之間地下水滲入較為嚴重。

 

       2.4工程應對措施

 

       排水道地下水滲入量是地下水通過管道和檢查井等附屬構筑物的不嚴密處滲入排水管道的水量。南方地下水位常年較高，排水管道由于超齡服役、管道材質差、施工工藝落后等，導致地下水滲入較為嚴重。隨著管道使用壽命的延長，管道各種因素會導致管道損耗而使得管道的地下水滲入量增加，污水處理廠處理的污水量增加，造成工程的投資費用和工程費用都有很大的提高。因此，應盡可能降低管道的地下水滲入量。

 

       part3結論

 

       (1)通過不同工況下以及全年的水量平衡分析，可對污水管網地下水入滲、雨水入流等外來水量定量評估；在常規工況下，重要泵站節點以工業廢水為主，約占60%～80%；地下水為10%～20%；節假日工況下，工業廢水占比急劇下降，約占40%～60%，地下水占比可高達30%；大雨情況下，由于存在雨水直接入流或者快速入滲現象，導致雨水占比明顯高于小雨工況，雨水占比為10%；

 

       (2)通過對關鍵節點地下水入滲、雨水入流等外來水量的占比分析，指導本區域排水污水管網聯調聯控，從而保障下游污水處理廠的穩定運行；

 

       (3)通過污水管網上下游的水量衡算，可以輔助判斷污水管網外來水入流點的主要管段位置，結合分布式光纖測溫技術可以進一步準確判定外來水量入流點的位置。

 

       個人介紹

 

       馬翠香，女，河北唐山人。任職于同濟大學環境科學與工程學院，研究方向為流域水環境治理、廢物處理及資源化利用。主要參與“十三五”國家水專項課題以及國家重點研發計劃等多項國家級項目。