平原河网地区污水管网外来水量衡算分析

随着国内大城市污水处理率的逐渐提高，国内对管道系统的地下水入渗问题目益关注，特别是平原河网高地下水位地区。开展地下水渗入/流入量等外来水量及污水管网破损等情况的研究是一项迫切的任务，目前国内外已对此做过较多研究，对污水管网发生渗漏的管段进行诊断并确定入渗和入流水量，对于提高污水管网的运行效率具有重要意义。

本文针对平原河网地区某示范区的工业废水和生活污水管网的主要泵站的外来水量开展了相关研究，主要分析了各重要泵站节点的全年水量平衡，并考察了常规工况、节假日工况、小雨工况及大雨工况等4种工况下的水量平衡，建立该市污水外排系统的旱天及雨天进水水量平衡关系，从而进一步分析旱季及雨季污水管网节点水量平衡关系和水量沿程变化规律，有助于判断污水管网破损程度及城市管网维护。

Part 1 研究方法

1.1 研究区域

平原河网地区某市某示范区的污水管网平面如图1所示，示范区面积约为186 km2，排水管线长约为7.6 km，设计污水量输送规模为12万 m3/d。重要泵站节点中，泵站1在上游，泵站2在中游，泵站3在下游，圆点为某示范区内18家工业企业所处位置。

1.2 基础数据概述

(1)降雨数据

根据提供的资料，收集位于某示范区内的某雨量站2018年的逐日降雨数据。

(2)河道水位数据

收集某示范区西北角某水文站2018年的逐日河道水位数据。

(3)污水管网数据

示范区内的排污管线主要由1条由北至南的压力管及两侧收集工业废水的支管构成。压力管覆土深度约为1 m，管径为DN600，直至泵站1。泵站1与泵站3之间的主干管为重力管，管径由DN1000逐步增大到DN1800。

(4)泵站数据

主要收集图1中3处泵站2018年的泵站运行数据。

(5)工业企业数据

根据现场调查及资料收集，收集到某示范区内18家工业企业的在线监测数据。18家企业主要以印染纺织企业为主(12家)，食品加工(3家)，造纸、热力生产和供应、金属工具制造各1家。

(6)其他边界数据

为了对区域更为准确地进行水量平衡分析，同时，对示范区上游的生活污水、主干线上两处主要的流量汇入，以及泵站1与泵站2之间的流量关系进行界定与匡算。

1.3 研究方法

以2018年作为研究基准年，以上述收集到的各类数据为基础，对各重要泵站的工业废水、生活污水、雨水及地下水进行匡算并分析。外来水量衡算分析的步骤：确定水量关系；确定地下水入渗与河道水位的关系；估算晴天生活污水量；分析确定雨水入流与降雨量的关系；全年水量平衡分析。

Q地下水入渗=Q晴天夜间最小流量-Q晴天夜间工业 (1)

Q生活污水=Q流量-Q工业-Q地下水 (2)

Q雨水入流=Q流量-Q晴天 (3)

4种典型工况概况如表1所示。

Part 2 结果和讨论

2.1 全年水量平衡

根据2018年重要泵站节点全年水量平衡分析结果，如表2所示。

2.2 典型工况水量平衡

2.2.1 常规工况水量平衡

根据常规工况下水量平衡分析结果，重点泵站节点常规工况水量关系如图2所示。

2.2.2 节假日工况水量平衡

根据节假日工况下水量平衡分析结果，重点泵站节点节假日工况水量关系如图3所示。

2.2.3 小雨工况水量分析

根据小雨工况下水量平衡分析结果，重点泵站节点小雨工况水量关系如图4所示。

2.2.4 大雨工况水量分析

根据大雨工况下水量平衡分析结果，重点泵站节点大雨工况水量关系如图5所示。

2.3 比较分析

2.3.1 不同工况比较

大雨工况下水量总量相对于常规工况下有所减少，可能是因为大雨情况下减少为示范区上游接入点管道溢流而进行泵站调度提前预排。常规工况和节假日工况下，分别选择晴天，污水管网没有雨水渗入。节假日工况下总水量急剧减少，约为常规工况下的一半。

2.3.2 沿程变化分析

3个重要泵站节点沿程工业废水占比不断减少。根据水量平衡分析，沿程3个重要泵站节点的生活污水比例逐渐升高。根据水量平衡分析结果，沿程3个重要泵站地下水占比有所上升，可能是由于超龄服役、管道材质等导致泵站2到泵站3之间地下水渗入较为严重。

2.4 工程应对措施

排水管道地下水渗入量是地下水通过管道和检查井等附属构筑物的不严密处渗入排水管道的水量。南方地下水位常年较高，排水管道由于超龄服役、管道材质差、施工工艺落后等，导致地下水渗入较为严重。随着管道使用寿命的延长，管道各种因素会导致管道损耗而使得管道的地下水渗入量增加，污水处理厂处理的污水量增加，造成工程的投资费用和工程费用都有很大的提高。因此，应尽可能降低管道的地下水渗入量。

Part 3 结论

(1)通过不同工况下以及全年的水量平衡分析，可对污水管网地下水入渗、雨水入流等外来水量定量评估；在常规工况下，重要泵站节点以工业废水为主，约占60%～80%；地下水为10%～20%；节假日工况下，工业废水占比急剧下降，约占40%～60%，地下水占比可高达30%；大雨情况下，由于存在雨水直接入流或者快速入渗现象，导致雨水占比明显高于小雨工况，雨水占比为10%；

(2)通过对关键节点地下水入渗、雨水入流等外来水量的占比分析，指导本区域排水污水管网联调联控，从而保障下游污水处理厂的稳定运行；

(3)通过污水管网上下游的水量衡算，可以辅助判断污水管网外来水入流点的主要管段位置，结合分布式光纤测温技术可以进一步准确判定外来水量入流点的位置。

个人介绍

马翠香，女，河北唐山人。任职于同济大学环境科学与工程学院，研究方向为流域水环境治理、废物处理及资源化利用。主要参与“十三五”国家水专项课题以及国家重点研发计划等多项国家级项目。Email：cuixiangma_wk@163.com。