高地下水位地区排水管道渗漏的确定

时珍宝¹，李田²，孙跃平³
(1.上海市水务规划设计研究院，上海200232；2.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092；3.日本OAR株式会社，崎玉？所汉市林1丁目194番地の4)

　　摘要：过量的地下水渗入严重影响了排水系统的输送能力和安全性，同时给环境和社会功能带来较为严重的影响。通过资料调研、现场调查、详细调查三个阶段的工作，由面到点地不断缩小了管道渗入点的范围。再对已经发现有较明显地下水渗入的管道进行修复的经济顺序评价，使得渗漏严重的管道优先得到修理。
　　关键词：排水管道；地下水渗入；控制标准；调查
　　中图分类号：TU992．23　　 文献标识码：B　　 文章编号：1009—2455(2004)02—0061—03

　　上海市在进行排水系统规划、设计时采用的渗入量一般为污水量的10％。实际调查表明地下水渗入量要比设计采用的参数大得多，多数地区在20％-30％之间。过量的地下水渗入增加了污水的收集、输送、处理成本，影响了污水处理效果，降低了排水系统运行的安全性，加剧了合流制管道溢流污染的危害，在流沙地区还会造成路面塌陷事故。控制地下水的过量渗入，减少由此造成的损害是当前排水系统建设、维护与管理面临的迫切问题。本课题成果对我国南方高地下水位地区排水管道的维护管理具有借鉴意义。

1 影响地下水渗入的主要因素

　　影响地下水渗人的因素主要分为人为因素和环境因素两大类^[1](图1)。上海市降雨充沛、地势平缓、地下水位高，部分区域为流沙性土壤，这些客观存在的不利因素难以改变。控制本市排水系统地下水过量渗入的主要措施是针对可人为控制的因素，从排水管道的设计、施工、维护管理到破损管道的更新修复等方面，采取相应的措施。在对排水管道进行更新与修复之前，需做大量的前期准备工作，以提高资金使用效率和工作效率。下文就排水管道渗入点的确定给出一般操作程序，调查过程中可根据调查对象的实际情况有选择地进行，灵活加以运用。

2 管道状况调查

　　为了控制渗入(流人)管道系统的水量，需要调查渗入的原因、水量、部位，根据管道的状况采取相应的对策。有计划地收集、增补管道系统的档案资料、运行记录、养护状况，为管理、维修决策提供必要依据。上海排水管道地下水渗入调查拟按资料调研、现场调查、详细调查3个步骤由一般到个体逐步推进。
2.1 资料调研
　　首先进行资料调研，根据调研的结果确定现场调查的地点。在资料调研时，应注意地下水渗入使污水的水量和水质发生变化的典型现象，污水量的昼夜变化受服务区域的面积、地形和用水性质影响的情况。一般最大小时流量／最小小时流量在2.5-6。如果此比值太小，可认为有地下水渗入，污水BOD的质量浓度应在100-200mg／L，若BOD明显偏低，也有可能有地下水渗入。
　　确定渗人水量是掌握管道系统状况的重要手段。通过将流域划分为排水系统→子系统→服务小区，有利于区域渗入量调查的实施。区域渗入水量可以通过两种方法得到：
　　①以泵站和污水处理厂的流量记录，服务范围内的自来水售水量等为依据，通过用水量折算法进行水量衡算。一般认为污水量为自来水售水量的0.85—0.9倍。
　　②通过夜间最小流量法估算渗入量[1-2]。对于一块区域，如果没有工厂夜间排放污水，可以认为凌晨3：00-5：00点扣除夜间生活污水量后的流量基本为地下水渗入量。夜间生活污水量国外通常取日平均流量的10%，本课题通过调查建议取5％—10%。
　　对上海3个排水区域的资料调研结果见表1。

表1 上海市排水系统渗入量实测结果

　　本课题提出上海市排水系统允许渗入量的建议值10％—20％(渗入量占污水总量比例)。老的管道系统与流沙地区按上限值执行，见本文3.1。
　　通过资料调研，可达到如下目的：
　　①判断是否存在过量的地下水渗入；
　　②发生问题的主要区域；
　　③确定进一步实地调查的必要性和调查计划。
2.2 现场调查
　　现场调查是在资料调研的基础上，就特定区域管道设施的渗入水量和原因展开的调查。对资料调研阶段已经发现存在较大渗入量的区域，可进行小范围的排水量测量，并对该范围内的自来水用水量进行统计或直接测定，以判断相关区域的渗入量是否超过允许渗入量。对发生排水不畅或溢流事件的子区域也应列入进一步调查的范围。
　　现场调查包括实地察看下雨时发生淹水的检查口、路面下沉和塌陷部位以及管道内泥沙堆积较多的管线的分布状况；测定管道以及处理厂、泵站的流量等。上海排水系统的雨污混接情况比较严重。这既加重了水体污染，又降低了污水厂的处理效率。在现场调查时应对雨污混接情况进行详细调查。
　　通过现场调查，应达到以下目的：
　　①确定应进行详细调查的区域和问题部位，以及调查的优先次序；
　　②明确以后的详细调查计划。包括调查部位、调查方法、调查时期和调查费用。
2.3 详细调查
　　详细调查是将渗入量较大的区域作为重点，掌握出现问题的准确位置、管段状态和各部位的渗人水量，分析应修复的部位以及修复后的效果，并做出相应的结论。
　　详细调查包括如下项目：
　　①直接探查——目视调查、电视摄像调查；
　　②抗渗性调查——灌水调查、抽水试验；
　　③误连接调查——灌烟试验、声音试验、染料试验。
　　课题对翔殷路下φ1 800mm的排水管道进行了目视调查；对云岭西路、黄金城道、天宝路下直径较小的排水管道进行了电视摄像调查，均发现渗漏较为严重。同时测定了10根典型管段的渗漏量，见表2。
　　通过详细调查，应达到以下目的：
　　①明确各个渗入部位的损坏状态，确定修复的施工方法；同时预测修复后可减少的渗入水量，并将有关成果制成一览表。分析修复工程的费用和效益。
　　②将误连接以及其它的雨水渗入地方和每个地方的雨水流人面积制成一览表，并讨论整改的效果(雨水流人(渗入)水量的减少预测值)。

表2　 管段渗漏测定结果

3 修复决策

　　在经济及技术上，将地下水(雨水)的渗入量降低到零都是不现实的，应该允许一定的渗入量。为了取得较好的经济效益，需要建立上海排水系统的渗入量评价体系以及管道修复工程的执行顺序。
3.1 建立上海市排水系统地下水渗入量控制标准——允许渗入量
　　建立污水管道地下水渗入量指标即确定一个费用(效益)合理的允许渗入量，使得修复工程产生的经济、环境综合效益大于或等于修复费用和修复过程对环境和社会功能造成损害的综合效益。地下水允许渗入量的指标有两种衡量方法，一是以渗入水量占总污水量的质量分数来衡量，适宜用于区域地下水渗入量的控制；另一种以单位管长的负荷来衡量，单位为m³／(km·d)，将管径考虑进去，则为L/(km·mm·d)^[3]，适宜用于具体管段地下水渗入量的控制。通过一年多时间的现场调查与实验，得到了：
　　①10根典型管段渗入量实测数据；
　　②3个较大区域的渗入量实测数据及区域内市政管道相关数据；
　　③1幢居民住宅楼用水量实测数据；
　　④3个居民生活小区管道数据；
　　⑤合流一期用水量调查数据，合流一期涉及的所有泵站的运行数据以及苏州河倒虹管、黄浦江倒虹管运行数据；
　　⑥相关区域的自来水售水量数据。
　　在获得上述大量关于上海市地下水渗入量的第一手资料的同时，对国外的资料也进行了广泛的调研，并与国内相关资料进行分析类比。针对不同的管龄、管径、地质条件，结合经济效益分析，确定了合乎实际、经济有效的允许渗入量建议标准：
　　①排水区域渗入量占污水总量比例标准10％-20％；
　　②单位管长负荷标准50—75m³／(km·d)，或70—140 L／(km·mm·d)^[3]。
　　管龄长、埋深大与流沙地区按上限值执行。
3.2 管道修复的经济顺序
　　确定管段是否渗漏及其严重程度并加以修复是代价很高的工作，根据前面确定的管段渗入量标准逐个对所有的排水管段进行考察是不现实的。在确定地下水渗入地点时，需要由面到点地进行。对区域渗入量不超过标准的区域，只对管段进行个别修复；对区域渗入量超过标准的区域则进行较为系统的调查与实验，找出渗漏较为严重、超过管段渗入量标准的管段。并对发生渗漏的排水管道进行渗漏程度的评价，使得渗漏严重的管段优先得到修理。
　　建议按下面两个步骤进行：
　　①判定区域需要修复的等级。参考日本下水道修复的经验，将非降雨时期的稳定渗入量大于30％、大于20％、大于10％时的区域，分别列为A级、B级和C级。A级是首先考虑修复的对象。
　　②判断管段修复的经济顺序。修复的顺序一般取决于渗入强度的顺序。这里的渗入强度以单位管长渗入水量来衡量。理想的情况是按修复工程的工程量，计算修复费用和减少的渗入水量，由此得出减少单位渗入水量的修复费用的排列顺序。

4 结束语

　　上海市排水系统地下水渗入量总体上较为严重。过量的地下水渗入严重影响了排水系统的输送能力和安全性，同时给环境和社会功能带来较为严重的影响。对渗入量超过允许值的管道进行修复，可带来明显的经济效益和环境效益。通过资料调研、现场调查、详细调查3个阶段的工作，由面到点地不断缩小了管道渗入点的范围。再对已经发现有较明显地下水渗入的管道进行修复的经济顺序评价，使得渗漏严重的管道优先得到修理。这样可以使有限资金得到优化使用，提高资金使用效率和工作效率。

参考文献：

[1]日本下水道维护管理协会．下水道维护与管理手册[M]．1997．431—433．
[2] C Weib，H Brombach，Haller．Infiltration and infiow in com-bined sewer system：long—term analysis[J]． Water Sic & Tech，2002，47(7)：11—19．
[3]Stephen E Cordes，Graham Knott，Amn K Deb，et al．Existing newer evaluation & rehabilitation [M]．　 American：Water Envi ronment Federation，1994．71—71．

作者简介：时珍宝(1978—)，男，安徽庐江人，同济大学环境学院硕士研究生，Email：shizhenbao2@163.com。