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，長江流經市域東南邊緣，市域內河流主要屬于長江流域的巢湖——裕溪河水系。當前，巢湖市已建成排水管道系統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]，對污水處理廠的運行和處理效果造成沖擊。隨著巢湖市污水截流配套設施的完善和污水處理比例的逐步提高，準確掌握地下水滲入量對排水管道系統的設計、運行及管理的重要性也日益顯現出來。

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構筑物滲入排水管道系統中的水量，根據日本的設計和規劃規定，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增加污水處理廠、泵站的運行費用[2，3]，降低污水的處理效率，而且還會增加合流制污水管道截流干管的水量負荷，在我國的GB 50014-2006室外排水設計規范中指出“在地下水位較高的地區，宜適當考慮地下水滲入量”，但對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%計算。現通過對新舊不同排水管材管道的地下水滲入量研究為基礎，對巢湖市中心城區排水主干管道地下水滲入量按照資料調研、現場調查、詳細調查順序進行研究[4]。

1 試驗方法

該排水管道地下水滲入量的測定方法適用于測定比較長的管道，選取連續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留孔、進水口、出水口，防止這些孔口有水流入，用潛水泵連續抽去排水管道的上游來水，觀測不同歷時的管內水位的變化，封堵待測管段的兩端并將其抽空，用水位標尺測量檢查井中的水位標高并且記錄試驗的開始時間 t1，在經歷足夠長的時間后，用潛水泵迅速的抽水并記錄水位降到試驗開始時水位標高的時間t2，由多普勒管道流量計的讀數便可以計算出相應時段內的滲入量。這種測定方法對于管徑較小的管段試驗誤差較大，而且試驗時間較長，管道流量計前端的過濾器比較容易被堵塞。該方法適用于測定管段長度較長、管徑比較大和管道覆土深度較大的管段。

選擇的管段應當合理，可以準確測定地下水滲入量，并綜合考慮以下原則:

1)測定的觀測歷時一般選取為 3 h～5 h，采用潛水泵快速抽水和水位尺測定水面的高度變化，記錄時間變化和水位高度變化數據。2)待測管道內應保留大約 50mm深的積水。測定開始后連續觀測記錄排水管道內水面的上升高度和時間變化情況，最終的測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定結果分析

2.1 測定數據

在巢湖市中心城區內的排水管道系統中選取 a，b，c，d，e和 f 6個待測定管段做地下水滲入量的測定試驗，測定管段如表 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，測定計算數據結果如表 2所示。

表1 中心城區排水檢測管段

表2 地下水滲水量的測定數據

2.2 結果與討論

從表 2中可知，對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。而對于新建聚乙烯管道，地下水滲入量為 8.9m3/(km?d)，遠遠小于鋼筋混凝土管道的地下水滲入量。

對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，并且遠遠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，地下水位高達 8.3m，很有可能是該段管道服務年限過長而導致排水管道破裂或損壞導致地下水的大量滲漏。

從上述論述中可以發現，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果。隨著管段使用年限的延長，因為多種影響因素的綜合作用而導致管道接口出現裂縫甚至管道或附屬構筑物塌陷，滲入量也必將大幅度提高。

3 結論與建議

1)控制地下水過量的滲入是當前排水管道及污水廠的設計、運行及維護管理急需解決的問題，地下水滲入排水管道將會導致長期的水體污染加劇和社會經濟損失，造成嚴重危害，需要研究建立巢湖市排水管道地下水滲入量控制標準，即建立排水管道地下水滲入量的量化指標，降低地下水滲入量，達到城市建設過程中工程建設的經濟、環境綜合效益不小于運行維護和維修費用。

2)對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。在進行城市排水管網規劃建設時，應盡可能將排水管線布置在地下水位較低的地方，降低管道的埋設深度。

3)管材質量和管道接口材料及與附屬構筑物連接的嚴密性直接決定管道的防滲性能，進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等條件相近的條件下，管道使用年限較長以及維修養護投入不足，管道的使用年限越久滲入量就越大。加強排水管道及其附屬構筑物的日常維護和維修。

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

[2] 中華人民共和國建設部.城市污水處理工程項目建設標準(修訂)[M].北京:中國計劃出版社，2001:15-25.

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

[4] 時珍寶，李 田，孫躍平.排水管道修復——調查與決策[J].污染防治技術，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] 日本下水道維護管理協會.下水道維護與管理手冊[Z].日本，1997:431-433.