湖濱城市供排水平衡分析及對策—以昆明市為例

周宏斌，何 佳，張 英，徐曉梅，鄧偉明，陳春瑜

（1.昆明市環境科學研究院，云南昆明650032；2.云南高科環境保護科技有限公司，云南昆明650032）

湖濱城市供排水平衡分析及對策—以昆明市為例

周宏斌1，何 佳1，張 英2，徐曉梅1，鄧偉明2，陳春瑜2

（1.昆明市環境科學研究院，云南昆明650032；2.云南高科環境保護科技有限公司，云南昆明650032）

供排水平衡分析是探究城市供水排水系統運行問題的基礎和有效手段。城市供排水平衡受供水管網漏失情況、排水管網收集效率以及排水系統雨污分流情況等因素的影響。湖濱城市由于其特殊的水文地質條件，地下水資源豐富，地下水位較高，地下水滲入排水系統成為城市供排水平衡的重要影響因素。綜合考慮各影響因素，提出了適用于湖濱城市的供排水平衡計算公式，并利用該公式以及昆明市主城區2012年的供排水相關數據對昆明市主城區供排水平衡性能進行了評估，計算結果表明，在考慮了各影響因素后，2012年昆明主城區供水－排水－處理量之間基本達到平衡。

供排水平衡；湖濱城市；分析；對策；昆明

城市供排水系統是城市基礎設施的重要組成部分，供排水系統的完善及正常運行對城市水環境保護具有重要的意義。供排水平衡分析是探究城市供水排水系統運行問題的有效手段，與城市供排水系統的規劃、建設、維護和管理工作息息相關，對城市的發展規劃和建設具有重要的指導意義。健全及完善的供排水系統應保證供排水平衡，當出現供排水不平衡的情況，即污水處理能力小于排水量時，污水處理能力的不足必然會導致未能處理的污水直接排入水體，對水環境造成污染。湖濱城市由于其特殊的水文地質條件，在供排水平衡研究中需要綜合考慮多因素的影響，特別是地下水入滲帶來的影響。本文針對湖濱城市提出供排水平衡計算公式，并以昆明市為例進行了供排水平衡分析，根據分析結果提出相應的對策措施。

1 湖濱城市供排水平衡公式

1.1 城市供排水平衡基本計算公式

城市供排水平衡可以利用基于質量守恒原理的水量平衡方程進行計算。焦德生等人在綜合考慮了地表徑流量、地下水補給及排泄量、引入或引出水量、污水排放量、蒸發量及蓄變水量等因素后提出了通用的城市水量平衡方程［1］。馬開遠等人進行城市供配水、用水、排水系統之間水量平衡的研究中，將水量平衡方程概化為包含地表水取水量、地下水取水量、凈耗水量及排出的廢污水量4個因子的平衡計算公式［2］。

本文研究的重點是城市供水系統及排水系統之間的水量平衡關系，主要研究供水量、排水量及處理水量等幾個因素之間的平衡關系。本文將城市供排水水量平衡公式概化如下：

式中：VS—供水量；VX—工業、農業、生活和社會公共用水等的凈耗水量；VC—排出的廢污水量；VT—處理的廢污水量。

1.2 湖濱城市供排水平衡主要影響因素

湖濱城市由于其特殊的水文地質條件，地下水資源豐富，埋深淺，地下水的滲入排水管網是影響供排水平衡的重要因素之一。此外，供排水平衡還受供水管網漏失情況、排水管網收集效率以及雨污分流情況的影響。

（1）供水管網漏失

供水管網漏失是影響供水量的主要因素，供水管網漏失水量并未進入用水系統，其主要包括賬面漏失水量以及管道物理漏失水量。賬面漏失水量主要是由表計量誤差引起。管道物理漏失的原因主要包括供水系統本身的缺陷 （如管材結垢、腐蝕、穿孔，管道接口不嚴密，管網老化等）、管道施工質量差、管網運行管理不當 （如管網運行壓力過高）以及溫度、不良地質條件等外界環境的影響［3］。供水管網漏失水平可利用漏失率、未售水百分率及單位管長單位時間漏水量來衡量［4］。

（2）排水管網收集效率

排水管網收集效率直接決定了用水系統排放的污水能夠進入污水處理系統的水量。排水管網收集效率受城市供排水規劃設計、排水管網建設覆蓋情況以及排水管網維護情況的影響。在供排水平衡研究中，應充分考慮排水管網收集效率，計算污水的實際收集量，以便于評估城市污水處理系統的實際處理能力。

（3）地下水滲入

地下水滲入是湖濱城市排水系統中普遍存在的問題。湖濱城市地下水埋深淺，當地下水水位高于排污管道或溝渠時，地下水會通過排污管道破損口進入排污管道或直接入滲進入排污溝渠；此外管道連接口不嚴密也會造成地下水的滲入。大量的地下水入滲會導致污水處理廠進水污染物負荷被稀釋，降低污水處理廠處理效率；此外地下水的大量滲入還可能導致合流制排污管道溢流的發生，造成水環境的污染［5］。因此在湖濱城市供排水平衡的研究過程中應充分考慮地下水滲入的影響。地下水滲入量的評估可采用水量平衡法、同位素示蹤法以及污染負荷法［6］。

（4）雨季雨水混入

城市排水體制主要包括截留式合流制和分流制。雨污分流能夠減小由于雨水混入對污水處理系統處理能力的沖擊。目前多數城市雨污混接現象相當普遍，在進行城市供排水平衡研究時，應充分考慮城市實際排水方式，將雨季由于未能做到雨污分流而混入的雨水納入污水處理廠處理能力設計中進行考慮，避免由于設計處理能力的不足而導致未處理污水直接進入水體，對水體造成污染。

1.3 考慮供排水平衡影響因素后的平衡計算公式

綜合考慮影響湖濱城市供排水平衡的各因素后，可以得到如下的排水水量平衡公式：

式中：VL—供水管網漏失水量；VG—地下水滲入量；VR—雨水混入量；η—排水管網收集效率。

2 湖濱城市供排水平衡計算——以昆明市為例

2.1 昆明主城區供排水系統概述

昆明市是典型的湖濱城市。目前昆明市共有自來水廠11座，自來水廠總體設計規模121.5萬m3／d，現運行規模約84.5萬m3／d。主城區共建設有污水處理廠8座，設計處理規模110.5萬m3／d。昆明主城區排水體制為截流式合流制和分流制并存。

2.2 昆明主城區供排水平衡計算

本次供排水平衡以昆明主城區2012年的供排水資料為基礎進行計算，資料主要收集于昆明市自來水集團有限公司、昆明市國土資源局、昆明通用水務自來水有限公司以及昆明主城區各污水處理廠。

（1）供水量（VS）計算

昆明主城區供水總量由自來水廠供水量、自采水供水量以及桶裝水供水量3個部分組成，相關數據資料主要由昆明市自來水集團有限公司及昆明市國土資源局提供。2012年昆明主城自來水廠計費的供水總量為29932.37萬m3，未收費供水量約為總供水量的15%。考慮到自來水廠未收費的供水量，2012年昆明主城自來水廠總供水量約35214.6萬m3，日均供水量約96.48萬m3；自采水供水量1300萬m3，日均供水量3.56萬m3；桶裝水供水量約為219萬m3，日均供水量0.6萬m3。

綜上，昆明市2012年供水總量為36733.6萬m3，日均供水總量為100.64萬m3。

（2）供水管網漏失水量（VL）計算

根據昆明通用水務自來水有限公司的數據資料，昆明市2012年管網漏失率為13.26%。根據自來水廠供水量及管網漏失率可得2012年昆明市供水管網漏失水量為4669.46萬m3，日均漏失水量為12.79萬m3。

（3）凈耗水量（VX）計算

凈耗水量通過供水量與污水產生量的差值計算。污水產生量主要包括城鎮生活、工業企業以及第三產業企業產生的污水量。根據昆明主城污染源普查數據，2012年昆明市主城城鎮生活源污水排放量為23765萬m3，2446家工業企業污水排放量為761.5萬m3，6593家第三產業企業污水排放量為2267.81萬m3。

綜上，2012年昆明市凈耗水量為5269.83萬m3，日均耗水量為14.44萬m3。

（4）排水管網收集效率 （η）的確定

昆明主城區排水管網收集效率主要利用Arc-GIS10地圖編輯功能，在昆明主城地下管線探測CAD數據的基礎上，建立昆明主城排水管網空間數據模型，通過污水在排水管網中輸送過程的分析，確定污水的最終去向，并統計被污水處理廠收集和未收集的部分后計算得到。經計算，昆明主城各污水處理廠納污片區的污水收集率為61.02%～95%，根據污水排放量及收集率可得，昆明主城建成區污水日均收集總量為51.86萬m3。昆明主城區污水管網尚未建成區域的污水主要通過地表徑流、農灌溝渠等方式匯入建成區合流溝渠和污水管，最終進入污水處理廠，其污水收集率由進入建成區污水處理廠的純污水量和排放量確定。經計算污水管網尚未建成的其他區域旱季污水收集率為87.8%，旱季污水日均收集量為15.13萬m3，雨季污水收集率為49.9%，雨季污水日均收集量為8.59萬m3。

（5）地下水滲入量（VG）計算

根據昆明市排水系統的構建及實際運行情況，地下水入滲量的計算可分溝渠收集區域、管道收集區域和其它區域。

由于晴天不需要考慮雨水的影響，溝渠收集區地下水滲入量可利用晴天污水量法進行計算，即利用溝渠內的總水量扣除原生污水量為地下水入滲量。根據昆明主城典型溝渠收集片區船房河排水片區晴天污水產匯水量水質實測數據，計算得到昆明主城區溝渠收集片區的地下水入滲率約為35%。

管道收集片區由于缺少水量水質監測數據，通過類比國內外相關研究資料確定其地下水入滲率。時珍寶等人對上海3個排水區域調研結果顯示地下水入滲率為10%～29%［7］。劉旭輝等人對深圳市福田區某片區排水系統的研究顯示地下水滲入率約為25%［8］。林家森通過對廣州市有代表性的污水管道地下水滲入量進行研究得到地下水滲入率約為10%～25%［9］。G Weib等人在2002年對德國34個污水處理廠服務區域的地下水滲入量的研究結果表明德國排水管道地下水滲入率平均值約為35 %［10］。綜上所述，國內外排水管道地下水滲入率一般在10%～35%，昆明主城建成區污水以管道收集片區地下水入滲率可取20%。

昆明主城建成區外的其它區排水方式與收集過程相對粗放，其污水主要通過地表徑流、農灌溝渠等方式收集匯入建成區污水管及合流溝渠，地下水滲入量較大，其地下水滲入率取50%。

對各收集系統地下水滲入量分別核算后，得到2012年昆明主城區污水管網建成區日均地下水滲入量為19.44萬m3，污水管網未建成區雨季日均地下水滲入量為8.59萬m3，旱季日均地下水滲入量為15.13萬m3。

（6）雨季雨水混入量（VR）計算

昆明主城區雨污混排情況較為突出，排水系統中雨水管與污水管混接的節點數多達6608個。雨水混入量可以利用質量守恒定理進行計算，TN的濃度變化受雨水混入的影響最為明顯，故可將其作為代表因子來計算雨水混入量。通過計算可得雨水所占比例為污水總量的23%，即2012年昆明主城區污水處理廠雨季混入的雨水量為4014.57萬m3，日均混入的雨水量為26.24萬m3。

（7）實際處理水量（VT）

實際處理水量通過收集昆明主城區各污水處理廠實際運行數據得到，2012年昆明各污水處理廠旱季日均污水處理總量為103.33萬m3，雨季日均污水處理總量為114.61萬m3。

（8）供排水平衡分析

根據公式（2）、（3）對昆明主城區2012年旱季和雨季供排水水量平衡進行計算，計算結果如表1所示。

表1 2012年昆明主城區供排水平衡計算結果 萬m3／d

從表1可以看出，在考慮了供水過程中管網漏失水量、排水管網收集效率、地下水滲入量以及雨季雨水混入量以后，2012年昆明市主城區供水量、排水量以及污水處理系統處理水量基本達到平衡，供排水平衡計算余值較小，2012年昆明市供排水系統平衡性較好。

3 結論與對策分析

（1）昆明主城區部分區域污水收集率較低，未收集部分直接進入自然水體，造成水體污染，建議完善主城區排水專項規劃，加快污水管網建設，加強污水管網的維護及定期檢查，逐漸提高污水管網收集效率。

（2）昆明主城區地下水滲入排水管網的現象較為明顯，地下水的大量滲入，加重了排污管道收集和輸送、泵站提升、污水處理廠的水量負荷，增加了排水系統投資及運行費用，導致污水處理廠進水污染物濃度被稀釋，降低污水處理廠處理效率。建議在進行排水系統設計的過程中充分考慮地下水滲入所產生的影響，在新排水管道竣工時進行地下水滲入量的測定，對舊管道地下水滲入情況進行調查，根據舊管道的滲入情況，及時開展修復工作，減少由于舊管道破損所引起的地下水滲入。

（3）昆明主城區雨污混排情況較為明顯，排水系統中雨水管與污水管混接現象普遍存在，雨季大量雨水進入污水處理廠，增加了污水處理廠處理量。建議完善雨污分流系統，對雨水管與污水管混接節點進行排查，減少雨季混入的雨水量。

［1］焦得生，楊景斌，王鳳岐，等.中國典型城市水資源精測、評價與系統分析［J］.水文，1996（6）.

［2］馬開遠，冉鄂東，吳偉斌，等.北海市城市水平衡分析及對策［J］.廣西水利水電，2013（1）.

［3］張曉燕.城市給水管網漏失的主要原因分析 ［J］.科技信息，2011（21）.

［4］袁志彬.我國城市供水管網漏失率狀況及其管理措施 ［J］.城市管理與科技，2004（2）.

［5］楊文進，雷培樹，李樹苑.地下水滲入排水管道的危害性和滲入量分析及防滲建議［J］.給水排水，2007（11）：113－115.

［6］郭帥，張土喬，Z.Zhu David.地下水滲入排污管道的定量方法［J］.中國給水排水，2013（4）.

［7］時珍寶，李田，孫躍平.高地下水位地區排水管道滲漏的確定［J］.工業用水與廢水，2004（2）.

［8］劉旭輝，張金松，Goulven，I.深圳市排水系統地下水滲入量初步研究［J］.中國給水排水，2013（3）.

［9］林家森.城市污水管道地下水滲入量研究 ［J］.中國市政工程，2004（4）.

［10］Weib G，Brombach H，Haller B.Infiltration and inflow in combined sewer systems：long－term analysis［J］.Water Science＆Technology，2002，45（7）：11－19.

Analysis and Countermeasures of W ater Supply and Drainage Balance of W aterfront City by Taking Kunm ing as an Exam ple

ZHOU Hong－bin1，HE Jia1，ZHANG Ying2，XU Xiao－mei1，DENGWei－ming1，CHEN Chun－yu2
（1.Kunming Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650032，China）

The analysis of water supply and drainage balance is a fundamental and efficientmethod for exploring theoperational status ofwater supply and drainage system of a city.There aremany factors thatmay impact the balance ofwater supply and drainage，such as leakage rate of water supply network，collection efficiency of drainage network，and distribution status of rain and sewage.Groundwater infiltration into sewer systems is an important factor thatwill influence the balance ofwater supply and drainage.In this paper，based on an overall consideration of possible factors，an equation was proposed to assess the balance relationship between water supply and drainage in waterfront city.The balance quality of water supply and drainage was calculated using the equation based on the water supply and drainage data of Kunming in 2012.The result showed that thewater supply and drainage of Kunming was in a good balance status by taking above factors into account in 2012.

water supply and drainage balance；waterfrontcity；analysis；Countermeasures；Kunming

X52

A

1673－9655（2015）02－0044－04

2014－08－20