供水系統(tǒng)管網(wǎng)水齡計算方法研究

陸瑞玨

(上海市嘉定自來水有限公司，上海201800)

水齡對管網(wǎng)水質(zhì)的影響很大，通過水齡測定，有助于加強管網(wǎng)水質(zhì)管理，并為事故應對、水廠工藝優(yōu)化以及水質(zhì)模型建立等提供參考。

1 管網(wǎng)水齡研究需要考慮的因素

1.1 區(qū)域用水量

用水量一般與氣溫、人口分布、泵站分布、用戶屬性有關。用水量越大，水齡通常越短。

1.2 管道狀況

管徑和管長是影響水齡的直接因素。在管道的末梢和死角，例如農(nóng)村或偏遠地區(qū)，水齡較長。因拆遷或改造引起的盲腸管道、未環(huán)通管道，其水齡通常較長。

1.3 管網(wǎng)維護情況

管網(wǎng)維護也會影響水齡，定期沖水等管道維護作業(yè)可縮短管網(wǎng)水齡。

1.4 其他因素

例如新小區(qū)因入住率低、用水量小，自來水在小區(qū)水庫(水箱)中的滯留時間較長，水齡比老小區(qū)大，但會隨著入住率的提高變短。在工業(yè)園區(qū)，工廠用水量會根據(jù)工作日與假期的交替呈周期性的變化，水齡也隨之改變。學校周邊的管網(wǎng)水齡也會因寒暑假呈現(xiàn)顯著的周期性波動。

2 管網(wǎng)水齡的研究方法

2.1 以氯化物為示蹤物估算

發(fā)生咸潮時，會導致原水氯化物波動，進而影響出廠水和管網(wǎng)水。氯化物在水中穩(wěn)定，不易受其他因素干擾，且檢測方法簡單。可根據(jù)咸潮初發(fā)期和消退期水廠出廠水和管網(wǎng)監(jiān)測點氯化物變化的不同步性，判斷監(jiān)測點水齡的大致范圍。但是需要注意的是，這種研究管網(wǎng)水齡的方法有所局限，適用于水廠處于受咸潮影響波動的地區(qū)，通常不宜向水中添加氯化物作為特定的示蹤物來測定水齡。

圖1所示為某水廠管網(wǎng)水齡調(diào)查點分布示意，選擇的調(diào)查點位于管網(wǎng)末梢、干管附近，管線長度在5～20 km不等。取樣點性質(zhì)包括工廠企業(yè)、社區(qū)醫(yī)院、居民用戶、供水泵站等。選點既考慮普通用戶因為用水量變化對水齡的影響(例如工作日和休息日)，又考慮管線具有一定的長度而且對調(diào)查點附近的代表性[1]。選定監(jiān)測點，每日定時取樣1次，與水廠同期水質(zhì)比對并估算水齡。從表1至表3、圖2和圖3的監(jiān)測結果可以看出，調(diào)查點的水齡變化很大，特別是在周末時段，企業(yè)用戶的水齡接近48 h。7#取樣點距離A水廠約20 km，根據(jù)供水量和管網(wǎng)直徑計算，A水廠出廠水經(jīng)管網(wǎng)輸送至該點的時間約為4 h，這與實際監(jiān)測推算的結果相符，且該取樣點水量變化不大，水齡也較穩(wěn)定。

圖1 管網(wǎng)水齡調(diào)查點分布示意Fig.1 Diagram of distribution of water age survey points

mg·L-1

圖2 A水廠及其供水范圍內(nèi)監(jiān)測點氯化物的變化Fig.2 Change of chloride at monitoring points of A Waterworks and its water supply area

監(jiān)測點星期三(3月20日)星期四(3月21日)星期五(3月22日)星期六(3月23日)星期日(3月24日)星期一(3月25日)C水廠30824620816512182E#2942542281521248#2682221721381009#260220186184116

圖3 C水廠及其供水范圍內(nèi)監(jiān)測點氯化物變化對比Fig.3 Change of chloride at monitoring points of C Waterworks and its water supply area

取樣點水齡推算A水廠1#16～242#25～453#4～274#12～445#10～246#16～217#4～6C水廠E#20～388#8～169#6～34

2.2 通過水質(zhì)波動估算

從圖4可以看出，由于出廠水濁度突然升高，供水范圍內(nèi)的監(jiān)測點也相繼出現(xiàn)濁度增大的情況。根據(jù)濁度升高的時間差也可估算出水齡，例如A水廠至3#取樣點的水齡約為4 h，與氯化物測水齡的方法結果基本一致。

圖4 A水廠出廠水水質(zhì)波動與監(jiān)測點水質(zhì)波動對比Fig.4 Comparison of water quality fluctuation of treated water of A Waterworks and the monitoring points

2.3 其他方法

此外，還可通過建立模型計算節(jié)點水齡，但該方法需要進行水力計算，確定每個管段的流量、流速以及水流方向，再根據(jù)各管段的長度計算每個管段水流流經(jīng)的時間[2]。方法所需數(shù)據(jù)量龐大且計算復雜，在實際應用上有一定的困難。

另有通過余氯衰減的情況確定節(jié)點水齡的方法，即將每個節(jié)點的余氯值和水齡值進行曲線擬合分析，得到擬合方程[3]來測定水齡。由于余氯在管網(wǎng)中的衰減還受季節(jié)、管道情況等因素影響，該方法在實踐中有一定的不確定性。

3 結論

① 通過實踐，測定水齡并對管網(wǎng)水中余氯、氨氮、亞硝酸鹽氮等指標進行分析。不但對水廠工藝有直接的反饋作用，還有助于水廠、泵站確定合適的余氯水平并優(yōu)化生產(chǎn)工藝，分析氯胺消毒后管網(wǎng)中的硝化過程，進行化學、生物穩(wěn)定性的評價等。

② 測定水齡對于水廠加強管網(wǎng)水質(zhì)管理有重要的指導作用，可根據(jù)水齡數(shù)據(jù)確定各區(qū)域的“三定”沖水周期，確保特定區(qū)域水質(zhì)指標例如余氯、亞硝酸鹽氮等穩(wěn)定達標。

③ 當出現(xiàn)管網(wǎng)水質(zhì)突發(fā)事件時，通過水齡數(shù)據(jù)能進行預判預警，及時確定影響區(qū)域并采取相應的應急措施。此外，確定水齡對建立管網(wǎng)水質(zhì)模型也有一定的參考價值。