常州市區(qū)污水管道滲漏的試驗

張冬冬 ZHANG Dong-dong

（常州市排水管理處管網(wǎng)管理所，常州 213017）

0 引言

市政污水管道的滲漏按管道與地下水位的關系分為兩類：管道內(nèi)液位高于地下水位時，出現(xiàn)的滲漏為外滲；管道內(nèi)液位低于地下水位時，出現(xiàn)的滲漏為內(nèi)滲。外滲帶來的后果主要是污染地下水，內(nèi)滲帶來的后果是增大污水總量，降低有機物濃度，影響污水處理廠的正常運行。[1]

除地下水位，市政污水管道在實際運行過程中，其滲漏特性還受管材、管徑、管齡、接口質(zhì)量、埋深、土壤特性等諸多因素的影響。同時考慮眾多因素對污水管道滲漏特性的影響，具有較大的難度。

本文在常州市區(qū)，針對運行的污水管道，從管材、管徑、管齡、埋深四個方面對其滲漏特性進行了試驗研究。

1 試驗裝置與試驗方法

試驗裝置如圖1 所示，選取1 個管段（含1 口檢查井）作為試驗管段，兩端采用磚砌封堵。經(jīng)降水清淤后對試驗管段進行視頻檢測（CCTV），確保試驗管段無結構性缺陷。

圖1 試驗裝置

試驗過程中，試驗管段的上下游采取導水措施，保證污水管道的正常運行。

試驗前，將上游或下游污水注入試驗管段內(nèi)，滿水至管頂向上2m，經(jīng)24h 后，若水位下降，則對該試驗管段進外滲特性的研究；若水位上升，則對該管段進行內(nèi)滲特性的研究。

外滲特性研究的試驗方法，參照《GB 50268-2008 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》中無壓管道閉水試驗的要求，滿水至管頂向上2m，但未保持恒定水頭，觀察24h水位下降規(guī)律。

內(nèi)滲特性研究的試驗方法，將試驗管段內(nèi)水位降至流槽露出（受水泵吸水高度限制），停泵，觀察24h 水位上升規(guī)律。

各時間點的滲漏量，按式（1）進行計算：

式中qn——各時間點的滲漏量，m3/km；

V0——試驗管段內(nèi)初始水量，m3；

Vn——試驗管段內(nèi)某時間點的水量，m3；

L——試驗管段長度，m。

各時間段的滲漏速率，按式（2）進行計算：

式中Sn——各時間段的滲漏速率，m3/km/min；

qn——某時間點的滲漏量，m3/km；

qn-1——前一時間點的滲漏量，m3/km；

tn——某時間點，min；

tn-1——前一時間點，min。

2 試驗結果分析

本文選取了常州市區(qū)6 處運行的污水管段作為試驗管段，其中有4 處試驗管段呈現(xiàn)外滲特性，有2 處管段呈現(xiàn)內(nèi)滲特性。

2.1 污水管道外滲特性的研究

4 處試驗管段位于常州市區(qū)的東經(jīng)120、永寧北路、黃河西路、龍江路，其外滲試驗的滲漏量如表1 所示。

表1 外滲試驗滲漏量數(shù)據(jù)表

如圖2 所示，4 個試驗管段的滲漏量變化趨勢基本一致，隨時間遞增。管徑越大，滲漏量越大。鋼筋混凝土管滲漏量較大，HDPE管和球墨鑄鐵管滲漏量較小且相當。

圖2 滲漏量—時間變化曲線

外滲試驗的滲漏速率數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 外滲試驗滲漏速率數(shù)據(jù)表

如圖3 所示，滲漏速率變化趨勢基本一致，受試驗水頭降低的影響，總體上隨時間呈遞減趨勢，后期趨于穩(wěn)定。從總體上看，大管徑的鋼筋混凝土管滲漏速率要大于小管徑的HDPE 管和球墨鑄鐵管。

2.2 污水管道內(nèi)滲特性的研究

2 處試驗管段位于常州市區(qū)的龍江北路和晉陵北路，由于2 處管段的管徑≥d1000，試驗過程中水位上漲較為緩慢，為降低測量誤差的影響，特將觀察間隔時間延長為6h、12h 和24h。其內(nèi)滲試驗的滲漏量如表3 所示。

表3 內(nèi)滲試驗滲漏量數(shù)據(jù)表

如圖4 所示，滲漏量隨時間遞增，管徑大，滲漏量大，但12h 內(nèi)滲漏量的差距不明顯。

圖4 滲漏量—時間變化曲線

內(nèi)滲試驗滲漏速率的數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 內(nèi)滲試驗滲漏速率數(shù)據(jù)表

如圖5 所示，管徑越大，滲漏速率越快，但日間12h 內(nèi)滲漏速率差距不明顯。

圖5 滲漏速率—時間變化曲線

日間12h 內(nèi)，前6h 的滲漏速率大于后6h 的滲漏速率；夜間12h 的滲漏速率開始回升。

經(jīng)分析認為，日間滲漏速率下降，夜間滲漏速率回升的現(xiàn)象，與單日內(nèi)地下水位的波動規(guī)律有一定的關聯(lián)性。沒有降雨時，日間由于蒸發(fā)作用以及植物的蒸騰作用，地下水位呈下降趨勢。夜間由于蒸發(fā)作用以及植物的蒸騰作用減弱，加上地下水流的側向補給，地下水水位會緩慢的上升[2]。

2.3 管齡、埋深對管道滲漏的影響

除了管材、管徑外，管齡、埋深對污水管道的滲漏特性也有較大的影響。

如表5 所示，通過資料查閱及現(xiàn)場勘測，整理出6 處試驗管段的管齡及埋深數(shù)據(jù)。表中鋼筋混凝土管的允許滲漏量采用《GB 50268-2008 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》中無壓管道閉水試驗的要求的推薦值。HDPE 管和球墨鑄鐵管采用公式q=0.0032Di 計算得出，式中q 表示允許滲漏量（L/km/min），Di 表示管道內(nèi)徑（mm）。[3]

表5 管齡、埋深數(shù)據(jù)表

由表5 可知，實測滲漏量大于允許值的管道，其管齡均為2003 年之前，可認為污水管道滲漏量與管齡有關。

由表5 可知，實測滲漏量大于允許值的管道，其管底深度均超過5.6m，可認為污水管道滲漏量與埋深有關。管底深度≤5.38m，管道滲漏呈現(xiàn)外滲特性，管底深度≥5.63m，管道滲漏呈現(xiàn)內(nèi)滲特性。

3 結論

①污水管道外滲滲漏量隨時間遞增。管徑越大，滲漏量越大。鋼筋混凝土管滲漏量較大，HDPE 管和球墨鑄鐵管滲漏量相當。外滲滲漏速率總體上隨時間呈遞減趨勢，后期趨于穩(wěn)定。從總體上看，大管徑的鋼筋混凝土管滲漏速率要大于小管徑的HDPE 管和球墨鑄鐵管。

②污水管道內(nèi)滲滲漏量隨時間遞增，管徑大，滲漏量大，但12h 滲漏量的差距不明顯。內(nèi)滲滲漏速率管徑大，滲漏速率快，但12h 滲漏速率差距不明顯；日間12h 內(nèi)，前6h 的滲漏速率大于后6h 的滲漏速率；夜間12h 的滲漏速率開始回升。

③通過6 處試驗管段的滲漏特性研究發(fā)現(xiàn)，污水管道滲漏量與管齡、埋深有關，管底深度≤5.38m，管道滲漏呈現(xiàn)外滲特性，管底深度≥5.63m，管道滲漏呈現(xiàn)內(nèi)滲特性。

④由于試驗樣本數(shù)量的限制，未能對污水管道的滲漏量與滲漏率進行分類比較分析，如材質(zhì)不變，埋深基本相同的情況下，不同口徑的管材的滲漏量及滲漏率的情況；材質(zhì)不變，口徑相同的情況下，不同埋深的滲漏情況；口徑相同的情況下，埋深相同，不同材質(zhì)的滲漏情況。