汶川地震供水系统功能失效模式

杨 丹,郭恩栋,王祥建,张丽娜,王再荣

(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨 150080)

汶川8.0级大地震对城市生命线工程系统造成了很大程度的破坏,供水系统的震害损失非常严重。在地震烈度大于Ⅶ度的地区,供水系统都出现了不同程度的功能失效。为了了解城市供水系统在地震时的功能失效状况,基于汶川地震供水系统科学考察工作取得的26个市、区、县供水系统的震害资料,采用归纳总结、对比分析的方法,对供水系统在不同地震烈度区的震害情况及震时供水系统可能出现的本源失效模式、工艺失效模式、分散失效模式、用户失效模式及混合失效模式等5种系统功能失效模式进行了分析和研究。

位于Ⅵ度区(成都市、金堂县、盐亭县和三台县)的供水系统运行基本正常,供水管网总体运行良好,只有个别管段破坏,对供水系统功能影响不大或即使有一定影响也能在短时间内恢复。如成都市2 500 km长的供水管网只出现了一处爆管、两处漏水,56户户内水管爆裂。而其他三个地区的管网的主干管道没有破坏,只有一些庭院管道发生破坏,个别用户户内水管有爆裂现象。系统功能基本不会失效,或出现局部短时间的分散失效或用户失效模式。

Ⅶ度区(梓潼县、绵阳市、广元市利州区、广元元坝区、剑阁县、中江县、罗江县、德阳市、什邡市、广汉市和彭州市)的供水设施有不同程度破坏,主管网、配水管网和小区庭院管道出现爆管、渗漏,分户管有断裂、破损,不过震后俩三日内均能基本恢复正常供水功能。系统功能失效以分散和用户失效模式为主,工艺失效模式次之。

Ⅷ度区(江油市、安县花荄镇、平武县、广元朝天区、绵竹市、理县、茂县和汶川县)供水系统震害情况较为严重。如加氯间和加压站泵房呈现中等破坏状态,配水泵房遭到严重破坏;供水管网破坏、泄漏严重,有的地区管网漏失率达75%,部分用户处于水压不足或短时间停水状态。随着供水设备功能的恢复以及渗漏管段的修复,大部分用户可以恢复正常用水功能,但要恢复到震前的水平需要等到所有供水建筑物修复或重建工程结束。震后供水系统功能以分散、用户失效模式为主,工艺失效模式次之。

Ⅸ度区(安县两镇一区、青川县和都江堰)供水系统震害情况特别严重,供水系统功能受到很严重的影响。地震时这些地区的水源地出现了水很混浊或是没有水的现象,水厂设施(包括沉淀池斜管、配电设备、化验仪器)受到较大损坏,经救灾抢修,据资料调查时一些设备仍高达20%左右不能工作。供水管网破坏的尤其严重,几乎管网普遍爆漏,庭院管道90%破坏而不能使用,特别是进入住户房间的管道几乎全部破坏。整个供水系统的功能中断,需要采取紧急供水措施才能为用户提供饮用水,在地震发生后的数周内,供水系统功能处于中断状态,随着替代供水设备的交付使用,以及管道维修工作的开展,部分用户的用水功能才得到恢复。系统功能失效是以工艺、分散和用户失效模式为主,本源失效模式次之的混合失效模式。

在Ⅹ度和Ⅺ度区,如北川、红白镇、汉旺镇等,由于地震破坏力巨大,房屋等基础设施绝大部分毁坏或倒塌,供水系统功能震后立即处于中断状态,供水设备功能已经丧失,整个供水管网毁坏,需重建。供水系统表现为本源失效模式、工艺失效模式、分散失效模式及用户失效模式都存在的混合失效模式。

从汶川地震供水系统震害及功能失效模式分析可以初步得到如下几点启示:①庭院管道的地震破坏导致用户供水功能中断是该次地震中表现出的一个新特征,在供水管网系统规划建设和改造工作中,应综合考虑主干管网、庭院管网的抗震问题,避免出现薄弱环节,并应开展庭院管道震害机理及抗震措施研究;②地下供水管道破坏后暗漏导致管网漏失率大增,漏点检测定位困难且修复难度大,导致修复困难,应重视管网防破坏、防泄(渗)漏技术研究;③在地震影响烈度为Ⅶ度、Ⅷ度和Ⅸ度的广大地区,地下管线的破坏是导致供水系统功能失效的首要因素,和供水系统建(构)筑物相比,地下管线抗震性能有待于进一步提高,应急保障措施应进一步加强。