城市排水管道地下水渗入量研究

郑树兵 徐一茗 王宏成

巢湖市位于安徽省中部，濒临长江，长江流经市域东南边缘，市域内河流主要属于长江流域的巢湖——裕溪河水系。当前，巢湖市已建成排水管道系统存在污水收集效率低，地表水流入或地下水渗入排水管道，由于地下水对污水的稀释作用，从而使得污水处理厂的污水浓度降低，而且可能增加氮[1]，对污水处理厂的运行和处理效果造成冲击。随着巢湖市污水截流配套设施的完善和污水处理比例的逐步提高，准确掌握地下水渗入量对排水管道系统的设计、运行及管理的重要性也日益显现出来。

城市排水管道地下水渗入量是指地下水通过排水管道及其附属的相关构筑物渗入排水管道系统中的水量，根据日本的设计和规划规定，地下水渗入量占最大排水流量的 10%～20%。地下水的渗入不但会增加污水处理厂、泵站的运行费用[2，3]，降低污水的处理效率，而且还会增加合流制污水管道截流干管的水量负荷，在我国的GB 50014-2006室外排水设计规范中指出“在地下水位较高的地区，宜适当考虑地下水渗入量”，但对不同的地域和不同管道状况下渗入量的取值没有指出具体的数值，在一般情况下可以按照平均日综合生活污水总量的 10%～15%计算。现通过对新旧不同排水管材管道的地下水渗入量研究为基础，对巢湖市中心城区排水主干管道地下水渗入量按照资料调研、现场调查、详细调查顺序进行研究[4]。

1 试验方法

该排水管道地下水渗入量的测定方法适用于测定比较长的管道，选取连续两段长距离的管段包括上游、中游和下游的 3座检查井，并且用橡胶气囊严密封堵上游检查井与下游检查井两端及之间管道以及检查井的全部预留孔、进水口、出水口，防止这些孔口有水流入，用潜水泵连续抽去排水管道的上游来水，观测不同历时的管内水位的变化，封堵待测管段的两端并将其抽空，用水位标尺测量检查井中的水位标高并且记录试验的开始时间 t1，在经历足够长的时间后，用潜水泵迅速的抽水并记录水位降到试验开始时水位标高的时间t2，由多普勒管道流量计的读数便可以计算出相应时段内的渗入量。这种测定方法对于管径较小的管段试验误差较大，而且试验时间较长，管道流量计前端的过滤器比较容易被堵塞。该方法适用于测定管段长度较长、管径比较大和管道覆土深度较大的管段。

选择的管段应当合理，可以准确测定地下水渗入量，并综合考虑以下原则:

1)测定的观测历时一般选取为 3 h～5 h，采用潜水泵快速抽水和水位尺测定水面的高度变化，记录时间变化和水位高度变化数据。2)待测管道内应保留大约 50mm深的积水。测定开始后连续观测记录排水管道内水面的上升高度和时间变化情况，最终的测试水深不宜超过排水管道 80%充满度。3)选取没有支管接入的管道及采取措施确保管道两端密封紧密相连，只有地下水能够渗入。

2 排水管道地下水渗入量的测定结果分析

2.1 测定数据

在巢湖市中心城区内的排水管道系统中选取 a，b，c，d，e和 f 6个待测定管段做地下水渗入量的测定试验，测定管段如表 1所示。通过选择不同建造年代的钢筋混凝土管和聚乙烯管道为代表性管段，测定了五条钢筋混凝土管道和一条聚乙烯管道的地下水渗水量，测定计算数据结果如表 2所示。

表1 中心城区排水检测管段

表2 地下水渗水量的测定数据

2.2 结果与讨论

从表 2中可知，对于相同建造年代的钢筋混凝土的地下水渗入量值明显高于新建聚乙烯管道。而对于新建聚乙烯管道，地下水渗入量为 8.9m3/(km◦d)，远远小于钢筋混凝土管道的地下水渗入量。

对于相同管径相同管材同样建造年代的管段，地下水位越高的地下水渗入量就越高，并且远远高于其他低水位的管段，其主要原因可能是 f段管道沿天河河边敷设，地下水位高达 8.3m，很有可能是该段管道服务年限过长而导致排水管道破裂或损坏导致地下水的大量渗漏。

从上述论述中可以发现，地下水位和管道的材料是影响地下水渗入量的主要因素，而管道的地下水渗入是管道接口材料、建造年代、接口形式、管段长度等因素综合影响的结果。随着管段使用年限的延长，因为多种影响因素的综合作用而导致管道接口出现裂缝甚至管道或附属构筑物塌陷，渗入量也必将大幅度提高。

3 结论与建议

1)控制地下水过量的渗入是当前排水管道及污水厂的设计、运行及维护管理急需解决的问题，地下水渗入排水管道将会导致长期的水体污染加剧和社会经济损失，造成严重危害，需要研究建立巢湖市排水管道地下水渗入量控制标准，即建立排水管道地下水渗入量的量化指标，降低地下水渗入量，达到城市建设过程中工程建设的经济、环境综合效益不小于运行维护和维修费用。

2)对于相同管径相同管材同样建造年代的管段，城市地下水位越高，地下水渗入量就越大。在进行城市排水管网规划建设时，应尽可能将排水管线布置在地下水位较低的地方，降低管道的埋设深度。

3)管材质量和管道接口材料及与附属构筑物连接的严密性直接决定管道的防渗性能，进而决定地下水渗入量的大小。

4)在管道接口材料和接口施工技术等条件相近的条件下，管道使用年限较长以及维修养护投入不足，管道的使用年限越久渗入量就越大。加强排水管道及其附属构筑物的日常维护和维修。

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

[2] 中华人民共和国建设部.城市污水处理工程项目建设标准(修订)[M].北京:中国计划出版社，2001:15-25.

[3] 上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第 10册)[M].第 2版.北京:中国建筑工业出版社，2006:259-260.

[4] 时珍宝，李 田，孙跃平.排水管道修复——调查与决策[J].污染防治技术，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] 日本下水道维护管理协会.下水道维护与管理手册[Z].日本，1997:431-433.