湖滨城市供排水平衡分析及对策—以昆明市为例

周宏斌，何 佳，张 英，徐晓梅，邓伟明，陈春瑜

（1.昆明市环境科学研究院，云南昆明650032；2.云南高科环境保护科技有限公司，云南昆明650032）

湖滨城市供排水平衡分析及对策—以昆明市为例

周宏斌1，何 佳1，张 英2，徐晓梅1，邓伟明2，陈春瑜2

（1.昆明市环境科学研究院，云南昆明650032；2.云南高科环境保护科技有限公司，云南昆明650032）

供排水平衡分析是探究城市供水排水系统运行问题的基础和有效手段。城市供排水平衡受供水管网漏失情况、排水管网收集效率以及排水系统雨污分流情况等因素的影响。湖滨城市由于其特殊的水文地质条件，地下水资源丰富，地下水位较高，地下水渗入排水系统成为城市供排水平衡的重要影响因素。综合考虑各影响因素，提出了适用于湖滨城市的供排水平衡计算公式，并利用该公式以及昆明市主城区2012年的供排水相关数据对昆明市主城区供排水平衡性能进行了评估，计算结果表明，在考虑了各影响因素后，2012年昆明主城区供水－排水－处理量之间基本达到平衡。

供排水平衡；湖滨城市；分析；对策；昆明

城市供排水系统是城市基础设施的重要组成部分，供排水系统的完善及正常运行对城市水环境保护具有重要的意义。供排水平衡分析是探究城市供水排水系统运行问题的有效手段，与城市供排水系统的规划、建设、维护和管理工作息息相关，对城市的发展规划和建设具有重要的指导意义。健全及完善的供排水系统应保证供排水平衡，当出现供排水不平衡的情况，即污水处理能力小于排水量时，污水处理能力的不足必然会导致未能处理的污水直接排入水体，对水环境造成污染。湖滨城市由于其特殊的水文地质条件，在供排水平衡研究中需要综合考虑多因素的影响，特别是地下水入渗带来的影响。本文针对湖滨城市提出供排水平衡计算公式，并以昆明市为例进行了供排水平衡分析，根据分析结果提出相应的对策措施。

1 湖滨城市供排水平衡公式

1.1 城市供排水平衡基本计算公式

城市供排水平衡可以利用基于质量守恒原理的水量平衡方程进行计算。焦德生等人在综合考虑了地表径流量、地下水补给及排泄量、引入或引出水量、污水排放量、蒸发量及蓄变水量等因素后提出了通用的城市水量平衡方程［1］。马开远等人进行城市供配水、用水、排水系统之间水量平衡的研究中，将水量平衡方程概化为包含地表水取水量、地下水取水量、净耗水量及排出的废污水量4个因子的平衡计算公式［2］。

本文研究的重点是城市供水系统及排水系统之间的水量平衡关系，主要研究供水量、排水量及处理水量等几个因素之间的平衡关系。本文将城市供排水水量平衡公式概化如下：

式中：VS—供水量；VX—工业、农业、生活和社会公共用水等的净耗水量；VC—排出的废污水量；VT—处理的废污水量。

1.2 湖滨城市供排水平衡主要影响因素

湖滨城市由于其特殊的水文地质条件，地下水资源丰富，埋深浅，地下水的渗入排水管网是影响供排水平衡的重要因素之一。此外，供排水平衡还受供水管网漏失情况、排水管网收集效率以及雨污分流情况的影响。

（1）供水管网漏失

供水管网漏失是影响供水量的主要因素，供水管网漏失水量并未进入用水系统，其主要包括账面漏失水量以及管道物理漏失水量。账面漏失水量主要是由表计量误差引起。管道物理漏失的原因主要包括供水系统本身的缺陷 （如管材结垢、腐蚀、穿孔，管道接口不严密，管网老化等）、管道施工质量差、管网运行管理不当 （如管网运行压力过高）以及温度、不良地质条件等外界环境的影响［3］。供水管网漏失水平可利用漏失率、未售水百分率及单位管长单位时间漏水量来衡量［4］。

（2）排水管网收集效率

排水管网收集效率直接决定了用水系统排放的污水能够进入污水处理系统的水量。排水管网收集效率受城市供排水规划设计、排水管网建设覆盖情况以及排水管网维护情况的影响。在供排水平衡研究中，应充分考虑排水管网收集效率，计算污水的实际收集量，以便于评估城市污水处理系统的实际处理能力。

（3）地下水渗入

地下水渗入是湖滨城市排水系统中普遍存在的问题。湖滨城市地下水埋深浅，当地下水水位高于排污管道或沟渠时，地下水会通过排污管道破损口进入排污管道或直接入渗进入排污沟渠；此外管道连接口不严密也会造成地下水的渗入。大量的地下水入渗会导致污水处理厂进水污染物负荷被稀释，降低污水处理厂处理效率；此外地下水的大量渗入还可能导致合流制排污管道溢流的发生，造成水环境的污染［5］。因此在湖滨城市供排水平衡的研究过程中应充分考虑地下水渗入的影响。地下水渗入量的评估可采用水量平衡法、同位素示踪法以及污染负荷法［6］。

（4）雨季雨水混入

城市排水体制主要包括截留式合流制和分流制。雨污分流能够减小由于雨水混入对污水处理系统处理能力的冲击。目前多数城市雨污混接现象相当普遍，在进行城市供排水平衡研究时，应充分考虑城市实际排水方式，将雨季由于未能做到雨污分流而混入的雨水纳入污水处理厂处理能力设计中进行考虑，避免由于设计处理能力的不足而导致未处理污水直接进入水体，对水体造成污染。

1.3 考虑供排水平衡影响因素后的平衡计算公式

综合考虑影响湖滨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—供水管网漏失水量；VG—地下水渗入量；VR—雨水混入量；η—排水管网收集效率。

2 湖滨城市供排水平衡计算——以昆明市为例

2.1 昆明主城区供排水系统概述

昆明市是典型的湖滨城市。目前昆明市共有自来水厂11座，自来水厂总体设计规模121.5万m3／d，现运行规模约84.5万m3／d。主城区共建设有污水处理厂8座，设计处理规模110.5万m3／d。昆明主城区排水体制为截流式合流制和分流制并存。

2.2 昆明主城区供排水平衡计算

本次供排水平衡以昆明主城区2012年的供排水资料为基础进行计算，资料主要收集于昆明市自来水集团有限公司、昆明市国土资源局、昆明通用水务自来水有限公司以及昆明主城区各污水处理厂。

（1）供水量（VS）计算

昆明主城区供水总量由自来水厂供水量、自采水供水量以及桶装水供水量3个部分组成，相关数据资料主要由昆明市自来水集团有限公司及昆明市国土资源局提供。2012年昆明主城自来水厂计费的供水总量为29932.37万m3，未收费供水量约为总供水量的15%。考虑到自来水厂未收费的供水量，2012年昆明主城自来水厂总供水量约35214.6万m3，日均供水量约96.48万m3；自采水供水量1300万m3，日均供水量3.56万m3；桶装水供水量约为219万m3，日均供水量0.6万m3。

综上，昆明市2012年供水总量为36733.6万m3，日均供水总量为100.64万m3。

（2）供水管网漏失水量（VL）计算

根据昆明通用水务自来水有限公司的数据资料，昆明市2012年管网漏失率为13.26%。根据自来水厂供水量及管网漏失率可得2012年昆明市供水管网漏失水量为4669.46万m3，日均漏失水量为12.79万m3。

（3）净耗水量（VX）计算

净耗水量通过供水量与污水产生量的差值计算。污水产生量主要包括城镇生活、工业企业以及第三产业企业产生的污水量。根据昆明主城污染源普查数据，2012年昆明市主城城镇生活源污水排放量为23765万m3，2446家工业企业污水排放量为761.5万m3，6593家第三产业企业污水排放量为2267.81万m3。

综上，2012年昆明市净耗水量为5269.83万m3，日均耗水量为14.44万m3。

（4）排水管网收集效率 （η）的确定

昆明主城区排水管网收集效率主要利用Arc-GIS10地图编辑功能，在昆明主城地下管线探测CAD数据的基础上，建立昆明主城排水管网空间数据模型，通过污水在排水管网中输送过程的分析，确定污水的最终去向，并统计被污水处理厂收集和未收集的部分后计算得到。经计算，昆明主城各污水处理厂纳污片区的污水收集率为61.02%～95%，根据污水排放量及收集率可得，昆明主城建成区污水日均收集总量为51.86万m3。昆明主城区污水管网尚未建成区域的污水主要通过地表径流、农灌沟渠等方式汇入建成区合流沟渠和污水管，最终进入污水处理厂，其污水收集率由进入建成区污水处理厂的纯污水量和排放量确定。经计算污水管网尚未建成的其他区域旱季污水收集率为87.8%，旱季污水日均收集量为15.13万m3，雨季污水收集率为49.9%，雨季污水日均收集量为8.59万m3。

（5）地下水渗入量（VG）计算

根据昆明市排水系统的构建及实际运行情况，地下水入渗量的计算可分沟渠收集区域、管道收集区域和其它区域。

由于晴天不需要考虑雨水的影响，沟渠收集区地下水渗入量可利用晴天污水量法进行计算，即利用沟渠内的总水量扣除原生污水量为地下水入渗量。根据昆明主城典型沟渠收集片区船房河排水片区晴天污水产汇水量水质实测数据，计算得到昆明主城区沟渠收集片区的地下水入渗率约为35%。

管道收集片区由于缺少水量水质监测数据，通过类比国内外相关研究资料确定其地下水入渗率。时珍宝等人对上海3个排水区域调研结果显示地下水入渗率为10%～29%［7］。刘旭辉等人对深圳市福田区某片区排水系统的研究显示地下水渗入率约为25%［8］。林家森通过对广州市有代表性的污水管道地下水渗入量进行研究得到地下水渗入率约为10%～25%［9］。G Weib等人在2002年对德国34个污水处理厂服务区域的地下水渗入量的研究结果表明德国排水管道地下水渗入率平均值约为35 %［10］。综上所述，国内外排水管道地下水渗入率一般在10%～35%，昆明主城建成区污水以管道收集片区地下水入渗率可取20%。

昆明主城建成区外的其它区排水方式与收集过程相对粗放，其污水主要通过地表径流、农灌沟渠等方式收集汇入建成区污水管及合流沟渠，地下水渗入量较大，其地下水渗入率取50%。

对各收集系统地下水渗入量分别核算后，得到2012年昆明主城区污水管网建成区日均地下水渗入量为19.44万m3，污水管网未建成区雨季日均地下水渗入量为8.59万m3，旱季日均地下水渗入量为15.13万m3。

（6）雨季雨水混入量（VR）计算

昆明主城区雨污混排情况较为突出，排水系统中雨水管与污水管混接的节点数多达6608个。雨水混入量可以利用质量守恒定理进行计算，TN的浓度变化受雨水混入的影响最为明显，故可将其作为代表因子来计算雨水混入量。通过计算可得雨水所占比例为污水总量的23%，即2012年昆明主城区污水处理厂雨季混入的雨水量为4014.57万m3，日均混入的雨水量为26.24万m3。

（7）实际处理水量（VT）

实际处理水量通过收集昆明主城区各污水处理厂实际运行数据得到，2012年昆明各污水处理厂旱季日均污水处理总量为103.33万m3，雨季日均污水处理总量为114.61万m3。

（8）供排水平衡分析

根据公式（2）、（3）对昆明主城区2012年旱季和雨季供排水水量平衡进行计算，计算结果如表1所示。

表1 2012年昆明主城区供排水平衡计算结果 万m3／d

从表1可以看出，在考虑了供水过程中管网漏失水量、排水管网收集效率、地下水渗入量以及雨季雨水混入量以后，2012年昆明市主城区供水量、排水量以及污水处理系统处理水量基本达到平衡，供排水平衡计算余值较小，2012年昆明市供排水系统平衡性较好。

3 结论与对策分析

（1）昆明主城区部分区域污水收集率较低，未收集部分直接进入自然水体，造成水体污染，建议完善主城区排水专项规划，加快污水管网建设，加强污水管网的维护及定期检查，逐渐提高污水管网收集效率。

（2）昆明主城区地下水渗入排水管网的现象较为明显，地下水的大量渗入，加重了排污管道收集和输送、泵站提升、污水处理厂的水量负荷，增加了排水系统投资及运行费用，导致污水处理厂进水污染物浓度被稀释，降低污水处理厂处理效率。建议在进行排水系统设计的过程中充分考虑地下水渗入所产生的影响，在新排水管道竣工时进行地下水渗入量的测定，对旧管道地下水渗入情况进行调查，根据旧管道的渗入情况，及时开展修复工作，减少由于旧管道破损所引起的地下水渗入。

（3）昆明主城区雨污混排情况较为明显，排水系统中雨水管与污水管混接现象普遍存在，雨季大量雨水进入污水处理厂，增加了污水处理厂处理量。建议完善雨污分流系统，对雨水管与污水管混接节点进行排查，减少雨季混入的雨水量。

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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