外水测算技术在供水管网漏水检测中的应用

2024-01-08蒋海砖戴咸毅

城市勘测 2023年6期

蒋海砖,戴咸毅

(南宁市勘测设计院集团有限公司,广西南宁 530022)

0 引言

当前城市供水管网分布范围广且检测难度大,传统漏水检测模式效率低下,成本较高,缺乏侧重方向,已无法满足城市发展建设的需求,开创一种新型高效的探漏模式迫在眉睫。考虑到供水管漏点水流去向与排水管外水入渗密切相关[1],即可利用外水测算成果为供水管网漏水检测提供方向,快速锁定漏水严重区域,缩小检测范围,提高探漏效率。本文分析了当前国内外探漏技术发展概况,提出一种外水测算+供水管网漏水检测的新模式,并重点展示其在南宁市建成区某区域供水管网漏水检测中的实际应用成效。

1 国内外探漏技术发展概况

城市供水管线铺设方式均为地埋式,由于道路地质灾害、管材腐蚀、人为施工破坏等原因[2],供水管普遍存在漏水现象。为控制漏损率,保障供水安全,国外一些发达国家早在20世纪40年代就开展了供水管网漏损控制技术及相关设备的研究,先后成功开发了相关检漏仪[3]、听漏仪[4]、地质雷达[5]等高科技设备,大大提高了检测设备的可靠性和准确性。我国城市供水管网漏水检测工作起步较晚,在20世纪80年代才开始建立漏水检测队伍,其设备及检测模式大多参照国外发达国家相关技术[6],主流检测模式主要为“普查式”,即每次需对城市内所有供水管线进行全面检测,从而降低城市供水管网漏损率,具体方法包含环境调查法、听音法[7]、相关分析法[8]等。

普查式漏水检测在近几年城市漏损控制中的确取得了一定成效,但因其检测效率低、成本高、无侧重方向、检测周期长等缺点,已无法满足当前城市高速发展对供水管网漏损控制[9]的要求。

2 外水测算技术

外水测算是基于片区的用水量及排污情况,基于水量平衡和物质守恒两种原理应用于外水量测算中,通过测算,掌握片区污水系统外来水量。

2.1 分区监测

根据城市污水汇水范围,结合污水处理厂、一体化处理设施、泵站、雨污管网之间的相关运行关系,以及范围内的河网水系、道路,排水口分布等实际情况,了解整个区域的水量构成,科学进行合理分区。通常将单个污水提升泵站的收水范围划分成一个片区。

监测内容主要为排水管网和典型地块流量水质监测。管网流量水质监测点布设在片区污水收集系统末端以及主要分支;典型地块流量水质监测点布设在典型地块接入市政排水管道处。监测点布设数量及位置以满足各片区总水量、水质浓度及水质浓度本底值计算需求为准。

2.2 基于水量平衡测算

通过收集掌握城市水务部门各片区用水量数据,按折污系数估算片区内的理论污水排放量,实际片区监测的总污水排放量与理论污水排放量的差值可估算为片区外水量,理论污水排放量的计算公式:

W=Wi×ξi

(1)

其中:Wi:实际用水量,单位m3/d;

ξi:依据《南宁市城市污水专项规划修编》(2015—2030年),污水排放系数值取0.9;

W:污水总量为片区理论污水排放总量,单位m3/d。

由于受供水资料完整性、污水收集系统运行状态及算法本身的局限性等因素影响,上述理论污水排放量与实际监测污水排放量差值与实际外水量存在一定误差,但对了解各片区污水系统外水入渗的严重性仍有较大意义。

2.3 基于物质守恒测算

根据污水处理厂服务范围内的典型地块(主要考虑居民小区、经营性场所、行政事业单位等类型)水质及水量,并结合各类型地块用水比例,加权平均得到各片区排污水质参数的基准值。再通过片区污水收集系统末端总流量及水质监测结果,根据物质守恒法计算得到片区内的理论外水量。计算公式:

Qt=Qs+Qg

(2)

QtCt=QsCs+QgCg

(3)

由式(2)和式(3)得:

式中:Qt、Ct分别为片区污水收集系统末端监测总流量(m3/d)和监测水质浓度(mg/L);

Qs、Cs分别为片区理论污水排放总量(m3/d)和污水水质浓度本底值(mg/L);

Qg、Cg分别为片区外水入渗量(m3/d)和外水水质基准值(mg/L)。

3 外水测算+供水管网漏水检测模式

鉴于排水管外水入渗入流的主要原因之一为供水管漏损,随着外水测算技术在国内各城市的广泛实施[10],一种新型漏水检测模式应运而生,即通过利用外水测算技术分析各片区外水入渗地下排水管网的严重性,根据分析成果锁定优先开展供水管网漏水检测范围,实现快速止损,进而提高漏水检测效率,具体操作流程如图1所示。

图1 工作流程图

4 案例展示

4.1 项目基本情况

南宁市某污水处理厂服务面积约 67 km2,设计处理规模为35万m3/d,主要收集服务范围内所有污水管水量及部分雨水管截流水量。2020年9月至2020年11月期间,监测污水厂进水水质浓度总体较低,疑似存在大量外水入侵等情况。

4.2 确定漏水严重片区

(1)监测方案

①监测点位布设

根据该污水系统范围内的河网水系、道路、排水口分布等实际情况,将该范围划分为A、B、C、D、E、F六个片区,共布设末端流量水质监测点35个(A片区3个,B片区1个,C片区6个,D片区12个,E片区7个,F片区6个),典型地块流量水质监测点24个(A片区6个,B片区1个,C片区7个,D片区2个,E片区3个,F片区5个),监测点布设情况如图2所示。