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1、清华大学 刘书明 环境科学与工程前沿 给 排水管道工程 城市给排水管网领域存在的问题 城市给排水管网领域的新技术 内容 排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市给排水系统面临的问题 事件 一男子汽车内溺 亡 时间 2012年7月21 日 地点 北京 广渠门桥 下 原因 暴雨致城区积水 延伸 7 21暴雨共死亡 79人 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 城市给排水系统面临的问题 水源九厂 田村山水厂 水源三厂 水源八厂 1 4 6 3 2 5 图例 2008 10 4 2008 10 5 2008 10 6 2008 10 7 2008
2、10 8 2008 10 9 2008 10 10 2008 10 11 给水管网中 管内壁普遍存在由各种原因而产生的沉积物 即管垢 管垢按物质来源分为三种 由铁锈产生的锈垢 钙镁离子产生的结 垢和水中悬浮杂质沉淀而形成的泥垢 大量研究表明 锈垢是组成 管垢的主要成分 可占到70 以上 给水管网中铁的腐蚀与释放是相互联系又相互区别的过程 前者主 要指铁的氧化和腐蚀产物的形成 而后者主要指溶解态或颗粒态的 铁由管壁向水相中转移的过程 给水管网内的铁释放和 红水 现 象是国内外供水企业普遍存在的问题 管垢与红水 铁释放过程可分为两个阶段 a 管壁的持续腐蚀引起腐蚀瘤内和 溶液中亚铁离子及其化合物浓
3、度的升高 溶液中的亚铁离子可能被 直接氧化成亚铁和三价铁共存态的绿垢 b 腐蚀瘤中的二价铁穿 过腐蚀瘤的硬壳释放到水中 形成 红水 铁释放的原因可能是 a 铁管的腐蚀 b 腐蚀瘤成分的溶解 c 管道水力条件变化 d 所供水的水质变化 e 微生物的作用 管垢与红水 常用的水质化学稳定性的判别指数有 Langelier 饱和指数 Ryznar 稳定指数 碳酸钙沉淀势CCPP calcium carbonate precipitation potential Langelier 饱和指数 指的是水的实际 pH 值与该水在碳酸钙饱和时的 pH 值 pHs 之差 它反映碳酸钙在水中的溶解状态 以此来判断
4、水 的结垢或腐蚀趋势 LSI pH pHs pH 水的实际 pH 值 pHs 水的饱和 pH 值 即碳酸钙处于平衡状态时的 pH 值 Langelier 饱和指数从热力学平衡出发 认为在某一状态下 管网输 配水环境中的碳酸钙存在动态平衡 当LSI 0 水中碳酸钙过饱和 有沉淀倾向 LSI 0 碳酸钙未饱和 有溶解倾向 LSI 0 水处于稳 定状态 水质化学稳定性的判别指数 雷兹纳在朗格利尔工作的基础上 根据大量的实际工程资料 于 1944年提出了半经验性的Ryznar 稳定指数 RSI 其定义为 RSI 2pHs pH pH 水的实际 pH 值 pHs 水的饱和 pH 值 即碳酸钙处于平衡状态
5、时的 pH 值 Langelier 饱和指数与 Ryznar 稳定指数只能给出对水质化学稳定 性的定性判断 在特定的条件下 对于那些化学稳定性差的水来说 每升水中应该沉淀或溶解多少碳酸钙才能使水质稳定 使用饱和指 数和稳定指数显然是无法得到结论的 碳酸钙沉淀势CCPP则能给 出碳酸钙的沉淀或溶解量 在判断水质化学稳定性时能够给出定量 的结论 水质化学稳定性的判别指数 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 二次供水问题 城市给排水系统面临的问题 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 二次供水问题 末梢余氯
6、不足 城市给排水系统面临的问题 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 二次供水问题 末梢余氯不足 管线清洗与维护措施缺失 城市给排水系统面临的问题 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 二次供水问题 末梢余氯不足 管线清洗与维护措施缺失 管网漏失严重 产销差高 城市给排水系统面临的问题 水厂 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 海南 广东 广西 湖北 湖南 河南 中南地区产销差 中南地区产销差 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00
7、 35 00 黑龙江 吉林 辽宁 东北地区产销差 东北地区产销差 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 甘肃 新疆 宁夏 陕西 青海 西北地区产销差 西北地区产销差 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 重庆 西藏 四川 云南 贵州 西南地区产销差 西南地区产销差 部分地区的产销差 12 供水管网引起的安全事故 自来水管道老化破裂地铁三号线科技路段路面塌陷自来水管道老化破裂地铁三号线科技路段路面塌陷 p 事故基本信息 2013年 10月28日 西安 p 事故发生原因 自来水管道老化 主管段断裂 p 事故导致危害 正在施工的西安地铁三号线科技路段路
8、面发生塌 陷 供水管网引起的安全事故 地面塌陷导致地面塌陷导致2人死亡 人死亡 2人受伤人受伤 p 事故基本信息 2012年 8月16日 哈尔滨 p 事故发生原因 自来水管道漏水 掏空地基 导致塌陷 p 事故导致危害 南岗区发生地面塌陷 致2死2伤 2车坠坑 供水管网引起的安全事故 供水管线破裂加之降雨导致地面塌陷 p 事故基本信息 2015年 3月18日 合肥 p 事故发生原因 自来水管道破裂 掏空地基 导致塌陷 p 事故导致危害 马鞍山路出现长10米 深4米的大坑 供水管网引起的安全事故 供水主干管8年12爆 p 事故基本信息 2010年 11月17 22日 郑州 p 事故发生原因 供应郑
9、州西区的柿园水厂供水主干管爆裂 17日 5天后 供应郑州东区的白庙水厂供水主干管爆裂 22日 p 事故导致危害 造成数百万人供水受到影响 被戏称为 管爆爆 城市排水系统的设计排水能力与城市发展进程不协调 城市供水管网水质问题突出 水黄问题 二次供水问题 末梢余氯不足 管线清洗与维护措施缺失 管网漏失严重 产销差高 管材析出问题缺少关注 城市给排水系统面临的问题 新技术与新思路 漏 水探测器 听漏仪 相关式漏 水探测器 相关仪 多探头相关仪 漏损点定位技术 漏损监控技术 分区检漏法 DMA 水 厂 1 2 3 漏 区 分区 漏 法 1 水表 2 旁通管 3 压力管理 管网发生漏失和破裂的可能性及
10、漏失量的 大小与管网的工作压力有密切关系 非开挖喷涂技术 内胀圈安装技术内胀圈安装技术 水平定向钻是 一种以 水平导向铺管钻机辅以 无线或有线导向仪 在 地层中实施控向钻进 回拖扩孔 回拖铺管等 工序 完成管道铺设的 一 种非开挖施 工技术 水平定向钻技术水平定向钻技术 管线数字化管理技术 管网SCADA系统 给水管网测控系统也称作集成控制和数据获取 SCADA 系统 它是一个广泛分布的计算机化系统 用于在中央位置远程控制和 监视现场状态 现场情况包括井群 泵站 阀门 处理厂 水池 和水库 管网水力学模拟技术 爆管定位技术 管网基本工况水力模拟 管网爆管水力模拟 优化算法求解 水力计算引擎 爆
11、管位置 目标值 判断 020406080100 0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 最优个体适应度变化 PSO 进化代数 适应度 水锤模拟技术 A 某供水管网简图 泵水源 停泵时候A点压力变化 二次加氯点优化布置技术 Node J2020 0 59 mg L Node S0876 0 09 mg L Node S484 3 0 03 mg L Node J0973 0 14 mg L Node S503 0 02 mg L Node J0772 0 67mg L Node S444 0 40mg L Node J1265 0 26 mg L 8个二次消毒点 总覆盖率 89 4 重复数 1088 管网污染识别与水质预警技术 浊度 TOC 余氯 管网易受外界污染 然而防范措施缺失 我国正处在城镇化的关键阶段 如何保障城市的供排水安全 是城 镇化的关键内容 也是社会发展水平的具体体现 我们任重道远
