孫秉旭

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

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城市生活用水水平衡測試分析

孫秉旭

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

摘要：準(zhǔn)確確定城市生活用水?dāng)?shù)據(jù)，對于城市節(jié)水、城市水資源配置與供水工程建設(shè)與設(shè)計(jì)、城市污水處理與污水處理廠建設(shè)與設(shè)計(jì)、城市污水對流域或區(qū)域水環(huán)境的影響分析等諸多方面都是十分重要的。為此，按照鐵嶺市昌圖縣城市生活用水的變化規(guī)律，通過水平衡測試得出城市生活用水等數(shù)據(jù)，從而為城市生產(chǎn)生活用水，優(yōu)化配置水資源提供詳實(shí)、重要的數(shù)據(jù)支撐，也為城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：水資源；城市用水；供水；排水；水平衡測試

0引言

準(zhǔn)確確定城市生活用水?dāng)?shù)據(jù)，對于城市節(jié)水、城市水資源配置與供水工程建設(shè)與設(shè)計(jì)、城市污水處理與污水處理廠建設(shè)與設(shè)計(jì)、城市污水對流域或區(qū)域水環(huán)境的影響分析等諸多方面都是十分重要的，是在城市用水方面實(shí)施科學(xué)、精細(xì)、最嚴(yán)格的水資源管理所必須掌握的數(shù)據(jù)。

對于城市生活的用水量，可以通過自來水公司和企業(yè)自備井的供水?dāng)?shù)據(jù)來分析確定[1]。但是在廢污水排放量和污染物排放量和污染物排放量的監(jiān)測和分析確定中，目前城市排污口每年只進(jìn)行1次監(jiān)測，由于城市生活用水的排污量在時(shí)間上有很大變化，以一個(gè)測次的排污監(jiān)測無法代表全年的排污狀況，由此計(jì)算的污水和污染物排放量誤差太大。

為此，按照昌圖縣城市生活用水的變化規(guī)律，通過水平衡測試來城市現(xiàn)狀情況下城市用水量、耗水量、排水量和污染物排放量及之間的比例關(guān)系。

1城市供排水

1.1城市供水

昌圖縣城區(qū)生產(chǎn)生活用水由昌圖縣自來水公司供給。原水泵站位于距凈水廠16.22 km的南城子水庫附近，選用了高質(zhì)量的水泵機(jī)組和電控設(shè)備，一級提水揚(yáng)程高達(dá)150m。輸水管線全長16.2km，包括5.8km的DN800鋼管、DN700和DN600的球墨鑄鐵管9.5km以及0.9 km的隧洞。原水進(jìn)入凈水廠后采用先進(jìn)的工藝手段進(jìn)行處理，以保障生產(chǎn)出優(yōu)于《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的高品質(zhì)的生活飲用水。

凈水廠在生產(chǎn)過程中采用了工業(yè)控制PLC和大量在線儀表，通過中央實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)使全廠設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。昌圖縣城區(qū)供水管網(wǎng)是以縣城東凈水廠作為始端，城市供水覆蓋率達(dá)70%，供水人口8萬人。管網(wǎng)由城東向西后往南北延伸，供水管網(wǎng)110 km，管道由DN800縮至DN100，為整個(gè)縣城供水，只有城區(qū)邊緣零散住戶未被納入管網(wǎng)區(qū)。在總長度約110km的配水管網(wǎng)中，只有近50 km主管線是近6、7年來的新建管線，其余60km的管網(wǎng)均為1978—1985年鋪設(shè)的材質(zhì)為鋼管或塑料管的陳舊管線，因?yàn)槟晗揲L久，老化腐蝕，跑、冒、滴、漏狀況嚴(yán)重，特別是一些舊的住宅樓這種情況更嚴(yán)重。

2015年凈水廠總供水量836.4萬t。但由于配水管網(wǎng)老化失修，跑、冒、滴、漏狀況嚴(yán)重，產(chǎn)銷差率為52%。自來水公司統(tǒng)計(jì)的供水量僅為403萬t，其中居民生活用水155萬t、機(jī)關(guān)事業(yè)單位用水150萬t、商業(yè)用水98萬t。

1.2城市排水

昌圖縣城區(qū)污水排放主要為生活污水，無工業(yè)廢水，污水排放范圍與供水范圍相同，排放形式有地下管道和明渠兩種形式[1]。

1)鐵路以北排污。沿城關(guān)河兩岸鋪設(shè)有地下排污管道，南岸的管道接納鐵路以北至城關(guān)河區(qū)間的污水。管道直徑在102線公路橋以上為DN1000，102線公路橋以下為DN1500。

2)鐵路以南排污。鐵路以南區(qū)域的污水各自通過地下管道排入明渠。排污總管道在八一水庫邊的低洼地帶經(jīng)過，水庫水位低時(shí)管道在岸邊、水位高時(shí)管道被淹沒在八一水庫里[2]。

2水平衡測分析

2.1水平衡測試

昌圖縣城區(qū)生活水平衡測試分春季、夏季、冬季3個(gè)階段進(jìn)行[3]。

1)春季從6月13日11時(shí)—6月16日11時(shí)，共3d。

2)夏季從7月22日11時(shí)—7月29日11時(shí)，共7d。

3)冬季從11月25日11時(shí)—11月28日11時(shí)，共3 d。

水平衡測試期間記錄了每1 h的供水量；采用轉(zhuǎn)子式流速儀施測排污明渠上、下游流量283次；利用Starflow渠道流量計(jì)施測排污管道流量530次；水質(zhì)采樣650次，分析混合水樣83個(gè)[4]。

2.2成果分析

2.2.1供水量

水平衡測試期間，通過昌圖縣自來水公司凈水廠的供水部門取得了測試期間每1h的供水量資料：

1)春季水平衡測試期間總供水量57 479 m3，平均供水19 160 m3/d。

2)夏季水平衡測試期間總供水量195 042 m3/d，平均供水27 863 m3/d。

3)冬季水平衡測試期間總供水量68 478 m3，平均供水22 826 m3/d。

由此可以看出，夏季用水量最大，原因是夏季天氣炎熱，用水量大所致；冬季次之，原因是冬季取暖期有部分鍋爐補(bǔ)水；春季最小[5]。

2.2.2排水量

1)春季水平衡測試期間排污明渠排水量5 014.8 m3；管道(南)排水量9 808.3 m3；管道(北)排水量21 605.4 m3，總排水量36 428.5 m3，均排水量12 142.8 m3/d，人均排水量151.8 L/d。

2)夏季水平衡測試期間排污明渠排水量10 287.2 m3；管道(南)排水量40 308.4 m3；管道(北)排水量66 797.7 m3，總排水量117 393.3 m3，均排水量16 770.4 m3/d，人均排水量209.6 L/d。

3)冬季水平衡測試期間排污明渠排水量6 566.6 m3；管道(南)排水量11 980.4 m3；管道(北)排水量23 164.1 m3，總排水量41 711.1 m3，均排水量13 903.8 m3/d，人均排水量173.8 L/d。

從排水量中可以看出，日平均排水量夏季最大、冬季次之、春季最小，符合用水規(guī)律。只有排污明渠夏季排水量最小，原因?yàn)椋号盼勖髑蛹{的污水區(qū)域內(nèi)有7所學(xué)校，夏季水平衡測試是在學(xué)校放假的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的。

2.2.3水質(zhì)

在水平衡測試工作中共進(jìn)行了7 d的水質(zhì)采樣分析工作，其中春季1 d、夏季和冬季各3 d，共采集水樣648個(gè)，混合分析水樣81個(gè)。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1　水質(zhì)化驗(yàn)各季節(jié)平均成果表

從表1中可以看出，春季管道(南)各指標(biāo)含量明顯偏大。原因是在春季測試期間，管道(南)施測豎井的上游堆有糞便，對水質(zhì)造成影響。在總成果計(jì)算時(shí)，春季管道(南)的水質(zhì)成果不予采用，利用夏季和冬季的平均值進(jìn)行計(jì)算。由于管道排污有一部分城關(guān)河漏水、明渠排污有上游來水，所以在冬季對明渠上游和城關(guān)河各進(jìn)行了1次水質(zhì)分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2　水質(zhì)化驗(yàn)成果表　mg/L

從表2中可以看出，明渠上游各項(xiàng)指標(biāo)的含量大于明渠下游。原因是明渠上游的農(nóng)戶在明渠邊傾倒生活垃圾、牲畜及家畜家禽糞便致使明渠上游各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)含量偏大。

2.3成果計(jì)算

2.3.1供水量

根據(jù)春、夏、冬各季節(jié)的日平均供水量成果，計(jì)算昌圖縣城區(qū)的全年供水量。昌圖縣城區(qū)供水總量8 124 016 m3/a，折合人均年供水量101.6 m3。供水量的不確定度為±1%，因此供水量的誤差為±1%，即供水總量在8 042 776～8 205 256 m3，人均年供水量在100.5～102.6 m3。

2.3.2排水量

2.3.2.1成果計(jì)算

根據(jù)春、夏、冬各季節(jié)的日平均排水量成果，計(jì)算昌圖縣城區(qū)的全年排水量[6]。昌圖縣城區(qū)年排水總量5016351.2 m3，折合人均年排水量62.7 m3。

2.3.2.2誤差分析

排水量采用了不同的測量方法，測驗(yàn)誤差不同。排污明渠采用轉(zhuǎn)子式流速儀施測流量，測驗(yàn)誤差為±6.4%；排污管道采用Starflow渠道流量計(jì)施測流量，測驗(yàn)誤差為±2%[7]。根據(jù)不同測驗(yàn)方法的不同測驗(yàn)誤差，計(jì)算排水量的誤差。經(jīng)過計(jì)算，昌圖縣城區(qū)春季排水總量為1117137.6 m3，人均排水量為14.0 m3，考慮測驗(yàn)誤差分別在1088028.8～1146246.4 m3和13.6～14.3 m3，誤差±2.6%。

夏季排水總量為1542876.8 m3，人均排水量為19.3 m3，考慮測驗(yàn)誤差分別在1506067.6～1579686.0 m3和18.8～19.7 m3之間，誤差±2.4%。秋季排水總量為1104994.8 m3，人均排水量為13.8 m3，考慮測驗(yàn)誤差分別在1076202.4～1133787.2 m3和13.5～14.2 m3之間，誤差±2.6%。

冬季排水總量為1251342.0 m3，人均排水量為15.6 m3，考慮測驗(yàn)誤差分別在1217646.0～1285038.0 m3和15.2～16.1 m3，誤差±2.7%。

全年排水總量為5016351.2 m3，人均排水量為62.7 m3，考慮測驗(yàn)誤差分別在4887934.0～5144748.0 m3和61.1～64.3 m3之間，誤差±2.6%。

2.3.3污染物排放量

2.3.3.1成果計(jì)算

根據(jù)各季節(jié)各斷面實(shí)測水量和污染物濃度計(jì)算各季節(jié)各斷面污染物含量[8]。

春季排污明渠下游實(shí)測平均水量為3 140.4 m3/d；管道(南)實(shí)測平均水量為5 343.0 m3/d；管道(北)水質(zhì)分析在6月13—14日，水量計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除6月16日0:45～6:51降水影響水量1 356.3 m3，所以管道(北)平均水量為13 077.0 m3/d。

夏季排污明渠下游實(shí)測平均水量為2585.8 m3/d；管道(南)實(shí)測平均水量為7 227.1 m3/d；管道(北)實(shí)測平均水量為13 862.5 m3/d。

秋季各斷面水量及水質(zhì)采用春季成果。冬季排污明渠下游實(shí)測平均水量為3 304.6 m3/d；管道(南)實(shí)測平均水量為5 462.3 m3/d；管道(北)實(shí)測平均水量為11 955.0 m3/d。

由于明渠上游有一定量的底水、排污管道存在漏水現(xiàn)象，所以各斷面的污染物含量中含有一定量的城區(qū)排污以外的污染物。

春季排污明渠上游實(shí)測平均流量為0.017 m3/d，折合水量為1468.8 m3；管道(南)實(shí)測平均漏水流量為0.024 m3/s，折合水量為2073.6 m3；管道(北)實(shí)測平均漏水流量為0.068 m3/s，折合水量為5875.2 m3。

夏季排污明渠上游實(shí)測日平均流量為0.013 m3/s，折合水量為1123.2 m3；管道(南)實(shí)測平均漏水流量為0.017 m3/s，折合水量為1468.8 m3；管道(北)實(shí)測平均漏水流量為0.050 m3/s，折合水量為4320.0 m3。

秋季各斷面水量及水質(zhì)采用春季成果。

冬季排污明渠上游實(shí)測平均水量為1115.7 m3；管道(南)實(shí)測平均漏水流量為0.017 m3/s，折合水量為1468.8 m3；管道(北)實(shí)測日平均漏水流量為0.049 m3/s，折合水量為4233.6 m3。

全年污染物排放量等于各季節(jié)污染物含量的總和減去外來污染物的含量，包括排污明渠上游和排污管道漏水的污染物含量。根據(jù)水質(zhì)和水量監(jiān)測成果計(jì)算，昌圖縣城區(qū)全年污染物排放總量為：氨氮129150.9 kg、占污染物排放總量的11.5%；化學(xué)需氧量773226.1 kg、占污染物排放總量的68.8%；總磷43363.4 kg、占污染物排放總量的3.9%；總氮177578.9 kg、占污染物排放總量的15.8%。日平均污染物排放量為：氨氮353.8 kg、化學(xué)需氧量2118.4 kg、總磷118.8 kg、總氮486.5 kg。人均年污染物排放量為：氨氮1614g、化學(xué)需氧量9665g、總磷542g、總氮2 220 g。

2.3.3.2誤差分析

污染物排放量計(jì)算的誤差主要來源為排水量的誤差[9]，排水量計(jì)算的誤差為±2.6%，所以各污染物排放量的誤差也為±2.6%。

2.3.4供、排、耗比例系數(shù)

2.3.4.1成果計(jì)算

春季排水量1117137.6 m3，排水系數(shù)0.634；耗水量645582.4 m3，耗水系數(shù)0.366。夏季排水量1542876.8 m3，排水系數(shù)0.602；耗水量1020519.2 m3，耗水系數(shù)0.398。秋季排水量1104994.8 m3，排水系數(shù)0.634；耗水量638565.2 m3，耗水系數(shù)0.366。冬季排水量1251342.0 m3，排水系數(shù)0.609；耗水量802998.0 m3，耗水系數(shù)0.391。昌圖縣城區(qū)全年排水量5016351.2 m3，排水系數(shù)0.617；耗水量3107664.8 m3，耗水系數(shù)0.383。

2.3.4.2誤差分析

全年供水量為8124016 m3，誤差為±1%，即供水量在8042776～8205256 m3。全年排水總量為5016351.2 m3，誤差為±2.6%，即供水量在4887934.0～5144748.0 m3。昌圖縣城區(qū)年排水系數(shù)0.617，誤差為-3.4%～3.7%；耗水系數(shù)0.383，誤差為-6.0%～5.5%。

3結(jié)語

總之，水平衡測試分析數(shù)據(jù)是在城市用水方面實(shí)施科學(xué)、精細(xì)、最嚴(yán)格的水資源管理所必須掌握的數(shù)據(jù)。對于城市生產(chǎn)生活用水1個(gè)年度的水平衡測試，要充分考慮季節(jié)變化對生活用水情況數(shù)據(jù)變化的影響，需要在不同季節(jié)各自進(jìn)行水平衡測試，來確定現(xiàn)狀用水條件下的用水量、耗水量、污水和污染物排放量之間的比例系數(shù)；同時(shí)為城市水資源優(yōu)化配置提供詳實(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)。并根據(jù)排污口情況，在可能的情況下，對城市內(nèi)工業(yè)用水的排污量和污染物排放量進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)查所產(chǎn)生污水的企業(yè)，為未來企業(yè)排污狀況分析提供基本監(jiān)測資料。

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Analysis of Water Balance Test for Domestic Water Use in City

SUN Bing-xu

(Tieling Hydrological Bureau Liaoning Province,Tieling 112000,China)

Abstract：To confirm correctly the data of domestic water use in city is very important for municipal water saving，municipal water resources allocation，the construction and design of water supply project，the construction and design of municipal sewage desposal and wastewater treatment plant，the analysis of urban sewage impact on river basin or regional water environment.Therefore，in line with the change law of urban domestic water use in Changtu County of Tieling City，through the data of urban domestic water use obtained by water balance test，the detailed and important data support will be provided for domestic water and to optimize and allocate water resources，also lay a solid foundation for the development of urban eco-society in a city.

Key words：water resources；urban water use；water supply；drainage；water balance test

中圖分類號：TU991.31

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

[作者簡介]孫秉旭(1973-)，男，滿族，遼寧開原人，工程師，研究方向?yàn)樗乃Y源管理等。

[收稿日期]2016-01-12

文章編號：1007-7596(2016)03-0068-04