城市生活用水水平衡测试分析

孙秉旭

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)



城市生活用水水平衡测试分析

孙秉旭

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)

摘要：准确确定城市生活用水数据，对于城市节水、城市水资源配置与供水工程建设与设计、城市污水处理与污水处理厂建设与设计、城市污水对流域或区域水环境的影响分析等诸多方面都是十分重要的。为此，按照铁岭市昌图县城市生活用水的变化规律，通过水平衡测试得出城市生活用水等数据，从而为城市生产生活用水，优化配置水资源提供详实、重要的数据支撑，也为城市经济社会发展奠定坚实基础保障。

关键词：水资源；城市用水；供水；排水；水平衡测试

0引言

准确确定城市生活用水数据，对于城市节水、城市水资源配置与供水工程建设与设计、城市污水处理与污水处理厂建设与设计、城市污水对流域或区域水环境的影响分析等诸多方面都是十分重要的，是在城市用水方面实施科学、精细、最严格的水资源管理所必须掌握的数据。

对于城市生活的用水量，可以通过自来水公司和企业自备井的供水数据来分析确定[1]。但是在废污水排放量和污染物排放量和污染物排放量的监测和分析确定中，目前城市排污口每年只进行1次监测，由于城市生活用水的排污量在时间上有很大变化，以一个测次的排污监测无法代表全年的排污状况，由此计算的污水和污染物排放量误差太大。

为此，按照昌图县城市生活用水的变化规律，通过水平衡测试来城市现状情况下城市用水量、耗水量、排水量和污染物排放量及之间的比例关系。

1城市供排水

1.1城市供水

昌图县城区生产生活用水由昌图县自来水公司供给。原水泵站位于距净水厂16.22 km的南城子水库附近，选用了高质量的水泵机组和电控设备，一级提水扬程高达150m。输水管线全长16.2km，包括5.8km的DN800钢管、DN700和DN600的球墨铸铁管9.5km以及0.9 km的隧洞。原水进入净水厂后采用先进的工艺手段进行处理，以保障生产出优于《国家生活饮用水卫生标准》的高品质的生活饮用水。

净水厂在生产过程中采用了工业控制PLC和大量在线仪表，通过中央实时监控系统使全厂设备实现全自动化控制。昌图县城区供水管网是以县城东净水厂作为始端，城市供水覆盖率达70%，供水人口8万人。管网由城东向西后往南北延伸，供水管网110 km，管道由DN800缩至DN100，为整个县城供水，只有城区边缘零散住户未被纳入管网区。在总长度约110km的配水管网中，只有近50 km主管线是近6、7年来的新建管线，其余60km的管网均为1978—1985年铺设的材质为钢管或塑料管的陈旧管线，因为年限长久，老化腐蚀，跑、冒、滴、漏状况严重，特别是一些旧的住宅楼这种情况更严重。

2015年净水厂总供水量836.4万t。但由于配水管网老化失修，跑、冒、滴、漏状况严重，产销差率为52%。自来水公司统计的供水量仅为403万t，其中居民生活用水155万t、机关事业单位用水150万t、商业用水98万t。

1.2城市排水

昌图县城区污水排放主要为生活污水，无工业废水，污水排放范围与供水范围相同，排放形式有地下管道和明渠两种形式[1]。

1)铁路以北排污。沿城关河两岸铺设有地下排污管道，南岸的管道接纳铁路以北至城关河区间的污水。管道直径在102线公路桥以上为DN1000，102线公路桥以下为DN1500。

2)铁路以南排污。铁路以南区域的污水各自通过地下管道排入明渠。排污总管道在八一水库边的低洼地带经过，水库水位低时管道在岸边、水位高时管道被淹没在八一水库里[2]。

2水平衡测分析

2.1水平衡测试

昌图县城区生活水平衡测试分春季、夏季、冬季3个阶段进行[3]。

1)春季从6月13日11时—6月16日11时，共3d。

2)夏季从7月22日11时—7月29日11时，共7d。

3)冬季从11月25日11时—11月28日11时，共3 d。

水平衡测试期间记录了每1 h的供水量；采用转子式流速仪施测排污明渠上、下游流量283次；利用Starflow渠道流量计施测排污管道流量530次；水质采样650次，分析混合水样83个[4]。

2.2成果分析

2.2.1供水量

水平衡测试期间，通过昌图县自来水公司净水厂的供水部门取得了测试期间每1h的供水量资料：

1)春季水平衡测试期间总供水量57 479 m3，平均供水19 160 m3/d。

2)夏季水平衡测试期间总供水量195 042 m3/d，平均供水27 863 m3/d。

3)冬季水平衡测试期间总供水量68 478 m3，平均供水22 826 m3/d。

由此可以看出，夏季用水量最大，原因是夏季天气炎热，用水量大所致；冬季次之，原因是冬季取暖期有部分锅炉补水；春季最小[5]。

2.2.2排水量

1)春季水平衡测试期间排污明渠排水量5 014.8 m3；管道(南)排水量9 808.3 m3；管道(北)排水量21 605.4 m3，总排水量36 428.5 m3，均排水量12 142.8 m3/d，人均排水量151.8 L/d。

2)夏季水平衡测试期间排污明渠排水量10 287.2 m3；管道(南)排水量40 308.4 m3；管道(北)排水量66 797.7 m3，总排水量117 393.3 m3，均排水量16 770.4 m3/d，人均排水量209.6 L/d。

3)冬季水平衡测试期间排污明渠排水量6 566.6 m3；管道(南)排水量11 980.4 m3；管道(北)排水量23 164.1 m3，总排水量41 711.1 m3，均排水量13 903.8 m3/d，人均排水量173.8 L/d。

从排水量中可以看出，日平均排水量夏季最大、冬季次之、春季最小，符合用水规律。只有排污明渠夏季排水量最小，原因为：排污明渠所接纳的污水区域内有7所学校，夏季水平衡测试是在学校放假的时间内进行的。

2.2.3水质

在水平衡测试工作中共进行了7 d的水质采样分析工作，其中春季1 d、夏季和冬季各3 d，共采集水样648个，混合分析水样81个。详细数据见表1。

表1　水质化验各季节平均成果表

从表1中可以看出，春季管道(南)各指标含量明显偏大。原因是在春季测试期间，管道(南)施测竖井的上游堆有粪便，对水质造成影响。在总成果计算时，春季管道(南)的水质成果不予采用，利用夏季和冬季的平均值进行计算。由于管道排污有一部分城关河漏水、明渠排污有上游来水，所以在冬季对明渠上游和城关河各进行了1次水质分析。详细数据见表2。

表2　水质化验成果表　mg/L

从表2中可以看出，明渠上游各项指标的含量大于明渠下游。原因是明渠上游的农户在明渠边倾倒生活垃圾、牲畜及家畜家禽粪便致使明渠上游各项化学指标含量偏大。

2.3成果计算

2.3.1供水量

根据春、夏、冬各季节的日平均供水量成果，计算昌图县城区的全年供水量。昌图县城区供水总量8 124 016 m3/a，折合人均年供水量101.6 m3。供水量的不确定度为±1%，因此供水量的误差为±1%，即供水总量在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成果计算

根据春、夏、冬各季节的日平均排水量成果，计算昌图县城区的全年排水量[6]。昌图县城区年排水总量5016351.2 m3，折合人均年排水量62.7 m3。

2.3.2.2误差分析

排水量采用了不同的测量方法，测验误差不同。排污明渠采用转子式流速仪施测流量，测验误差为±6.4%；排污管道采用Starflow渠道流量计施测流量，测验误差为±2%[7]。根据不同测验方法的不同测验误差，计算排水量的误差。经过计算，昌图县城区春季排水总量为1117137.6 m3，人均排水量为14.0 m3，考虑测验误差分别在1088028.8～1146246.4 m3和13.6～14.3 m3，误差±2.6%。

夏季排水总量为1542876.8 m3，人均排水量为19.3 m3，考虑测验误差分别在1506067.6～1579686.0 m3和18.8～19.7 m3之间，误差±2.4%。秋季排水总量为1104994.8 m3，人均排水量为13.8 m3，考虑测验误差分别在1076202.4～1133787.2 m3和13.5～14.2 m3之间，误差±2.6%。

冬季排水总量为1251342.0 m3，人均排水量为15.6 m3，考虑测验误差分别在1217646.0～1285038.0 m3和15.2～16.1 m3，误差±2.7%。

全年排水总量为5016351.2 m3，人均排水量为62.7 m3，考虑测验误差分别在4887934.0～5144748.0 m3和61.1～64.3 m3之间，误差±2.6%。

2.3.3污染物排放量

2.3.3.1成果计算

根据各季节各断面实测水量和污染物浓度计算各季节各断面污染物含量[8]。

春季排污明渠下游实测平均水量为3 140.4 m3/d；管道(南)实测平均水量为5 343.0 m3/d；管道(北)水质分析在6月13—14日，水量计算时应扣除6月16日0:45～6:51降水影响水量1 356.3 m3，所以管道(北)平均水量为13 077.0 m3/d。

夏季排污明渠下游实测平均水量为2585.8 m3/d；管道(南)实测平均水量为7 227.1 m3/d；管道(北)实测平均水量为13 862.5 m3/d。

秋季各断面水量及水质采用春季成果。冬季排污明渠下游实测平均水量为3 304.6 m3/d；管道(南)实测平均水量为5 462.3 m3/d；管道(北)实测平均水量为11 955.0 m3/d。

由于明渠上游有一定量的底水、排污管道存在漏水现象，所以各断面的污染物含量中含有一定量的城区排污以外的污染物。

春季排污明渠上游实测平均流量为0.017 m3/d，折合水量为1468.8 m3；管道(南)实测平均漏水流量为0.024 m3/s，折合水量为2073.6 m3；管道(北)实测平均漏水流量为0.068 m3/s，折合水量为5875.2 m3。

夏季排污明渠上游实测日平均流量为0.013 m3/s，折合水量为1123.2 m3；管道(南)实测平均漏水流量为0.017 m3/s，折合水量为1468.8 m3；管道(北)实测平均漏水流量为0.050 m3/s，折合水量为4320.0 m3。

秋季各断面水量及水质采用春季成果。

冬季排污明渠上游实测平均水量为1115.7 m3；管道(南)实测平均漏水流量为0.017 m3/s，折合水量为1468.8 m3；管道(北)实测日平均漏水流量为0.049 m3/s，折合水量为4233.6 m3。

全年污染物排放量等于各季节污染物含量的总和减去外来污染物的含量，包括排污明渠上游和排污管道漏水的污染物含量。根据水质和水量监测成果计算，昌图县城区全年污染物排放总量为：氨氮129150.9 kg、占污染物排放总量的11.5%；化学需氧量773226.1 kg、占污染物排放总量的68.8%；总磷43363.4 kg、占污染物排放总量的3.9%；总氮177578.9 kg、占污染物排放总量的15.8%。日平均污染物排放量为：氨氮353.8 kg、化学需氧量2118.4 kg、总磷118.8 kg、总氮486.5 kg。人均年污染物排放量为：氨氮1614g、化学需氧量9665g、总磷542g、总氮2 220 g。

2.3.3.2误差分析

污染物排放量计算的误差主要来源为排水量的误差[9]，排水量计算的误差为±2.6%，所以各污染物排放量的误差也为±2.6%。

2.3.4供、排、耗比例系数

2.3.4.1成果计算

春季排水量1117137.6 m3，排水系数0.634；耗水量645582.4 m3，耗水系数0.366。夏季排水量1542876.8 m3，排水系数0.602；耗水量1020519.2 m3，耗水系数0.398。秋季排水量1104994.8 m3，排水系数0.634；耗水量638565.2 m3，耗水系数0.366。冬季排水量1251342.0 m3，排水系数0.609；耗水量802998.0 m3，耗水系数0.391。昌图县城区全年排水量5016351.2 m3，排水系数0.617；耗水量3107664.8 m3，耗水系数0.383。

2.3.4.2误差分析

全年供水量为8124016 m3，误差为±1%，即供水量在8042776～8205256 m3。全年排水总量为5016351.2 m3，误差为±2.6%，即供水量在4887934.0～5144748.0 m3。昌图县城区年排水系数0.617，误差为-3.4%～3.7%；耗水系数0.383，误差为-6.0%～5.5%。

3结语

总之，水平衡测试分析数据是在城市用水方面实施科学、精细、最严格的水资源管理所必须掌握的数据。对于城市生产生活用水1个年度的水平衡测试，要充分考虑季节变化对生活用水情况数据变化的影响，需要在不同季节各自进行水平衡测试，来确定现状用水条件下的用水量、耗水量、污水和污染物排放量之间的比例系数；同时为城市水资源优化配置提供详实数据依据。并根据排污口情况，在可能的情况下，对城市内工业用水的排污量和污染物排放量进行监测，调查所产生污水的企业，为未来企业排污状况分析提供基本监测资料。

参考文献：

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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

中图分类号：TU991.31

文献标识码：B

[作者简介]孙秉旭(1973-)，男，满族，辽宁开原人，工程师，研究方向为水文水资源管理等。

[收稿日期]2016-01-12

文章编号：1007-7596(2016)03-0068-04