城市排水管网老化机理及预防控制技术研究

摘要：在探究管道系统衰老的多种因素时需考虑诸如化学侵蚀、生物侵害以及机械性磨耗等内部退化机制，同时也不可忽视外部环境条件，包括地质特性、气候变化和水源特性的作用。利用闭路电视（Closed"Circuit"Television，CCTV）监控和地质雷达（Ground"Penetrating"Radar，GPR）等方法对输水管线的退化进行监测和分析，并结合数据分析与物理模拟来构建一个评价框架。研究发现表明这些技术手段可以显著增强管道网络的耐用年限。

关键词：城市排水管网""老化机理""检测技术""预防技术

Research"on"the"Aging"Mechanism"and"Prevention"and"Control"Technology"of"Urban"Drainage"Pipeline"Network

ZHAO"Luping

Weicheng"District"Comprehensive"Administrative"Law"Enforcement"Brigade，"Weifang，"Shandong"Province，"261057"China

Abstract："When"exploring"the"various"factors"of"aging"in"pipeline"systems，"it"is"necessary"to"consider"internal"degradation"mechanisms"such"as"chemical"erosion，"biological"invasion，"and"mechanical"wear，"while"also"not"ignoring"the"effects"of"external"environmental"conditions，"including"geological"characteristics，"climate"change，"and"water"source"characteristics."Using"methods"such"as"Closed"Circuit"Television"（CCTV）"monitoring"and"Ground"Penetrating"Radar"（GPR）"to"monitor"and"analyze"the"degradation"of"water"pipelines，"and"combining"data"analysis"and"physical"simulation"to"construct"an"evaluation"framework."Research"findings"indicate"that"these"technological"means"can"significantly"enhance"the"durability"of"pipeline"networks.

Key"Words："Urban"drainage"pipeline"network;"Aging"mechanism;"Detection"technology;"Preventive"techniques

随着城市化步伐的加速和城市居民数量的不断扩大，城市排水设施作为维护都市生活品质和基本建设运作的关键要素，肩负着不断上升的排水负荷。长期累积的下水道系统衰老问题日渐加剧，这不仅妨碍了该系统的正常功能与服务效率，还有可能招致重大的环境与财经损害。本文的目的是探讨城市排污网络衰退的原因、研究不同环境要素如何作用于管道材料，并提出行之有效的防治措施和管理策略，旨在为城市排水结构的持久进步提供技术援助与理论指导。

1""城市排水管网老化机理

1.1"管材老化原因

城市下水道系统的管道材料衰老是由众多因素综合影响所致。（2）化学侵蚀被认为是导致材料衰老的一个主要因素。输水系统因长期暴露于含有化学成分的流体之中，如酸或碱类化合物、各种金属离子等，这些成分直接损害管道材料的完整性，引起管道内壁的腐化、金属的分解或外观上的损伤。（2）生物侵蚀同样构成了管道衰老的一个主要原因。在湿润的条件下，细菌、水藻或霉菌等有机体依附于管道内壁，它们的新陈代谢作用释放出酸性或碱性化合物，促进了管路的侵蚀和损坏。（3）机械磨蚀也是导致输水管道衰老的关键因素之一。持续不断的水流侵蚀可能引发管道外层的剥蚀与部分凹陷，从而催化了管道衰老的速度。

1.2"环境因素影响

城市下水道系统的衰老状况受到多元环境要素的深刻影响。（1）地质条件构成了一个决定性要素，如酸碱度、水分含量及土质中的盐分浓度对管道材料的侵蚀速率和磨损水平产生直接作用。数据分析表明，在高碱性值的土壤环境下，管线的侵蚀速度明显提升，与酸性值较低的土地相较之下，其腐蚀进程快了超过30%。（2）气候状况同样对输水管材质的稳定性和耐久性提出了考验。依据近期的统计资料显示，炎热气候下，管道的老化速度每年可能高达0.5"mm，相较之下，在冰冷环境中管道的衰老速率显著降低，大约只有0.1"mm。（3）水质条件同样扮演着关键角色，其中，溶于水中的氧气、盐度、细菌、化合物等因素对管道材料的侵蚀性和耗损性带来了不容忽视的作用。

1.3"管网设计及施工缺陷

城市下水道系统的规划与建造标准对管道的耐用年限和衰退速率产生直接的效应。在设计阶段，不合理管材的选取及其连接手段，以及管道系统的不恰当排列都可能会引起部分水流速度的非正常增加，从而招致管道在某些区域的逐渐侵蚀和损耗。在建设活动期间，如果管道连接处的施工不恰当、在铺设管道过程中没有保证管道承受均衡的压力等诸多因素，则同样会加速管道的退化，对其耐用性造成不良影响。表1为城市排水管道老化对环境和经济的影响分析。

2."城市排水管网老化的检测与评估技术

2.1"管道内部检测技术

在测量城市下水道系统老化程度的众多方法中，对管道内部进行检查的技术被视为至关重要的一种途径。（1）闭路电视（Closed"Circuit"Television，CCTV）监控属于普遍采用的技术手段。它通过将视频摄录设备与照明工具部署在管道内部，持续追踪和观察管道内部的情况。这项技术可以人们以直接的方式检视管道内壁的侵蚀、损伤、形态改变等问题，并且能够详细记录下管道的具体状态[1]。（2）声呐探测方法同样适用于评估管道内部的磨损情况。声音探测依赖声波传递的性质来识别管路内的渗漏、阻塞物或管壁的破损等缺陷。该技术基于分析声波在管道中的传输速率和振幅的差异，从而评估管道的完整性。

2.2"管道外部检测技术

管道外部检测技术主要适用于判定管道表面的侵蚀、构造缺陷等状况。（1）地质雷达（Ground"Penetrating"Rada，GPR）是一项被广泛采用的方法。它利用电磁波的反射和传播特性，对管道附近的土壤和地下结构进行探测，以识别管道表面的裂痕、腐蚀状况，以及确定管道的埋设深度等重要信息。（2）电阻率测量技术也是一个被广泛应用的手段，其通过监测土壤或混凝土表层的电阻率变化，推断出管道外围潜在的侵蚀范围与损耗状况。

2.3"管网评估模型

（1）依赖数据驱动的模型通过积累众多现实操作数据，如管道的使用年限、构成材质、工作压力、周遭环境条件等，构筑数学模型，以预估管道将来的衰老走向和保养必要性。（2）依托物理理论的评价技术是借助模拟和试验探究，再现管道在多样环境与载荷状况中的持久性，以此来分析管道材质的表现及其衰老水平。

3."城市排水管网老化的预防技术

3.1"材料选择与优化

在城市下水道系统的构建过程中，选用的建材显得尤为关键。首先，采用新研发的抗侵蚀材料能够明显增强管道的使用寿命[2]。例如：聚乙烯（Polyethylene，PE）管道拥有出色的抗化学侵蚀特性和防老化性质，适宜于在酸或碱性条件下持久运用；玻璃钢管管道展现出卓越的耐腐性和力学特性，在剧烈酸碱条件下的性能依然出众；铁质管道因其坚固耐用、承受压力的能力出众被普遍用于都市中心的排污系统。其次，改进材料设计和制造工艺。例如：增强材料的均匀性和密度，可以显著减少管道内部的压力和疲劳损伤，进而扩展管道的服役年限。表2为城市排水管道常见材料的耐腐蚀性能比较。

3.2"优化设计与施工

城市下水道系统的精细规划与施工质量对管道老化的快慢及其服务年限产生直接的作用。（1）妥善的管道配置可以均衡各处的水量分配，防止特定通道持续遭受急流的侵蚀，从而降低管路的损耗与侵蚀[3]。（2）实施合适的施工工艺和方法。例如：严密监督管道的安装深度及连接部分的品质，保障管道的稳定性和密封性，对避免管道老化扮演着关键角色。（3）融合当代信息科技手段。例如：构建管道工程与品质监督体系，持续跟踪工程实施阶段的核心指标，迅速识别潜在难题并实施优化措施，这样做可以显著增强工程品质，延长管线的运行时长。

3.3"管道保护措施

（1）内衬技术被广泛认为是一项重要的防护措施，它通过在管道的内侧涂上一层抗腐蚀性的衬垫物质，如聚烯烃或者纤维增强塑料，能够显著抵御化学品对导管本体材质的腐蚀作用，从而有效提升导管的使用年限。（2）外部防护措施同样是一种关键的维护策略。例如：在输送管道的外层施加抗腐性的保护性涂料，选取适宜的抗腐材质和施工方法，可以显著遏制外界条件对管道造成的侵蚀与损耗。采纳这一系列的管线防护策略，可以增强都市排污系统的耐久性，确保其持久的稳固作用。

4."城市排水管网老化的控制与维护技术

4.1"定期检测与维护

依据近期资料显示，周期性的监测可以有效减少输水管道的故障频率与修理费用，增进排污系统的稳定性与工作效能。CCTV技术是一种被广泛采用的管道内检查手段，应用该技术每年能够及时识别并处理超出80%的管道侵蚀、构造改变和阻塞状况。此外，采用GPR等方法进行管道表层检测，研究结果证实它们在识别管道邻近土壤的变动和管道本身表面的损害方面极为高效，加强了对管道周边环境状况的监测力度。周期性的监测不仅为精确的保养提供了信息基础，同时也有助于改善保养方案和财务规划，保障城市排水系统的恒定顺畅作业及其服务效能[4]。

4.2"管道修复技术

在城市排污系统的老化维护过程中，管道翻新手段成为应对管道老化与破损难题的核心环节。（1）在目前的修补手段中，非开挖修复技术占据了领先地位，它采用了如聚合物修复剂和光纤增强复合材料等创新性材料，对管道的内部裂痕与损坏区域进行整治。这种方法避免了对地表和土质的破坏，从而降低了对城市交通和自然环境的不良影响。（2）内衬修复技术亦为一种高效的恢复手段，它通过在输送管道的内部覆盖耐腐蚀的内衬材料来修补管道外观上的锈蚀与损伤，从而重建管道的原始作用及其稳固性。

4.3"智能监控与管理

智能监控与管理技术在城市下水道管网更新过程中扮演着日益关键的角色。通过构建先进的自动化监测网络，连续跟踪输送管道的工作状况和关键数据波动，如水压、流量、温度等，可以迅速识别出不寻常的现象并采取预警措施。这些装置往往融合了尖端的传感器技术和远程监控平台，它们可以对全部的排污网络进行远程监控和数据分析，赋予管理人员实时的决策辅助；同时，通过运用大数据分析和人工智能技术，其对管网的运作信息进行透彻探索与剖析，推测输水管道随时间推移的老化走势及其保养所需，从而改进保养策略和资源分配。智慧监测与管理技术的运用可以极大地增强管网的作业效能安全性，同时显著减少保养费用，助力城市排污设施向着智能化和可持续化方向前进[5]。表3展示了在城市多个区域部署的智能侦测系统的应用成效评价。

5nbsp;"结语

城市的下水道系统作为城市基本建设的关键构成，其持续稳定的运作紧密联系着城市生态和市民的日常生活品质。本文全面分析了城市下水道系统老化的原因、监测与评价方法、防治措施、管理与保养技巧，经过审视对管道构造物的选材改善、采纳尖端的侦测与补救技术、智慧型的监控与管控策略，显著增强了输水管道的耐久性，促进了排水设施的作业效能和防护性。相关人员应继续推动科技创新和管理理念的整合，以应对日益严峻的城市排水管网老化挑战，为建设宜居、可持续的城市环境贡献力量。

参考文献

[1]王清峰.城市更新之排水管网正本清源改造实践与探讨[J].城市勘测，2024（2）：169-174.

[2]黄亚洲，任杰，刘磊.基于几何网络的城市排水管网出水口分析[J].智能城市，2024，10（4）：62-64.

[3]潘泓佑.基于DWDS平台的城市给排水管网系统优化技术[J].工程建设与设计，2024（7）：164-166.

[4]乔晓莹.理顺排水管理体制污水处理提质增效[N].广西日报，2024-03-25（006）.

[5]白小晶，蔡志强.城市排水管网运行问题识别及改进措施研究[J].北京水务，2024（1）：40-43，82.