[转帖]管网养护-事故应急分析

数字排水用于管网养护中的事故应急分析 赵冬泉1，2，王浩正1，王婧1，陈吉宁2 （1. 北京清华城市规划设计研究院环境与市政所，北京 100084，2. 清华大学环境科学与工程系，北京 100084） 摘要：城市排水管网是城市的重要基础设施之一，由于管道老化、长期压力过大等原因，城市地下污水管道破裂时有发生。介绍了基于第四代管网管理技术――数字排水（DigitalWater）平台如何综合的利用GIS空间分析技术和管网水动力学动态模拟技术对管道的破裂风险进行全面评估。通过对管道的排水负荷、压力与管龄等参数进行综合排序和筛选，分析容易发生管道破裂事件的管道位置，制定相应的巡查养护计划，降低事件发生的可能性；在发生破裂事故后，可以迅速分析破裂处上下游的管道状况和雨污水溢出量的时间变化规律，为制定排水事故应急预案和应急抢险处理提供科学有效的数据支持，对排水突发事件的预防和快速抢修具有重要意义。 关键词：数字排水；DigitalWater；管道破裂；应急预案；抢险处理 1 前言 城市排水管网是城市重要的基础设施之一，排水管网的安全高效运行是城市持续、稳定发展的重要保障。但由于城市排水管网中管道老化、长期压力过大、管道周围地质变化等原因导致地下排水管道破裂等突发事故时有发生。2006年1月3日，北京市东三环路京广桥辅路污水管线发生漏水事故，导致三环路南向北方向部分主辅路塌陷，污水灌入地铁十号线区间段，东三环京广桥全线封闭。污水管道破裂等管网事故的发生致使大量污水溢出，严重影响了正常的道路交通甚至导致部分路段交通瘫痪，破坏了城市环境的美观甚至会污染土壤和地下水，危及城市居民的生态安全。 污水管道破裂等排水管网事故具有突发性和危害性大的特点，只有全面准确地了解管道状态并及时识别高危管道，并采取有效的养护措施才可以避免污水溢出事故的发生；在事故发生时快速预测管道破裂处上下游的管道状况和污水的溢出情况，可以对排水突发事件快速有效的处理提供科学的数据依据，以最大程度降低事故危害和群众生命财产损失。但是，由于地下管网的隐蔽性，简单的人工巡查的方式并不能有效的识别管网正常和事故时的运行状态，对事故的处理也只能是被动的事后处理。 基于第四代管网管理技术――数字排水（DigitalWater）平台，充分利用GIS空间分析功能和管网水动力学动态模拟功能进行排水管网事故应急分析，不仅可以全面的反映整个管网的现行状态从而评估管道的破裂风险，而且可以对管道发生破裂等事故状态下的运行状态进行模拟分析，快速了解管道破裂处上下游的管道状况和污水的溢出情况，为制定排水事故应急预案和应急抢险处理提供数据支持，全面提升管网养护的科学化水平和应急能力，保障城市的安全运转。 2 应用示例 2.1 管道破裂风险分析 管道承载的负荷过大是影响管道使用安全的重要因素。管道充满度是衡量排水管网负荷状况的重要参数。合理科学的管道充满度可以为未预见水量的增长留有余地，防止水量变化的冲击，同时还有利于管道的通风，便于管道的疏通和维护管理。但充满度过小也会造成管道投资不必要的浪费，并降低管道的流速，增加管道发生淤积的风险；而管道充满度过大则会降低排水管网系统的整体运行效率，增加管道溢流和破裂的风险。因此，在管网运行过程中对管道充满度进行分析和评估可以指导日常管网养护任务，降低管道发生破裂的风险。本示例中利用数字排水（DigitalWater）平台开发来分析评估区域的管道破裂风险及事故后污水的溢出特征。 利用数字排水（DigitalWater）平台建立某一区域现状污水管网模拟模型，以评估该区域管网的运行负荷和状态。通过模拟结果统计表的满流管道统计可以看出，充满度平均值为1即一直处于满流状态的管道有32根（见图 1），这些管道发生破裂的风险会相对比较大。 图 1模拟结果满管流管道统计 管网运行高峰时刻管道充满度专题示意图如下图所示，颜色越深充满度越大，浅色部分充满度小，深色管道充满度为1，处于满流状态。在系统提供的模拟结果报表中可以查到下图中红色显示的部分管道在一典型日的动态模拟分析中，满流运行时间超过了10h。满流管道由于长期承受过大压力，存在较高的管道破裂的风险，是管网维护和改造的重点。 图 2 DigitalWater中管道充满度专题图 2.2 污水溢出情况分析 先进科学的管理手段可以有效降低排水管网事故的发生频率，但由于排水管网多敷设于地下，管理养护难度较大，而影响管网状况的因素却很多，所以很难完全排除事故发生的可能性。在这种情况下，科学合理的应急预案和事故的快速有效处理可以大大降低突发事故对城市造成危害。 利用数字排水（DigitalWater）平台的模拟功能可以分别建立和模拟事故发生的模拟情景和应急预案的执行情景，从而辅助制定出科学可行的应急预案。当事故发生时，利用数字排水（DigitalWater）平台，可以对事故发生点进行快速准确的地图定位，分析事故点上下游的管网情况估计事故的影响范围以指导事故点的抢修工作，将事故危害降到最低（详见上期“数字