（环境工程专业论文）城市排水管道沉积物沉积状况及赋存污染物特性研究.pdf

摘要 城市排水管道沉积物中污染物的冲刷释放是城市水体面源污染负荷的重要 组成部分，因此对城市排水管道沉积物中污染物的研究对改善城市水环境具有 重要意义。本课题对北京城区典型功能区域的排水管道内沉积物的沉积状况及 其中污染物特性进行研究。 调研结果表明：排水管道内沉积物沉积现象普遍存在，近8 0 的排水管道 存在不同程度的沉积物沉积现象，位于不同功能区排水管道中的沉积量明显不 同，环境污染较严重的汇水面排水管道中沉积物沉积严重。排水管道管径、管 材对沉积物的沉积有明显的影响。 通过对沉积物样品的物理化学特性研究，发现沉积物中小粒径颗粒占沉积 物总量的比例较大，6 0 的可降解有机质、7 0 的磷、7 0 的重金属主要富集在 粒径小于0 2 8 1 a m 沉积物中。 通过沉积物中重金属形态分析研究表明不同重金属元素的赋存形态存不 同，c r 与n i 主要为残渣态，接近甚至超过总量的8 0 ；残渣态也是p b 的主要 存在形态，约占总量的5 0 ；c u 主要以铁锰氧化物结合态和残渣态存在，z n 的赋存形态和c u 极为相似；c d 的赋存形态与其它重金属元素有较大差别，基 本以可提取态存在，可交换态所占比例显著增加。 通过对沉积物中重金属污染物污染的评价，沉积物中重金属污染物的含量 污染程度污染级别为：z n c u c d c r p b n i 重金属潜在释放风险关系是： c d c u z n p b n i c r ；重金属污染物潜在生态危害关系是：c d c u z n p b n i c r 。 关键词：排水管道；沉积物：沉积状况；污染水平；评价 a b s t r a c t t h ec o n t a m i n a t i o nw h i c hw a s h e do f ff r o ms e d i m e n tl o c a t e di nd r a i n a g ep i p ei s a l lm a i np a r to fn o n p o i n tp o l l u t i o nl o a d ，s ot h er e s e a r c ha b o u ts e d i m e n tp o l l u t a n ti n s e w e tp l a y e das i g n i f i c a n tr o l ef o rt h ei m p r o v e m e n to ft h eu r b a nw a t e re n v i r o n m e n t t h e s t u d yo ns e d i m e n td e p o s i t i o na n dp o l l u t a n tc h a r a c t e r i s t i c si nd r a i n a g ep i p eo f t y p i c a la r e ai nb e i j i n g t h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h es e d i m e n ti n d r a i n a g ep i p e i s u b i q u i t o u s ，a n dn e a r l yt h e r ea r e8 0 d r a i n a g ep i p e si nw h i c hs e d i m e n td e p o s i t e d d i f f e r e n td e p o s i t i o ns t a t u sw a sf o u n di nd i f f e r e n tr u n o f fa r e a t h em o r es e r i o u s l y p o l l u t e d ，t h em o r es e d i m e n t a n dd r a i n a g ep i p ed i a m e t e ra n di t sm a t e r i a li n f l u e n c e t h ed e p o s i t i o ne x t e n ts i g n i f i c a n t l y t h es t u d yo np h y s i c a la n dc h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c so ft h es e d i m e n t ，t h es i z eo f am a j o r i t yo fs e d i m e n ti sb e l o w0 2 8p m ，w h i c ha c c o u n tf o ra b o u t6 0 d e g r a d a b l e o r g a n i cm a t t e r , 7 0 p h o s p h o r u sa n d7 0 h e a v ym e t a ll o c a t e di nt h e m d i f f e r e n th e a v ym e t a lm o d a l i t yw a sv e r i f i e di nt h es e d i m e n t st h a ta b o u t8 0 c r a n dn il o c a t e dw i t hr e s i d u a , a n dt h er e s i d u am o d a l i t yi st h em a i nf o r mo f p bw h i c h a c c o u n tt on e a r l y5 0 o ft h et o t a lc o n t e n t b u tt h em o s tm o d a l i t yo fc ui s i r o n m a n g a n e s eo x i d eb o u n da n dr e s i d u a l n e a r l yt h es a m em o d a l i t yd i s t r i b u t i o no f z na sc u h o w e v e r , t h el o c a t e dm o d a l i t yo fc di se x t r a c t a b l e 。c o m p r i s i n gt h eo t h e r h e a v ym e t a l ，t h ep r o p o r t i o no fe x c h a n g es p e c i a t i o ni n c r e a s es i g n i f i c a n t l y t h ee v a l u a t i o no fh e a v ym e t a lp o l l u t a n ti ns e d i m e n tv e r i f i e dt h a tt h er e l a t i o no f t h et o t a lp o l l u t i o nc o n t e n tl e v e la m o n gd i f f e r e n th e a v ym e t a l si sa sf o l l o w s ： z n c u c d c r p b n i ，t h er e l e a s er i s ki s ：c d c u z n p b n i c r , a n dt h eh a r mo f p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki s ：c d c u z n p b n i c r 。 k e yw o r d s ：d r a i n a g ep i p e ；s e d i m e n t ；d e p o s i t i o ns i t u a t i o n ；p o l l u t a n tl e v e l ； e v a l u a t i o n i i 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名：杏奄乒、 日期：译月e t 北京建筑工程学院硕：l 学位论文 1 1 引言 1 绪论 城市水体是城市基础设施的重要组成部分，包括城市湖泊、河流、沟渠以 及景观水体等多个水体单元，具有排泄雨涝、旅游航运和风景观赏等综合功能， 也是城市生态环境的窗口，对城市的经济和社会发展都起着十分重要的作用【l 】。 随着社会、经济的飞速发展，大量的工农业污染物输入城市水系，多数河网受 到污染、河流水质达不到国家规定的地表水i i i 级标准，大部分湖泊水域处于富 营养状态，面临着水体生态环境日益恶化的严峻挑战，近年来，排入水体中的 污染物有增无减，水环境污染未能有效控制，总体仍呈恶化趋势【2 】。 防治城市水体水质污染、遏制其进一步恶化的趋势、保证水环境的可持续 发展已是水环境治理重要且紧迫的任务。在我国，已经将污染物总量控制纳入 到保护和改善流域环境、强化流域水环境管理体系中，污染物总量控制也是防 治城市水体水质污染的重要措施之一，同时也是我国社会、经济可持续发展的 一项重要环保政策【3 】。大力实施生活污水截流、实现工业废水减排、加强农业 污染控制、引水清淤修复等重要措施在控制水体水质污染中起到一定的作用， 但是没有从根本上改变城市水环境污染状况【4 】。城市水体污染很大程度上是由 于排水体制不合理和对排水系统的管理、维护不当造成的。然而，我国在城市 排水方面一直偏重于污水处理技术的研究，对城市排水体制的关注较少，从而 在我国的许多城市出现城市污水处理率不断提高而城市水环境却日益恶化的现 象【5 】。因此，要有效的控制水体污染就必须明确水体污染负荷，控制源于城市 排水系统的污染，从而有效进行水体污染物总量控制，使得城市水体污染控制 真正的从末端治理转变到从源头到末端的多层控制管理体系上。 城市的排水管道系统是城市排水系统中的重要组成部分，负责雨水、污水、 废水的收集和排放，是污染物进入城市水体的主要途径，排水管道系统是城市 水体污染控制过程中一个重要的环节【6 】。 1 1 1 城市排水管道系统 1 1 1 1 国外城市排水管道系统发展状况 北京建筑工程学院硕十学位论文 十九世纪中叶以后，随着产业革命后工业的发展和人口的集中，一些资本 主义国家的城市开始建造现代化排水管道系统。经过上百年的建设，目前英国 的排水管道普及率已达1 0 0 ，德国的合流制和分流制并存的排水管道系统已经 进行了又一轮的改造完善。莫斯科的污水排放标准是欧洲最为严格的，主要因 为其污水排放量( 6 0 0 1 0 4 m 3 d ) 与其受纳水体莫斯科河流量相当【7 】，莫斯科采用 完全分流制排水管道系统，经过上1 0 0 年的建设，莫斯科已建成长达7 0 0 0 k m 的排水管道 7 】。国外先进国家不仅普及了排水管道系统，而且还在此基础上进 行了大量、有成效的改善措施和技术，优化了城市排水管道系统，不仅减少了 灾害和污染，还充分利用了雨水和处理达标后的中水，补充地下及地表水资源。 1 1 1 2 国内城市排水管道系统发展状况 我国城市排水工程建设历史悠久，秦代已有用以排除城市雨水的管渠。历 代帝王的京都大多建造了较为完整的排水系统，但是解放前排水工程的发展是 缓慢的，城市排水设施很差，各大城市都没有完整的排水系统，仅有局部雨、 污水合流制管道。解放后，随着城市和工业建设的发展，城市排水管道系统才 有了较大发展，至此，我国许多城市才有了合流制排水管道系统，延续至今。 从八十年代中后期开始，随着经济的复苏，分流制城市排水管道系统的建设突 飞猛进，我国许多大城市已形成了较为完善的现代化排水管道系统，排水管道 的普及率已跃上了更高一级台阶。“九五”期间，城市排水管道长度为1 2 5 9 4 3 k m ， 城市排水管网普及率按服务面积计算为6 4 8 左右【6 1 。 我国许多大中城市最初都是采用合流制排水体制如北京、武汉，随着城市规 模的日益扩大，旧的排水系统难以满足城市发展的需要，排水系统规模不断的扩 大。在城市新区排水体制规划中，绝大多数城市采用了分流制排水体制，然而， 由于合流制完全改造成为分流制的困难较大，多数城市老城区目前都留有部分合 流制，例如：北京、上海、武汉、济南、厦门、杭州、徐州、吉林等城市在老城 区基本上都或多或少的保留原有的合流管道，通过增加截流系统来控制部分污染 【9 一i s 0 1 1 2 排水管道系统存在的问题 排水系统被形象地比做城市的命脉，排水管道是城市排水系统中的重要组成 部分，保证排水系统的正常运转，对于保护环境、减少污染、提高人民健康水平、 北京建筑工程学院硕士学位论文 维持城市的正常生活秩序有着非常重要的作用【8 】。但由于规划、设计、施工等各 方面的原因，城市排水管道系统的运行总存在一系列的问题。 1 1 2 1 雨、污混接 从理论上讲，分流制排水体制比合流制排水体制先进，对受纳水体水环境的 污染要轻。在我国，城市发展极为迅速，虽然在排水系统的规划、设计、施工和 管理方面都进步迅速，但雨、污混接现象仍很严重。武汉市水务部门2 0 0 4 年开始 对主城区部分排水管网进行了普查，结果发现诸多地区排水设施状况与规划大相 径庭，雨污混接现象相当普遍，几乎所有被调研的雨水管中都有污水接入，绝大 部分污水管中也有雨水接入，故按分流制实施的雨水和污水管道实际上成了双排 合流管道。调研显示，武汉市主城区已建有排水管网的地区共2 6 0 5 k m 2 ，其中合 流制地区为8 0 6 k m 2 ，占3 1 ；分流制地区为5 8 6 k m 2 ，占2 2 ；混接地区1 2 1 3 k m 2 ， 芒i 4 7 t l5 l 。 1 1 2 2 管道漏损 管道泄露是排水管道中另一个重要问题，主要原因有：( 1 ) 管道基础条件 不良将导致管道和基础出现不均匀沉陷，出现衔接处漏水，严重时会出现管道断 裂或接口开裂。( 2 ) 管材质量差，存在裂缝或局部的松散，抗渗能力差，容易 产生漏水。( 3 ) 管道接口填料及施工质量差，管道在外力作用下产生破损或接 口开裂。( 4 ) 检查井施工质量差，井壁和与其连接管的结合处渗漏。( 5 ) 此外， 管道腐蚀破损也是管道泄露的的原因之一【1 1 1 。 1 1 2 3 管道堵塞 管道堵塞多由于城市排水管道系统中的沉积物沉积所引起。城市排水管道 系统中的沉积物多来自于管道输送水流的过程中悬浮固体颗粒沉降，进入管道 系统颗粒物来源方式很多，从携带颗粒物的水源来分有两种：一是来自城市地 表雨水径流中的固体颗粒物；二是污水中的悬浮颗粒物【1 6 】。 城市地表固体颗粒来源很多，大气尘降、花草树木衰落的叶子枝干、土壤、 交通工具磨损产生以及人们生产生活中产生的固体垃圾等。当发生降雨事件时， 在雨水径流的冲刷作用下，会将屋顶、停车场、路面、绿地等汇水面上和空气 中的固体颗粒物质带入雨水径流，最终汇入城市排水管道系统，在重力、管壁 的摩擦阻力作用下，粒径、密度较大的颗粒物极易沉降到管道底部。小粒径颗 粒物也可能在相互碰撞的过程中逐渐聚合增大，进而也能够沉降管道底部m 1 8 1 。 北京建筑t 程学院硕士学位论文 污水中的固体颗粒物质来源于三个方面【l9 】：人体排泄物小粒径残渣和有机 颗粒物，是污水管道中沉积物的主要来源；厨房、生活垃圾中的大粒径残渣和 有机固体物质；此外还有少量纸、废弃衣物等。 排水管道系统是城市重要的基础设施，在维持城市正常运行中起到重要作 用，当排水管道内的沉积物达到一定的程度时，管道的输送能力急剧下降，沉 积物沉积的速度也逐步加快，最终造成管道堵塞【9 4 1 1 。排水管道堵塞会引起污 水溢流，污染环境。此外，排水管道中的沉积物在生化作用下，易管道造成腐 蚀，降低排水管道系统的使用寿命。 1 1 3 沉积物中赋存的污染物 排水管道内沉积物中赋存污染物的种类很多，常见的有易降解的有机物， 易引起水体富营养化的氮、磷，难降解的油类、脂类物质、带有毒性油烃( p h c ) 和多环芳烃( p a h s ) 以及p b 、c r 等致癌、致突变和致畸重金属物质等【2 0 】，这些污 染物的含量与沉积物的粒径分布、来源有密切的联系。易降解的有机物质、氮、 磷主要来自人类生活产生的废弃物和排泄物，难降解的油类、脂类物质、带有 毒性油烃( p h c ) 和多环芳烃( p a h s ) 以及p b 、c r 等致癌、致突变和致畸重金属物 质则主要由于汽车尾气的排放、轮胎的磨损、汽油不完全燃烧以及燃料或润滑 油的泄露。 表l l 不同粒径颗粒物中重金属污染物的含量 注：比例是指该粒径范围内沉积物中富集污染物的量占总量的比例 b e r t r a n d k r a j e w s k i 、s a n s a l o n 等人发现在合流制排水管道沉积物中污染物 的分布与沉积物的粒径分布密切相关，通过对不同粒径颗粒物中重金属含量的 研究表明，小粒径的固体微粒由于比表面积大且吸附能力强而聚集了较多污染 物。从表1 1 可以看出，粒径小于1 0 9 m 的颗粒物中，重金属污染物含量最高， 且在各不同粒径大小颗粒物含重金属总量中占有最大比例，铜含量水平甚至达 北京建筑工程学院硕士学位论文 到了6 3 2 1 - 2 3 】。 此外，a s h l e y 通过对城市不同功能区排水管道沉积物中重金属的研究表明 ( 见表1 2 ) ，沉积物中污染物的含量与汇水区域特性有密切的关系2 4 1 。居民区、 商业区合流排水管道沉积物中有机污染物浓度较高，b o d 5 、c o d 、n h 3 - n 可 分别达到8 0 0 0 0 m g k g 、2 0 0 0 0 0 m g k g 和2 0 0 m g k g t 2 5 】；工业区特别是化学工业区 径流中重金属含量明显高于其它区域；学校内一般区域与居民区和商业区类似， 以有机污染物为主，但实验室特别是化学实验室附近的排水管道沉积物中重金 属含量极高。城市中心区域由于人口密集、机动车辆多，使得其径流中有机污 染物、重金属浓度都高于非中心城区。油烃( p h c ) 、多环芳烃( p a h s ) 等毒性物质 和油类、脂类物质在交通密集地区排水管道系统痛沉积物中远高于其它区域 2 4 - 2 7 。 表1 2 不同区域排水管道沉积物中重金属污染物含量【2 6 】 注：h c ：h y d r o c a r b o n 1 1 4 排水管道中沉积物危害 排水管道中沉积物的累积不仅会减小排水管道的输送空间，而且会增大水 流阻力，从而影响管道的过流能力，当沉积物累积达到一定程度时甚至会造成 堵塞，影响整个排水系统的正常运行。a s h l e y 对苏格兰d u n d e e 市排水管道的 研究表明，没有沉积物的排水管道中水流阻力为1 0 n m 2 ，沉积物会使排水管道 中的水流阻力至少增加2 - 3 n m 2 【6 】，而n a l l u r i 和a l v a r e z 的研究则表明该水流 阻力增加幅度约为6 0 , - , 7 0 n m 2 【2 8 2 9 1 。其次，排水管道沉积物中有机质含量较高， 且多处于缺氧甚至厌氧条件下，高浓度有机物质在微生物( 如硫化细菌等) 作 用下，经过一系列生化反应会产生有毒有害气体如h 2 s 3 0 , 3 1 】，最终将其转换为 酸类物质进而会造成管道腐蚀，降低管道的使用寿命。此外，排水管道的腐蚀 会增大管道漏损量，沉积物中可溶性的铜、锌等金属及有机污染物会影响地下 的水安全性，有研究表明排水管道污水泄露下渗对地下水的污染仅次于工业污 染 3 2 , 3 3 1 。 排水管道中沉积物累积产生的最重要影响体现在其中赋存污染物在雨水径 北京建筑工程学院硕士学位论文 流的冲刷作用下重新释放进入城市水体而造成污染。有研究表明，在合流制溢 流产生的污染物总量中，约8 0 污染负荷来自排水管道内沉积物【3 4 筇；c h e b b o 和g r o m a i r e 对法国l em a r a i s 地区合流制排水系统的研究发现，在合流制溢流 污染中，6 0 9 5 的有机污染物，6 5 0 o , 9 9 的锌，9 0 10 0 镉、铜、铅来自 于管道中的沉积物【3 6 】。对于分流制排水系统，沉积物经雨水径流冲刷，污染物 直接进入受纳水体，并且，由于施工不当造成的雨、污混接现象会造成部分污 水直接排入受纳水体，使水体污染负荷增加，对城市水环境造成严重威胁。 1 2 问题的提出 目前，国内关于排水管道沉积物的研究报道鲜见，国外对于排水管道沉积 物的研究主要集中在沉积物的来源、不同来源的污染负荷模型、沉积物与排水 体制的关系以及沉积物在排水管道中的运动模型方面进行研究。从总体上讲， 排水管道沉积物的研究虽然取得了一定的进展，但就排水管道沉积物中污染物 的赋存特性的研究极少，急需要进行进一步深入研究。 排水管道内沉积物中的污染物在雨水径流的冲刷作用下重新释放到水体 中，威胁到水体安全，这种现象引起了国内外许多学者的关注和重视。沉积物 中的污染物主要富集在固体颗粒上，因此，沉积物中污染物的迁移与排水管道 中沉积泥沙运动有着密切关系。a s h l e y 等人通过对排水管道内泥沙运动的研究 建立了排水管道泥沙启动速度方程和临界不淤速度方程【1 9 ，3 7 1 ，r o b e r t 、b a n a s i a k 等人通过实验研究分析了生物对沉积物的影响【3 引，这些成果为合流制溢流污染 控制以及相关模型模拟软件( 如s w m m 、h s p e 、s t o r m 、d r 3 m q u a l 等) 的开发提供了基础。 国外针对排水管道沉积物的研究取得了一定的成果，但是，由于城市排水 管道沉积物的状况、沉积物中污染物的物化性质等与排水体制、水质状况、降 雨强度、降雨时空分布等因素有着紧密联系，这致使我国排水管道系统沉积物 及其中污染物的污染特性与国外不同。与此同时，排水管道沉积物中污染物的 冲刷释放已成为污染城市水环境的重要因素【3 6 1 ，因此排水管道沉积物沉积状况 及其中赋存污染物污染特性的研究对维护城市水环境安全具有重要意义。 1 3 本文的研究内容与方法 本课题选取北京城市典型功能区域，对其排水管道沉积物沉积状况进行调 北京建筑工程学院硕士学位论文 研，分析了排水管道的管径、材料以及汇水面特性对沉积物沉积的影响：然后 再对沉积物物理化学特性进行了探讨，分析了不同汇水区域沉积物中污染物的 污染水平；采用使用地累积指数法、次生相与原生相分布比值法和h a k a n s o n 潜 在生态风险指数法对沉积物中重金属污染物进行了评价【3 9 1 ，明确了排水管道沉 积物中重金属污染物的污染程度以及潜在风险。 北京建筑- 丁程学院硕二f 二学位论文 2 典型排水管道内沉积物沉积状况调研 排水管道沉积物的沉积减小了管道的输送空间，增加了输送过程中流体流 动阻力，从而使得管道中的水流速度减小，水流速、输送空间的减小都会降低 管道的输送能力，给城市内涝埋下隐患。更重要的是排水管道沉积物中富集的 大量污染物质，如：可降解有机质、n 、p 、重会属等，在径流雨水的冲刷作用 下，这些污染物一旦重新释放到水体当中，对受纳水体水环境构成严重威胁。 排水管道沉积物中污染物释放已经成为城市水体污染的重要因素。因此，排水 管道沉积物及其污染物特性的研究对维护城市水环境安全，改善城市水体环境 有着重要的意义，而排水管道沉积物的沉积状况是管道沉积物及其污染物研究 的基础。 2 1 排水管道内沉积物沉积状况调研 2 1 1 调研区域的选择 城市排水管道中沉积物的沉积状况以及其中污染物的特性与汇水面的特性 有着密切的联系，本课题在研究的过程中充分考虑这一特点，选取了北京城区 一个长约3 k r n ，宽约1 5 k m 的调研区域。调研区域南起展览路，北至北京展览 馆，东起平安里医院，西到花园桥( 见图2 1 ) 。此外，还对金融街排水管道沉 积物的沉积状况进行了调研。调研范围囊括老式居民区、新建小区、学校、商 业区等城市典型功能区，该区域内的排水管道系统属于分流制排水体制。由于 交通条件的限制，本研究只对位于步行道或者靠近步行道的排水管道进行了调 研，调研过程中记录排水管道中沉积物的沉积量( 厚度) 、管道尺寸、管材、管 道完好状况以及进入该管道汇水区域的环境状况。对于机动车道上的管道则通 过井盖上的孔隙进行观察。调研过程中，雨水管道都采取下井实测的方式进行； 对于污水管道则只能初步估计管径的大小，确定沉积是否存在，而对于管道中 沉积物的量( 沉积厚度) 无法测量。 北京建筑i 程学院钡j 学位论z 图2 - l 采样点位置及调研区域总图 注削中1 6 为采样点编号厦红点即为该采样点所在位置 2 1 2 调研点分布介绍 本次调研过程中选取了1 0 0 多个调研点，其中8 6 个有较为详细的记录，其 具体分布情况见图图2 - 2 至图2 - 5 。 在图2 2 调研范围内，1 、2 调研号调研点为旁边小区雨水汇入市政管网的 连接管道检查井。3 5 调研号调研点有较大水流流动，当打开井盖时，迅速向 外冒热气，而且带有很浓的气味，井深5 m 左右，为污水管道，管道有沉积物 存在，水向西流动。6 1 l 调研号调研点处在同根雨水管道管线上，主要汇集 百万庄西社区和车公庄大街雨水，随着汇水面积的增加，管道管径不断增大。 1 1 号调研点由于在马路中间的人行横道上，经常有汽车通过，故只能从井盖的 空隙中观察井下状况。此雨水管线除连接管中间存在少量积水外( 一般2 m 左 右长) ，无旱季流量存在，管道沉积物量较多，随管径的增加，沉积物的厚度迅 速增大。调研发现，当管径由8 0 0 m m 增加到1 0 0 0 r m n 时，管道沉积物的厚度由 1 6 0 m m 急剧增加到2 l o m m ，由此可见，排水管道管径影响沉积物的沉积。 此外，6 一i l 调研点所在管线有4 根支管，在8 月份两次降雨过程中调研发 现，在中到大雨的降雨条件下，支管中水流量不大，甚至没有径流。小区雨水 主要通过地面漫流的方式流到路面，然后再汇入管道系统。1 2 3 2 号调研点中 1 9 、2 1 、2 3 、2 4 为污水管，2 3 、2 4 号调研点所在管线汇入到1 9 、2 4 号调研点 点所在管线，管道内也有沉积物存在。其它点多为小区内雨水管道，管径为 2 0 0 m m 、3 0 0 m m 、5 0 0 m m 的较多。在百万庄西社区排水管道中，沉积物量较大。 三罩河路、首体南路沿线排水管道系统多位于机动车道，因此未能对其管道系 北京建筑工程学院砸l 学位论文 统内沉积物状况进行调研 3 3 0 54 3 1 掣大街， +z l 6 7 8 。；1 e 。i i 1 7 ：t 1 5 1 ：。，” 2 0 2 12 22 气 1 8 1 92 5 2 6 2 9 2 82 7 ， 阜外人街 幽2 - 2 百万庄( 两) 附近调研点 在图2 0 调研范围主要包含住宅小区和商业区。3 6 、3 9 号调研点在一根管 线上，3 7 、3 8 号管线在一根管线l 。两条管线分布在路面两侧，都有明显水流， 而且散发很浓的刺激性气味，管道内有沉积物沉积，两条管道可能有一条发生 错接，生活污水直接排入了雨水管道，水流方向向东。4 0 、4 1 、4 4 、4 5 号调研 点均位于小区内，3 3 - 3 5 、4 2 、4 6 号调研点在路面人行步道附近。3 3 、3 4 、4 6 号点在四川大厦附近，并且还有多家餐饮服务店面，属于典型的餐饮服务区。 在此调研区域内，路而雨水口直接连接污水井现象较为普遍。 i ! ! ! ! ! ! ! ! ! 二! ! 堡! 一 小区、写字楼区管理严格，未能全部调研。调研点主要分布在老式小区中，新 建小区只进入到西城区北罩9 号院中进行了调研。车公庄大街上排水管道均在 主路上，无法调研。调研点较为分散，没有形成对整条管线的调研。 罐 篝溽镬蹿 慈誊攀藩 豪鲤二 交辫 鞠 醺 黧辫 幽2 - 4 五栋人楼附近惆研点 在图2 ，5 的调研点中，7 2 7 4 在1 司一条雨水管线上，管遭埋深6 m 左右，有 微弱的旱季流量，散发气味，管道状况良好，管道底部有沉积现象- 7 6 、7 7 在 一条排水管线上，7 5 号点路边建筑雨水管出口。7 8 8 6 分布在金融街，7 8 8 1 号采样点在同一根州水管线上。 图2 - 5 建i 学院附近、平安睡院金融街附近橱研点 2 2 沉积物调研结果及分析 麟蕊 n 蛔 采 g 鲻 翟 餐 廷 划谋 龌啦 口u 察 魍 七 姜 每、 哑 驾 瀣 增黑 l 剞 引 留隧 g r 探 星 赵*o暑 餮 n j u 兴 m 蓦 o辋 趔 晋芷 螂 2 占g星 童 h 捌 她 溪熏 敬 穴 口 蠡量 墨 鼍 翻 口d 位 ， _ 测 媒 贬 藿 螺 划 苗 1 御 彗量 啦。- 舡 托 辐穴匿 妥毒 ￥翘 巡 督鲻删 扭 窿2匿麓 划 栏 划泵 n 辎 1 x 1 i x l ：智 窿 1 卜 测 舡 餐熙 蹭熙熙 寒赠熙熙熙熙熙熙 恕 鬻 恕 黎 扭 苌 苌长苌* *长* *繁*妥*长 o o 蝇售 ooooooo o oo o o o o o o oooooo _oo o o o o o 扭喜 nno onn n 苫 on nmn n n - 一 - _ o o o 瑙 m 葛 忙 嘣吲m 荨餐 器器籍赵基衽 题 器 挺 题 蝥 詈墨蛋霉辫辫辫辫搿搿辫 灏 髯 搿 澍 o 一s 名 o on n o” ooi no 寸 陋 。_ i n 岫n 娶删耋 o o p 、 忙陋忙ni n o nn 、 n 蜉 on - _ *妥苌 翳 区 恒蛉贮 1 n恒 气- = 凶 - = 鄹 * ， 汝餐餐餐整 谊凶 渲凶商凶 谴凶 凶凶 凶凶 ，扑 嬉 - = ： 螯瀣 - = = 气- 泖 气： 气 瞎栏 上： 留瀣 妻莲伞 nn寸 v 、 卜0 0岔 on n寸v 婚 hd_ 叫 一 ，_ 一- _ 账婚窿器s娶蜉翼敬*卷 焉僻 议秘逍扑书器迟扑醛h添裂谣菩 堪 蚓 她皤 靼 槲 s 骥 蚓 齄袋 划 扭她星 餐 姜辎。划 娶 也王 划阃 口 撼 蜉 三j 捌 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oooo o o o o o o oon oo o o o n- nn n、 寸 n n ni ，、nn n寸nf 、n n寸nhn - 一 寸 噼 噼脚 吲m 蓦 噼 脚 离瞬 m 怅 限伥 噼噼脚 霹 脚 挺 拦题蛋 蜜 m 舅噼 限 怅 噼 噼 r 蠖 勰 噼 啪廊 蜜 啪噼 研 暴长 脚 挺 m 题 i no n i n o oooooi n no on o o忙 n、 n” 寸、- 一 o n ，一 o n hi n - 一mn口n 一 _ 凶 控 匿 郯 旧凶 旧凶凶凶 陶 恒 壤臻 ， 瓷 瓷 凶区 凶 苌 圜 皿恒长 ， 蚊 辎 辎汝烬 凶 匣， 酱 0- = - - = - 区 区刁 气_ = -气 瑙 可 汝- = - 案 - 一nm 荨 l n口 卜岔o _n m寸 ” 口卜 0 0昏 o，一 n n寸 寸寸寸寸寸寸寸寸 i nnl nnl ni ni nt ，、nl n口o 仪袋逍扑=匿篮扑醛上瀑钡餐暑 。脉长状求熙葵恻她二。燃 霹 删 二 妊 箍 廿 妥翻 窿 蚓 _ 捌 莲耀 媾七 褂 二 熙 熙 熙 熙 赠恕 熙 恕 赠 寒 恕 熙寒寒熙恕寒 赠寒 熙 寒 恕 妥 苌 妥*- 簧*妥*妥*- 苗*苌妥 苌妥长 * 吕g o o o o o o o o ooot q noo o ooo o o o o o o o o o oo oooo o o o ooo o o t qn n n n n n i nl ni n 、 乜叼 n n寸 l nv 寸寸i ，、 i n - - _ 。_ - 。_h 噼 蕊 噼 m 蓦 脚噼 廊 m 算吲嚼 噼 勰 噼 噼 噼 伪 脚 脚噼 噼噼 噼 噼 噼 蕊赛 蕊 噻 臻脚俑 番器 器 幕嚣 器 吝罄 蓉 巷 挺 挺 长 餐 i ni no n o n o忙 忙忙 oo o o ooi n t no oo oo o t g ) - _t q 一寸、一nt q - _ _ nt q 一t q o o _ 扭扭 她 郢 媒 蝶 妪妪 耀 妪 妪 凶 凶 暄 谴 匾凶 旧 h - h -* 匈 她 批 埏 暄 嚏 喧 摇罐 蘧 摇 蓬 0刁 酱 鲻汝 苌妥 善 素 妥 荽蛰 瀣 酱 娟矧 矧 矧 删 蚊 贮 烬 窿窿 - n卜o o岔 o- _nm寸 l n卜o oo一t qn寸n i t - -t -卜卜e -卜卜卜卜卜o oo 。o oo oo oo oo 。 钗袋逍扑书匿堡扑舌!h蒜裂谣菩 北京建筑工程学院硕士学位论文 i ：严重堵塞( 沉积物的厚度超过管径的5 0 ) ：i i ：堵塞( 沉积物的厚度超过管径的2 5 0 ) ； i ：严重腐蚀；有腐蚀现象；v ：良好，有少量积物存在( 不超过2 0 ) ，无腐蚀现象； v i ：极好，沉积物极少( 3 ) 甚至没有，无腐蚀现象存在。 2 、表中路面指的是城市主干道路面不包含小区路面，商指的是商业服务区( 包含餐饮和商 场等) 。 2 2 1 沉积物沉积状况 此次调研的8 6 个调研点中有1 8 位于在污水管道管线中，6 8 个点在雨水管线 中。由于污水管道管径、沉积物厚度等调研参数获取极为困难，因此，以下主要 对雨水管道沉积物沉积状况进行分析。 通过此次调研发现，绝大多数管道中存在沉积物沉积现象，如图2 - 6 所示， 管道中有沉积物( 沉积物厚度与管道直径比例值在3 - 2 0 之间) 的占5 4 4 1 ， 堵塞占2 0 5 9 ，严重堵塞2 9 4 ，仅有2 2 的管道内沉积物的量极少，将近一 半的管道中沉积物厚度占管道直径比例超过1 0 ，沉积物的量超过3 0 的多为 排水管道的拐点。从图2 7 可以看出，排水管道沉积物的量少于1 0 时，排水管 道的数量随沉积物的量的增加而增加，当排水管道内沉积物量超过1 0 时，排水 管道的数量随沉积物的量的增加而减小。排水管道内沉积物的量与排水管道沉积 物的数量形成这种关系的原因主要有以下几方面： 首先，排水管道内沉积物的量的变化引起管道内水流阻力的变化，随着沉积 物的量的增加，管道内的水流阻力增大，水流速度降低，在同样条件的降雨事件 中，假设面源进入排水管道中固体颗粒物质的粒径分布、重度等条件没有发生变 化，水流速度的减慢使得管内水流更趋近于层流，水流的扰动性降低，悬浮的颗 粒物更加容易沉降到排水管道底部，在小降雨事件中，排水管道内自身流量不大， 从而致使这种情况更加容易发生。因此，当排水管道中有沉积物存在后，排水管 道内沉积物的量会不断的增加。 其次，降雨径流冲刷作用的影响。雨水径流的冲刷作使得地表的颗粒物质随 雨水径流汇入到排水管道中，在流体阻力和自身重力的作用下，雨水径流中部分 悬浮颗粒物沉积到排水管道中，与此同时，径流的冲刷作用使得沉积物重新释放， 随径流雨水流失。在大降雨事件中，排水管道内水流量大，流速快，水流的扰动 作用强，从而使得排水管道沉积物的释放速度大于悬浮径流中悬浮颗粒物的沉降 速度，管道内沉积物的总量减少。随着降雨强度的减小，水流量逐步减小，逐步 北京建筑t 程学r 学位论空 转化为沉积物沉降速度大于释放速度，排水管道内沉积物的量增加。总的来说 大降雨事件会使得沉积物的量减少。 e 一h 枷 刚2 - 6 排水管道状况 酗2 7 水同沉积量排水管道所占比例 # ：优积物的量足指沉积物的厚崖占管道直径的l 匕例单位 2 2 2 沉积物沉积影响因素分析 排水管道沉积物的沉积状况与排水管道的管径、管材、坡度以及汇水区域环 境等有着密切的联系。在此次调研的范围内包括居民区、商业区、学校等典型城 市功能区域，调研排水管道的管径从2 0 0 1 2 0 0 m m ，管材主要是钢筋混凝土和铸 铁管。 2 2 2 1 汇水区域特性的影响 从表2 2 可以看出，在不同的汇水区域内，排水管道中沉积物的量明显不同； 老式小区 商业 路面 校园 新建小匡，写字楼金融区。从总体上说，老式小区内 排水管道系统相对陈旧，维护少，雨水口沉积大量的颗粒物质，对生活垃圾的管 理设施也较其它区域落后，不仅如此，在老式小区内，路面等基础设施需要经常 维护和翻修，从而也增加了进入排水管道颗粒物的总量。此外，在部分小区内存 在卖水果早餐等商业店面，这些店面在经营的过程中由于对垃城的管理不当也会 增加进入排水管道中颗粒物的总量。商业区特别是以餐饮、服装为主的商业区人 流量极大，产生的垃圾总量大，而且极难进行规范管理，因此在这些区域的排水 管道中沉积物的量也明显高于其它区域。然而对于以纯粹收集路面雨水为主的排 水管道来说，路面清扫大大减小了路面固体颗粒物总量，进入排水管道中的颗粒 物质减少，管道中沉积物的量也减少。校园、新建小区、写字楼金融街的基础 卫生设施好，对垃圾管理恰当，刚此在这些区域排水管道中沉积物的量相对较少。 北京建筑工程学院硕：卜学位论文 表2 2 不同区域雨水管道中沉积物的量 汇水区域 旧小区 商路面校园新建小区写字楼金融街 沉积物的量 1 7 5 81 2 8 67 4 96 8 532 4 7 2 2 2 2 排水管道管径的影响 为了明确排水管道直径对沉积物沉积状况的影响，在此次调研的过程中，选 取同一区域不同管径的排水管道，对其中沉积物的沉积状况进行调研。调研结果 如表2 3 所示。 表2 3 不同直径雨水管道中沉积物的( 厚度) 从表2 3 可以看出，随排水管道管径的增加，管道内沉积物的厚度不断增大， 管径由3 0 0 m m 增大到1 2 0 0 m m 时，管道内沉积物的厚度由3 0 m m 急剧增加到 2 4 5 m m ，由此可见排水管道的直径影响沉积物的沉积。排水管道直径的大小影响 管内水流速度，当流量、管道坡度一定时，管道直径越小，水流与管道接触面积 越小，从而流体阻力越小，水流速度越大，扰动性强，水流中悬浮的颗粒物质难 以沉降；反之，在管径越大，水流速度小，扰动性小，水流中悬浮的颗粒物质越 容易沉积到管道底部。 3 2 2 3 排水管道材质的影响 排水管道材料影响管道内表面的粗糙程度，进而影响到管道内流体流动阻 力。内表面越粗糙，流体流动阻力越大，当流量、管径一定时水流速度越慢，水 流的