地震對(duì)供水系統(tǒng)的破壞及對(duì)策分析

地震對(duì)供水系統(tǒng)的破壞及對(duì)策分析
文/曹秀芹 張楠
（北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100044）

一、前言
眾所周知，地震是嚴(yán)重威脅人類生存和發(fā)展的自然災(zāi)害，雖然世界各國(guó)多年來(lái)一直對(duì)其潛心研究，但地震預(yù)報(bào)仍是當(dāng)今世界的頂級(jí)難題。繼唐山大地震之后，我國(guó)近幾年又在汶川、榆樹、雅安等地發(fā)生震級(jí)較高、危害嚴(yán)重的地震。在較高的地震等級(jí)下，供水系統(tǒng)會(huì)遭到破壞，造成供水中斷。在汶川地震中，通過(guò)對(duì)廣元市調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全市地震造成了幾十處管網(wǎng)的爆裂，管網(wǎng)的漏損率達(dá)到90%，整個(gè)供水管網(wǎng)系統(tǒng)基本陷入癱瘓狀態(tài)[ ]。水是生命之源，是構(gòu)成人體的主要成份，在人體新陳代謝中，三天不喝水則可能死亡。因此，災(zāi)后如何保證及時(shí)供水和供水的安全可靠性是保證城鎮(zhèn)功能正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。
另外，地震導(dǎo)致的動(dòng)植物死亡、污廢水泄漏、災(zāi)后疫情、山體滑坡等次生災(zāi)害都會(huì)對(duì)災(zāi)后供水水源造成嚴(yán)重污染[ ]。同時(shí)，震后給水管網(wǎng)和水源受到嚴(yán)重破壞和污染，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)安全可靠地供水，也是導(dǎo)致震后疫情多發(fā)的主要原因。因此，保證供應(yīng)安全衛(wèi)生的生活飲用水是防止災(zāi)區(qū)人群腸道疾病等傳染病爆發(fā)的關(guān)鍵，同時(shí)也是震后災(zāi)區(qū)應(yīng)急保障的重要任務(wù)之一。

二、地震造成的供水危害分析
地震造成的供水危害主要體現(xiàn)在對(duì)水源、供水管道和水廠正常運(yùn)行的破壞等幾個(gè)方面。本文分別從供水管道、水源、水
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地震中供水管道震害數(shù)據(jù)提出如下管道震害率公式[5]：
地震波動(dòng)引起的管道震害率：
(7)
地面變形引起的管道震害率：
(8)
式中： ——管道震害率； ——地震動(dòng)峰值速度，cm/s；
K1、K2——調(diào)整系數(shù)； ——地震動(dòng)峰值位移，cm。
震害評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)方法與理論評(píng)估方法各有利弊。理論評(píng)估法是利用力學(xué)模型得出地震震動(dòng)與地下管道反應(yīng)參數(shù)的關(guān)系，通過(guò)某一參數(shù)來(lái)判別管道的震害程度。楊超等人[6]曾分析以上日本與美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)公式并將其與理論公式對(duì)比，認(rèn)為基于PGA（地震峰值加速度）的經(jīng)驗(yàn)法在實(shí)踐中適用性較強(qiáng)。因此，應(yīng)準(zhǔn)確確定不同管材、管網(wǎng)、管段的震害率，設(shè)計(jì)震害率較低的管網(wǎng)，從而增強(qiáng)管網(wǎng)抗震性能。
(2)管網(wǎng)抗震優(yōu)化
對(duì)地震多發(fā)地區(qū)的供水管線進(jìn)行抗震分析，優(yōu)化供水管網(wǎng)，提高供水可靠性，加強(qiáng)抗震防災(zāi)規(guī)劃。周曉帆等[7]采用正弦波動(dòng)輸人的簡(jiǎn)化算法和蒙特卡洛法，對(duì)福建省寧德市區(qū)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，為寧德市抗震防災(zāi)`規(guī)劃編制提供了依據(jù)。柳春光等人[8]以給水管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)_水壓和單元抗震可靠度為參數(shù)進(jìn)行研究。在給水管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震加固策略的基礎(chǔ)上，將管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震加固優(yōu)化數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為離散優(yōu)化模型，提出了給水管網(wǎng)抗震優(yōu)化加固的具體方法步驟。
(3)鋪設(shè)抗震管道
日本是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，根據(jù)日本內(nèi)閣政府的資料顯示，目前6.8級(jí)以上的大地震已發(fā)生20多次，在應(yīng)對(duì)地震方面有著比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。2009年筱雪等人[9 ]研究日本最新應(yīng)急管理顯示，日本已將危機(jī)管理的發(fā)展周期理論、組織理論、決策理論應(yīng)用到防災(zāi)和緊急事務(wù)中。相關(guān)新聞報(bào)道，日本橫濱市將城市的消防管道設(shè)計(jì)成抗震管道，采用可靠性更強(qiáng)的鋼管。對(duì)于管道連接采用橡膠圈的軟連接方式，在發(fā)生地震時(shí)，可以保證其基本完好。并將設(shè)置在城市的各個(gè)角落的消火栓作為應(yīng)急供水點(diǎn)，以保證居民的應(yīng)急供水。
在管道敷設(shè)時(shí)做好抗震預(yù)防措施，對(duì)于應(yīng)對(duì)地震之后的應(yīng)急供水有著重要的作用。目前，提高管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震能力主要有以下幾個(gè)方面[1]：
①避免在可能出現(xiàn)沉降的地方布置管網(wǎng)，采用柔性接口，抗震管材；
②夯實(shí)基礎(chǔ)，必要時(shí)采用混凝土回填，防止不均勻沉降給接頭造成傷害；
③對(duì)地震多發(fā)的地區(qū)的供水系統(tǒng)進(jìn)行抗震分析，優(yōu)化供水管網(wǎng)，降低震害率；
④在主要的避震疏散場(chǎng)所建立儲(chǔ)水設(shè)備；
⑤通過(guò)日常維修和改造提高個(gè)別薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力，對(duì)于中等破壞程度以上的管段應(yīng)制定專項(xiàng)抗震加固計(jì)劃；
⑥加強(qiáng)管網(wǎng)漏損預(yù)防管理。
鐘離錦等人[10]就日本東京供水管網(wǎng)漏損預(yù)防管理分析提出，東京對(duì)于管網(wǎng)漏損與預(yù)防應(yīng)把握以下四點(diǎn)：
①在準(zhǔn)確掌握管網(wǎng)性質(zhì)的相關(guān)信息、確定漏損位置及原因的基礎(chǔ)上采用正確方法及時(shí)解決漏損問(wèn)題；
②注重管網(wǎng)維護(hù)更新；
③不斷發(fā)展漏損的控制及其預(yù)防技術(shù)；
④提高人力資源管理和工作技能的提高。
這些預(yù)防和應(yīng)急管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)供水管網(wǎng)抗震和管網(wǎng)漏損的控制也具有重要的借鑒意義。

三、對(duì)水源的危害分析
地震災(zāi)害發(fā)生后，由于人員和動(dòng)植物的死亡以及山體滑坡、工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施毀壞等次生災(zāi)害的影響，地表水源和地下水源也會(huì)受到嚴(yán)重污染。分析地震對(duì)不同水源造成的污染情況及其污染來(lái)源，做好水源保護(hù)工作，不僅有利于災(zāi)后應(yīng)急供水方案的研究和實(shí)行的高效性，對(duì)于抗災(zāi)供水水源方案的選擇也有指導(dǎo)性意義。
1、加強(qiáng)震后水源分析，合理選擇抗震水源
姜立暉等人[11]提出對(duì)水源污染風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別應(yīng)從點(diǎn)源污染、面源污染、移動(dòng)源污然三個(gè)角度展開調(diào)查分析的研究方法。就其分析顯示，地震對(duì)于水質(zhì)的污染情況主要表現(xiàn)為氨氮濃度的增加以及細(xì)菌和大腸桿菌數(shù)量的升高。李波等人[12]對(duì)“5•12“地震后四川廣元市水源進(jìn)行應(yīng)急檢測(cè)顯示，災(zāi)后各種水源不達(dá)標(biāo)指標(biāo)主要表現(xiàn)在余氯、細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群上，其污染源主要是微生物。另外，地震對(duì)供水設(shè)施的毀壞及各種應(yīng)急水源啟用使得渾濁度指標(biāo)較高。但對(duì)于災(zāi)后江河湖泊等生態(tài)水源，由于其水量較大，且存在自身的動(dòng)態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，受到的影響程度相對(duì)較低。趙慶緒等人[13]在汶川地震后基于灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)岷江上游水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，地震對(duì)于岷江水質(zhì)影響不大。其主要原因，一方面是由于岷江水源天然來(lái)源較大，流速較快，具有較強(qiáng)的凈化能力；另一方面是由于震后各種保護(hù)措施的采用有效控制了岷江水源的污染。
多角度分析震后水污染狀況，查找污染來(lái)源，對(duì)于震前水源污染預(yù)防措施的選擇具有重要的意義。另外，水源污染調(diào)查與研究數(shù)據(jù)的積累，我們可以通過(guò)選擇較安全的水源來(lái)避免地震對(duì)供水水源的影響。對(duì)于地震多發(fā)地區(qū)，給水廠選擇水源時(shí)應(yīng)盡量選擇水量大、流速快、水質(zhì)穩(wěn)定且受地震影響較小的高質(zhì)量水源。
2、制定應(yīng)急處理預(yù)案
為了保證震后供水系統(tǒng)能夠盡快恢復(fù)，應(yīng)該有一套完整的應(yīng)對(duì)地震的應(yīng)急 ……（未完，全文共7429字，當(dāng)前僅顯示2609字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《地震對(duì)供水系統(tǒng)的破壞及對(duì)策分析》）