地震對供水系統(tǒng)的破壞及對策分析

地震對供水系統(tǒng)的破壞及對策分析
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實驗室 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，雖然世界各國多年來一直對其潛心研究，但地震預(yù)報仍是當(dāng)今世界的頂級難題。繼唐山大地震之后，我國近幾年又在汶川、榆樹、雅安等地發(fā)生震級較高、危害嚴(yán)重的地震。在較高的地震等級下，供水系統(tǒng)會遭到破壞，造成供水中斷。在汶川地震中，通過對廣元市調(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)后如何保證及時供水和供水的安全可靠性是保證城鎮(zhèn)功能正常運行的重要環(huán)節(jié)。
另外，地震導(dǎo)致的動植物死亡、污廢水泄漏、災(zāi)后疫情、山體滑坡等次生災(zāi)害都會對災(zāi)后供水水源造成嚴(yán)重污染[ ]。同時，震后給水管網(wǎng)和水源受到嚴(yán)重破壞和污染，短時間內(nèi)無法實現(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)在對水源、供水管道和水廠正常運行的破壞等幾個方面。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； ——地震動峰值速度，cm/s；
K1、K2——調(diào)整系數(shù)； ——地震動峰值位移，cm。
震害評估的經(jīng)驗方法與理論評估方法各有利弊。理論評估法是利用力學(xué)模型得出地震震動與地下管道反應(yīng)參數(shù)的關(guān)系，通過某一參數(shù)來判別管道的震害程度。楊超等人[6]曾分析以上日本與美國的經(jīng)驗公式并將其與理論公式對比，認(rèn)為基于PGA（地震峰值加速度）的經(jīng)驗法在實踐中適用性較強(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]采用正弦波動輸人的簡化算法和蒙特卡洛法，對福建省寧德市區(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)點的動態(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
日本是一個地震多發(fā)的國家，根據(jù)日本內(nèi)閣政府的資料顯示，目前6.8級以上的大地震已發(fā)生20多次，在應(yīng)對地震方面有著比較成熟的經(jīng)驗。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)新聞報道，日本橫濱市將城市的消防管道設(shè)計成抗震管道，采用可靠性更強(qiáng)的鋼管。對于管道連接采用橡膠圈的軟連接方式，在發(fā)生地震時，可以保證其基本完好。并將設(shè)置在城市的各個角落的消火栓作為應(yīng)急供水點，以保證居民的應(yīng)急供水。
在管道敷設(shè)時做好抗震預(yù)防措施，對于應(yīng)對地震之后的應(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夯實基礎(chǔ)，必要時采用混凝土回填，防止不均勻沉降給接頭造成傷害；
③對地震多發(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所建立儲水設(shè)備；
⑤通過日常維修和改造提高個別薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力，對于中等破壞程度以上的管段應(yīng)制定專項抗震加固計劃；
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，東京對于管網(wǎng)漏損與預(yù)防應(yīng)把握以下四點：
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解決漏損問題；
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)驗對我國供水管網(wǎng)抗震和管網(wǎng)漏損的控制也具有重要的借鑒意義。

三、對水源的危害分析
地震災(zāi)害發(fā)生后，由于人員和動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受到嚴(yán)重污染。分析地震對不同水源造成的污染情況及其污染來源，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行的高效性，對于抗災(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]提出對水源污染風(fēng)險識別應(yīng)從點源污染、面源污染、移動源污然三個角度展開調(diào)查分析的研究方法。就其分析顯示，地震對于水質(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“5•12“地震后四川廣元市水源進(jìn)行應(yīng)急檢測顯示，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，且存在自身的動態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，受到的影響程度相對較低。趙慶緒等人[13]在汶川地震后基于灰色關(guān)聯(lián)分析法對岷江上游水質(zhì)進(jìn)行綜合評價發(fā)現(xiàn)，地震對于岷江水質(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，查找污染來源，對于震前水源污染預(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，我們可以通過選擇較安全的水源來避免地震對供水水源的影響。對于地震多發(fā)地區(qū)，給水廠選擇水源時應(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)對地震的應(yīng)急 ……（未完，全文共7429字，當(dāng)前僅顯示2609字，請閱讀下面提示信息。收藏《地震對供水系統(tǒng)的破壞及對策分析》）