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，地震是嚴重威脅人類生存和發(fā)展的自然災害，雖然世界各國多年來一直對其潛心研究，但地震預報仍是當今世界的頂級難題。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，地震導致的動植物死亡、污廢水泄漏、災后疫情、山體滑坡等次生災害都會對災后供水水源造成嚴重污染[ ]。同時，震后給水管網(wǎng)和水源受到嚴重破壞和污染，短時間內無法實現(xiàn)安全可靠地供水，也是導致震后疫情多發(fā)的主要原因。因此，保證供應安全衛(wèi)生的生活飲用水是防止災區(qū)人群腸道疾病等傳染病爆發(fā)的關鍵，同時也是震后災區(qū)應急保障的重要任務之一。

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模型得出地震震動與地下管道反應參數(shù)的關系，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。因此，應準確確定不同管材、管網(wǎng)、管段的震害率，設計震害率較低的管網(wǎng)，從而增強管網(wǎng)抗震性能。
(2)管網(wǎng)抗震優(yōu)化
對地震多發(fā)地區(qū)的供水管線進行抗震分析，優(yōu)化供水管網(wǎng)，提高供水可靠性，加強抗震防災規(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)進行可靠性分析，為寧德市抗震防災`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)進行研究。在給水管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震加固策略的基礎上，將管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震加固優(yōu)化數(shù)學模型轉化為離散優(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)鋪設抗震管道
日本是一個地震多發(fā)的國家，根據(jù)日本內閣政府的資料顯示，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 ]研究日本最新應急管理顯示，日本已將危機管理的發(fā)展周期理論、組織理論、決策理論應用到防災和緊急事務中。相關新聞報道，日本橫濱市將城市的消防管道設計成抗震管道，采用可靠性更強的鋼管。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。并將設置在城市的各個角落的消火栓作為應急供水點，以保證居民的應急供水。
在管道敷設時做好抗震預防措施，對于應對地震之后的應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，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制定專項抗震加固計劃；
⑥加強管網(wǎng)漏損預防管理。
鐘離錦等人[10]就日本東京供水管網(wǎng)漏損預防管理分析提出，東京對于管網(wǎng)漏損與預防應把握以下四點：
①在準確掌握管網(wǎng)性質的相關信息、確定漏損位置及原因的基礎上采用正確方法及時解決漏損問題；
②注重管網(wǎng)維護更新；
③不斷發(fā)展漏損的控制及其預防技術；
④提高人力資源管理和工作技能的提高。
這些預防和應急管理經(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)生產設施毀壞等次生災害的影響，地表水源和地下水源也會受到嚴重污染。分析地震對不同水源造成的污染情況及其污染來源，做好水源保護工作，不僅有利于災后應急供水方案的研究和實行的高效性，對于抗災供水水源方案的選擇也有指導性意義。
1、加強震后水源分析，合理選擇抗震水源
姜立暉等人[11]提出對水源污染風險識別應從點源污染、面源污染、移動源污然三個角度展開調查分析的研究方法。就其分析顯示，地震對于水質的污染情況主要表現(xiàn)為氨氮濃度的增加以及細菌和大腸桿菌數(shù)量的升高。李波等人[12]對“5•12“地震后四川廣元市水源進行應急檢測顯示，災后各種水源不達標指標主要表現(xiàn)在余氯、細菌總數(shù)和總大腸菌群上，其污染源主要是微生物。另外，地震對供水設施的毀壞及各種應急水源啟用使得渾濁度指標較高。但對于災后江河湖泊等生態(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聯(lián)分析法對岷江上游水質進行綜合評價發(fā)現(xiàn)，地震對于岷江水質影響不大。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，具有較強的凈化能力；另一方面是由于震后各種保護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防措施的選擇具有重要的意義。另外，水源污染調查與研究數(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盡量選擇水量大、流速快、水質穩(wěn)定且受地震影響較小的高質量水源。
2、制定應急處理預案
為了保證震后供水系統(tǒng)能夠盡快恢復，應該有一套完整的應對地震的應急 ……（未完，全文共7429字，當前僅顯示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》）