研究供水管網(wǎng)水體中生物指標、化學(xué)指標的變化規律，統計物理指標、化學(xué)指標與生物指標變化的相關(guān)性；研究確定表征管網(wǎng)水質(zhì)與運行安全的關(guān)鍵指標與綜合指標，以及管網(wǎng)補充消毒、管道沖洗、修復等調控措施的啟動(dòng)條件。

基于管網(wǎng)水質(zhì)分析和運行診斷評估結果，結和現場(chǎng)條件，研究制定分級調控方案：對于輕度腐蝕結垢、水齡長(cháng)、水質(zhì)異常的管道，開(kāi)展管網(wǎng)沖洗；對于腐蝕結垢嚴重、漏損、受損程度高的管道，開(kāi)展非開(kāi)挖修復；對超役、重度腐蝕或嚴重老化、破損的管道采取更新改造措施；對于余氯(總氯)無(wú)法達到控制目標的區域開(kāi)展管網(wǎng)補充加氯消毒。

03 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)內涵

以物理指標、化學(xué)指標、生物指標的變化為表征，分析管網(wǎng)水質(zhì)與生物安全性；根據水質(zhì)特點(diǎn)和管網(wǎng)特征，科學(xué)選用消毒、清洗、非開(kāi)挖修復技術(shù)提升管網(wǎng)水質(zhì)，集成供水管網(wǎng)水質(zhì)調控技術(shù)，保障供水管網(wǎng)運行安全。

3.2 技術(shù)工藝

3.2.1 管網(wǎng)診斷評估技術(shù)

傳統管網(wǎng)檢測主要利用聲學(xué)原理，需要依靠技術(shù)人員的工作經(jīng)驗，主要針對管道漏損檢測，具有一定的局限性。目前，上海市多采用基于視頻和聲學(xué)的、無(wú)損的狀態(tài)評估檢測技術(shù)，用于日常管道狀態(tài)的診斷評估與漏點(diǎn)定位，客觀(guān)反映管道內部狀況。通過(guò)管道內窺檢測，得到管道受損面積占比和異常點(diǎn)數量，并結合其受損程度，綜合評估管道受損狀態(tài)，如表1和圖1所示。

上述管網(wǎng)檢測評估技術(shù)適用于中大口徑管道(≥DN300)，可在不影響管網(wǎng)正常供水運營(yíng)的狀態(tài)下對管道內部的多種狀態(tài)進(jìn)行檢測。對于小口徑管道(<DN300)，尤其是居民小區街坊管道，需停水操作，通過(guò)閉路電視檢查管道功能和結構缺陷。管網(wǎng)診斷評估結果結合管網(wǎng)水質(zhì)特征，為管網(wǎng)清洗、修復和更新改造提供科學(xué)依據。

3.2.2 管網(wǎng)清洗技術(shù)

目前，國內外普遍采用物理清洗技術(shù)，主要包括單向沖洗法、高壓射流法、機械刮管法、氣壓脈沖清洗法和碎冰清管法等(表2)。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮管徑、管內流速、工程措施、排水要求等因素，科學(xué)選用管網(wǎng)清洗技術(shù)。

1)啟動(dòng)條件

通過(guò)供水管網(wǎng)水質(zhì)物理指標、化學(xué)指標與生物指標變化的相關(guān)性分析，篩選出渾濁度、余氯(總氯)、亞硝酸鹽、異養菌平板計數(HPC)、總鐵等關(guān)鍵指示參數，結合管網(wǎng)診斷評估結果，有條件的地區還可以模型模擬情況作為管網(wǎng)清洗措施的依據。除新建管網(wǎng)或管網(wǎng)維修后在并網(wǎng)前需按照相關(guān)標準進(jìn)行管網(wǎng)沖洗消毒外，若出現下列情況可以考慮進(jìn)行管網(wǎng)沖洗。

(1)管網(wǎng)水質(zhì)特征

a.渾濁度偏高、余氯偏低的區域，尤其是經(jīng)管網(wǎng)補氯后，末梢余氯仍低于0.1 mg/L；

b.HPC、總鐵指標異常(Z-score標準化值均>1.8)的點(diǎn)或區域；

c.出現亞硝酸鹽積累現象(高于0.075 mg/L)，水質(zhì)穩定性較差的點(diǎn)或區域；

d.其他管網(wǎng)薄弱環(huán)節(管網(wǎng)末梢、“黃水”現象等)。

(2)管網(wǎng)檢測診斷

通過(guò)管道檢測診斷，評估管道運行狀況，作為工程措施依據，對存在輕度腐蝕結垢或受損系數較低的管道進(jìn)行沖洗。

(3)管網(wǎng)模型模擬

有條件的區域，可根據模型模擬情況，重點(diǎn)關(guān)注流速較低、水齡較長(cháng)、余氯較低的管道。

2)工藝參數

目前，城市供水管網(wǎng)清洗普遍采用水力沖洗方式，主要包括單相沖洗法和氣水脈沖方法，工藝參數如下。

(1)單相沖洗法

a.沖洗水量可按沖洗管段容積的10～15倍進(jìn)行測算；

b.水流流速不小于1.2 m/s。

(2)氣水脈沖法

a.沖洗水量可按沖洗管段容積的4～6倍進(jìn)行測算；

b.進(jìn)氣管末端壓力應大于沖洗管道水壓，壓差應大于0.03 MPa；

c.入口水壓為0.25～0.40 MPa，入口氣壓為0.40～0.65 MPa；

d.進(jìn)氣時(shí)間為5～20 s，停氣時(shí)間為10～30 s；

e.參數可根據沖洗效果適當調整。

3.2.3 管網(wǎng)多級消毒技術(shù)

近年來(lái)，上海在開(kāi)展降低管網(wǎng)余氯，改善余氯帶來(lái)的口感問(wèn)題，2018年管網(wǎng)平均余氯為0.85 mg/L，2019年起每年管網(wǎng)余氯降至0.05 mg/L，至2021年上海管網(wǎng)平均余氯降至0.70 mg/L，由此余氯帶來(lái)的口感問(wèn)題可以基本解決。

為改善消毒效果，保障管網(wǎng)水質(zhì)，采用水廠(chǎng)-泵站兩級消毒方案，在確保微生物指標合格的情況下，合理選擇消毒工藝，降低出廠(chǎng)水余氯，嚴格控制消毒副產(chǎn)物，精準確加氯，采用管網(wǎng)補氯措施，針對局部區域管網(wǎng)余氯(總氯)無(wú)法滿(mǎn)足控制目標的情況，在管網(wǎng)增壓泵站和水庫泵站環(huán)節進(jìn)行補氯措施，平穩管網(wǎng)余氯，改善余氯帶來(lái)的口感等問(wèn)題，保障末端水質(zhì)穩定達標。

1)控制條件

對泵站加氯量的控制，宜根據不同季節、不同水源合理制定出站水余氯控制指標(表3)。同時(shí)，總氯控制指標還應根據供水管網(wǎng)輸配距離、余氯衰減情況、管網(wǎng)末梢微生物指標檢測結果等，結合進(jìn)站氨氮進(jìn)行合理調整，實(shí)現精細管理、精準加氯。

對于以化合氯出廠(chǎng)的水廠(chǎng)，其范圍內的泵站應定期手動(dòng)或在線(xiàn)監測進(jìn)站水氨氮，當總氯不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應采取補氨措施，補氨后，氨氮一般不超過(guò)0.25 mg/L。另外，針對游離氯消毒水廠(chǎng)，在滿(mǎn)足加氯控制目標時(shí)，還應注意消毒副產(chǎn)物的生成情況，合理調整加氯量，嚴格控制消毒副產(chǎn)物。

2)工藝要求

(1)加注點(diǎn)設置和投加方式

水庫泵站的加注點(diǎn)應設置在水庫泵前，增壓泵站的加注點(diǎn)應設置在泵前管道上。為保障投加效果，加注管需要保證一定的入水深度，防止藥劑外溢造成浪費和污染。

次氯酸鈉溶液可直接原液投加，也可根據實(shí)際情況稀釋后投加。通過(guò)調節加注泵的沖程或頻率控制投加比例和投加量，并根據實(shí)際情況及時(shí)調節加注量。

(2)控制模式

加氯系統控制模式：就地控制、遠程手動(dòng)控制、遠程自動(dòng)控制?？刂萍墑e由高到低：就地、遠程手動(dòng)、遠程自動(dòng)。

隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)人值守成為未來(lái)泵站的管理模式，補充加氯工藝向自動(dòng)控制方向發(fā)展。操作人員通過(guò)設置關(guān)鍵運行參數或發(fā)出控制指令，結合在線(xiàn)監測數據，系統根據聯(lián)動(dòng)步驟進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制，實(shí)現自動(dòng)加注和遠程監控(圖2)。自動(dòng)控制時(shí)可按流量比例或余氯反饋自動(dòng)投加次氯酸鈉。

3)保障措施

泵站補充加氯期間還應實(shí)時(shí)關(guān)注泵站進(jìn)、出水以及加氯后的水質(zhì)情況，及時(shí)調節藥劑投加量，并定期檢測次氯酸鈉有效氯含量，確保補充加氯效果。

同時(shí)，還需重點(diǎn)關(guān)注管網(wǎng)末梢的水質(zhì)情況。對管網(wǎng)末梢余氯偏低的區域(≤0.1 mg/L)，或存在亞硝酸鹽氮積累現象(>0.075 mg/L)的點(diǎn)或區域，應協(xié)同管網(wǎng)沖洗，穩定和提升管網(wǎng)水質(zhì)。

3.2.4 管網(wǎng)非開(kāi)挖修復技術(shù)

通過(guò)對管道運行狀況開(kāi)展診斷評估，針對嚴重老化或受損系數高的管道進(jìn)行修復措施，尤其是交通繁忙、不易開(kāi)挖修復的管道應采取非開(kāi)挖修復技術(shù)，對管道進(jìn)行整體或局部修復。該技術(shù)是將PE內襯、薄壁不銹鋼內襯等通過(guò)折U或縮徑的形式，在一定的牽引力和牽引速度下拉入主管道，或將環(huán)氧樹(shù)脂作為噴涂材料，通過(guò)卷?yè)P機拉力作用下的旋轉噴頭或人工方法將材料依次在舊管道內噴涂，形成加固層，經(jīng)過(guò)自然養護，形成主管道-襯里復合管，達到對舊管道的修復。在實(shí)際工程中，依據《城鎮給水管道非開(kāi)挖修復更新工程技術(shù)規程》(CJJ/T 244―2016)中提出給水管道非開(kāi)挖修復工藝設計的原則性規定(表4)，結合管道狀況，科學(xué)選擇修復工藝。

3.3 示范應用案例與成效

協(xié)同管網(wǎng)診斷評估技術(shù)，依據管道狀態(tài)評估結果，結合水質(zhì)特征，進(jìn)行水質(zhì)分級調控，在閔行區開(kāi)展應用驗證，具體如下：1)對輕度腐蝕結垢、水齡長(cháng)、水質(zhì)異常管道開(kāi)展氣水沖洗；2)對腐蝕結垢嚴重、漏損、受損程度高的管道開(kāi)展非開(kāi)挖修復。

(1)管網(wǎng)氣水沖洗

管網(wǎng)氣水沖洗應用于閔行區中誼路-東方花園一期DN300球墨鑄鐵管，沖洗長(cháng)度約800 m。該管段存在黃水問(wèn)題，通過(guò)管網(wǎng)檢測診斷，其內部存在輕微腐蝕，受損系數低，且沖洗前水質(zhì)分析結果表明該區域渾濁度為0.67～0.90 NTU，存在超過(guò)上海市地方標準限值風(fēng)險。因此，基于管道診斷結果和水質(zhì)特征，對該管段采用氣水沖洗。

應用結果表明，氣水沖洗技術(shù)能有效去除管網(wǎng)內壁污染物，改善管道衛生狀況，渾濁度指標明顯改善(降低70%)。此次氣水沖洗用時(shí)110 min，與常規沖洗方法相比可較大程度的縮短工期，減小對周邊環(huán)境和居民用水的影響，且節省水量約99.59 m3/h，達到事半功倍的清洗效果。

(2)管網(wǎng)非開(kāi)挖修復

管網(wǎng)非開(kāi)挖修復技術(shù)應用于閔行區龍吳路(景聯(lián)路-雙柏路)DN800鑄鐵管，修復長(cháng)度為1 140 m。由于該管段處于管網(wǎng)末梢，距離水廠(chǎng)較遠，余氯偏低，存在微生物風(fēng)險，管網(wǎng)診斷評估結果表明，該管道存在多處漏點(diǎn)、腐蝕和管瘤，受損程度高，且所處路段交通繁忙且管道位于綠化景觀(guān)帶，傳統開(kāi)槽排管將大面積毀壞綠化林木，同時(shí)也會(huì )破壞部分新修道路，因此，采取非開(kāi)挖修復技術(shù)對該管道進(jìn)行結構性修復(圖3和圖4)。

管網(wǎng)非開(kāi)挖修復技術(shù)可有效避免傳統開(kāi)槽排管大面積毀壞綠化帶和道路，減小了對周?chē)h(huán)境和路面設施的影響，施工周期短，操作便捷，實(shí)現了對繁忙路段的管道修復和改造。非開(kāi)挖修復后既解決了管網(wǎng)內部銹蝕和水垢問(wèn)題，修復后內壁光滑，無(wú)褶皺、無(wú)脫落、無(wú)氣泡、粗糙度n<0.01,可極大降低介質(zhì)在管道內的阻力損失，管道輸水能力提高；且固化后支撐管具有極高的結構強度，能夠保證不依靠原有舊管道的結構強度進(jìn)行獨立承壓，極低的蠕變使得管道可以使用50年以上，大大延長(cháng)了管道使用壽命。從水質(zhì)上看，修復后渾濁度指標顯著(zhù)降低(0.09 NTU)，余氯衰減情況明顯改善，修復后管網(wǎng)水質(zhì)達到上海市《生活飲用水水質(zhì)標準》(DB31/T 1091―2018)的要求的基礎上，滿(mǎn)足菌落總數小于20 CFU/mL，渾濁度<0.2 NTU的考核要求，取得良好的應用效果。

04 總結與展望

保障供水管網(wǎng)輸配水質(zhì)是提升龍頭水質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，本研究基于管網(wǎng)水質(zhì)參數的變化規律和相關(guān)性分析，篩選出渾濁度、余氯、HPC等關(guān)鍵指標作為指示參數，并通過(guò)基于視頻和聲學(xué)的管道內窺檢測技術(shù)，評估管道腐蝕結垢、受損程度，結合管網(wǎng)水質(zhì)特點(diǎn)，綜合考慮相關(guān)現場(chǎng)因素，協(xié)同管網(wǎng)多級消毒、沖洗、修復，集成供水管網(wǎng)水質(zhì)調控技術(shù)，核心在于有針對性的調控措施及啟動(dòng)條件，通過(guò)制定分級改造和調控方案，構建水質(zhì)多級保障體系，指導管網(wǎng)運行維護，保障管網(wǎng)的安全運行和輸配過(guò)程的水質(zhì)穩定。關(guān)鍵技術(shù)在上海市西南五區得到應用和驗證，為管網(wǎng)精細管理提供技術(shù)支撐，助力實(shí)現高品質(zhì)供水目標。