地震对供水系统的破坏及对策分析

地震对供水系统的破坏及对策分析
文/曹秀芹 张楠
（北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室 北京 100044）

一、前言
众所周知，地震是严重威胁人类生存和发展的自然灾害，虽然世界各国多年来一直对其潜心研究，但地震预报仍是当今世界的顶级难题。继唐山大地震之后，我国近几年又在汶川、榆树、雅安等地发生震级较高、危害严重的地震。在较高的地震等级下，供水系统会遭到破坏，造成供水中断。在汶川地震中，通过对广元市调查发现，全市地震造成了几十处管网的爆裂，管网的漏损率达到90%，整个供水管网系统基本陷入瘫痪状态[ ]。水是生命之源，是构成人体的主要成份，在人体新陈代谢中，三天不喝水则可能死亡。因此，灾后如何保证及时供水和供水的安全可靠性是保证城镇功能正常运行的重要环节。
另外，地震导致的动植物死亡、污废水泄漏、灾后疫情、山体滑坡等次生灾害都会对灾后供水水源造成严重污染[ ]。同时，震后给水管网和水源受到严重破坏和污染，短时间内无法实现安全可靠地供水，也是导致震后疫情多发的主要原因。因此，保证供应安全卫生的生活饮用水是防止灾区人群肠道疾病等传染病爆发的关键，同时也是震后灾区应急保障的重要任务之一。

二、地震造成的供水危害分析
地震造成的供水危害主要体现在对水源、供水管道和水厂正常运行的破坏等几个方面。本文分别从供水管道、水源、水
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地震中供水管道震害数据提出如下管道震害率公式[5]：
地震波动引起的管道震害率：
(7)
地面变形引起的管道震害率：
(8)
式中： ——管道震害率； ——地震动峰值速度，cm/s；
K1、K2——调整系数； ——地震动峰值位移，cm。
震害评估的经验方法与理论评估方法各有利弊。理论评估法是利用力学模型得出地震震动与地下管道反应参数的关系，通过某一参数来判别管道的震害程度。杨超等人[6]曾分析以上日本与美国的经验公式并将其与理论公式对比，认为基于PGA（地震峰值加速度）的经验法在实践中适用性较强。因此，应准确确定不同管材、管网、管段的震害率，设计震害率较低的管网，从而增强管网抗震性能。
(2)管网抗震优化
对地震多发地区的供水管线进行抗震分析，优化供水管网，提高供水可靠性，加强抗震防灾规划。周晓帆等[7]采用正弦波动输人的简化算法和蒙特卡洛法，对福建省宁德市区的供水管网系统进行可靠性分析，为宁德市抗震防灾`规划编制提供了依据。柳春光等人[8]以给水管网各节点的动态_水压和单元抗震可靠度为参数进行研究。在给水管网系统的抗震加固策略的基础上，将管网系统的抗震加固优化数学模型转化为离散优化模型，提出了给水管网抗震优化加固的具体方法步骤。
(3)铺设抗震管道
日本是一个地震多发的国家，根据日本内阁政府的资料显示，目前6.8级以上的大地震已发生20多次，在应对地震方面有着比较成熟的经验。2009年筱雪等人[9 ]研究日本最新应急管理显示，日本已将危机管理的发展周期理论、组织理论、决策理论应用到防灾和紧急事务中。相关新闻报道，日本横滨市将城市的消防管道设计成抗震管道，采用可靠性更强的钢管。对于管道连接采用橡胶圈的软连接方式，在发生地震时，可以保证其基本完好。并将设置在城市的各个角落的消火栓作为应急供水点，以保证居民的应急供水。
在管道敷设时做好抗震预防措施，对于应对地震之后的应急供水有着重要的作用。目前，提高管网系统的抗震能力主要有以下几个方面[1]：
①避免在可能出现沉降的地方布置管网，采用柔性接口，抗震管材；
②夯实基础，必要时采用混凝土回填，防止不均匀沉降给接头造成伤害；
③对地震多发的地区的供水系统进行抗震分析，优化供水管网，降低震害率；
④在主要的避震疏散场所建立储水设备；
⑤通过日常维修和改造提高个别薄弱环节的抗震能力，对于中等破坏程度以上的管段应制定专项抗震加固计划；
⑥加强管网漏损预防管理。
钟离锦等人[10]就日本东京供水管网漏损预防管理分析提出，东京对于管网漏损与预防应把握以下四点：
①在准确掌握管网性质的相关信息、确定漏损位置及原因的基础上采用正确方法及时解决漏损问题；
②注重管网维护更新；
③不断发展漏损的控制及其预防技术；
④提高人力资源管理和工作技能的提高。
这些预防和应急管理经验对我国供水管网抗震和管网漏损的控制也具有重要的借鉴意义。

三、对水源的危害分析
地震灾害发生后，由于人员和动植物的死亡以及山体滑坡、工业生产设施毁坏等次生灾害的影响，地表水源和地下水源也会受到严重污染。分析地震对不同水源造成的污染情况及其污染来源，做好水源保护工作，不仅有利于灾后应急供水方案的研究和实行的高效性，对于抗灾供水水源方案的选择也有指导性意义。
1、加强震后水源分析，合理选择抗震水源
姜立晖等人[11]提出对水源污染风险识别应从点源污染、面源污染、移动源污然三个角度展开调查分析的研究方法。就其分析显示，地震对于水质的污染情况主要表现为氨氮浓度的增加以及细菌和大肠杆菌数量的升高。李波等人[12]对“5•12“地震后四川广元市水源进行应急检测显示，灾后各种水源不达标指标主要表现在余氯、细菌总数和总大肠菌群上，其污染源主要是微生物。另外，地震对供水设施的毁坏及各种应急水源启用使得浑浊度指标较高。但对于灾后江河湖泊等生态水源，由于其水量较大，且存在自身的动态循环系统，受到的影响程度相对较低。赵庆绪等人[13]在汶川地震后基于灰色关联分析法对岷江上游水质进行综合评价发现，地震对于岷江水质影响不大。其主要原因，一方面是由于岷江水源天然来源较大，流速较快，具有较强的净化能力；另一方面是由于震后各种保护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状况，查找污染来源，对于震前水源污染预防措施的选择具有重要的意义。另外，水源污染调查与研究数据的积累，我们可以通过选择较安全的水源来避免地震对供水水源的影响。对于地震多发地区，给水厂选择水源时应尽量选择水量大、流速快、水质稳定且受地震影响较小的高质量水源。
2、制定应急处理预案
为了保证震后供水系统能够尽快恢复，应该有一套完整的应对地震的应急 ……（未完，全文共7429字，当前仅显示2609字，请阅读下面提示信息。收藏《地震对供水系统的破坏及对策分析》）