汶川地震供水系統功能失效模式

楊 丹,郭恩棟,王祥建,張麗娜,王再榮

(中國地震局工程力學研究所,黑龍江哈爾濱 150080)

汶川8.0級大地震對城市生命線工程系統造成了很大程度的破壞,供水系統的震害損失非常嚴重。在地震烈度大于Ⅶ度的地區,供水系統都出現了不同程度的功能失效。為了了解城市供水系統在地震時的功能失效狀況,基于汶川地震供水系統科學考察工作取得的26個市、區、縣供水系統的震害資料,采用歸納總結、對比分析的方法,對供水系統在不同地震烈度區的震害情況及震時供水系統可能出現的本源失效模式、工藝失效模式、分散失效模式、用戶失效模式及混合失效模式等5種系統功能失效模式進行了分析和研究。

位于Ⅵ度區(成都市、金堂縣、鹽亭縣和三臺縣)的供水系統運行基本正常,供水管網總體運行良好,只有個別管段破壞,對供水系統功能影響不大或即使有一定影響也能在短時間內恢復。如成都市2 500 km長的供水管網只出現了一處爆管、兩處漏水,56戶戶內水管爆裂。而其他三個地區的管網的主干管道沒有破壞,只有一些庭院管道發生破壞,個別用戶戶內水管有爆裂現象。系統功能基本不會失效,或出現局部短時間的分散失效或用戶失效模式。

Ⅶ度區(梓潼縣、綿陽市、廣元市利州區、廣元元壩區、劍閣縣、中江縣、羅江縣、德陽市、什邡市、廣漢市和彭州市)的供水設施有不同程度破壞,主管網、配水管網和小區庭院管道出現爆管、滲漏,分戶管有斷裂、破損,不過震后倆三日內均能基本恢復正常供水功能。系統功能失效以分散和用戶失效模式為主,工藝失效模式次之。

Ⅷ度區(江油市、安縣花荄鎮、平武縣、廣元朝天區、綿竹市、理縣、茂縣和汶川縣)供水系統震害情況較為嚴重。如加氯間和加壓站泵房呈現中等破壞狀態,配水泵房遭到嚴重破壞;供水管網破壞、泄漏嚴重,有的地區管網漏失率達75%,部分用戶處于水壓不足或短時間停水狀態。隨著供水設備功能的恢復以及滲漏管段的修復,大部分用戶可以恢復正常用水功能,但要恢復到震前的水平需要等到所有供水建筑物修復或重建工程結束。震后供水系統功能以分散、用戶失效模式為主,工藝失效模式次之。

Ⅸ度區(安縣兩鎮一區、青川縣和都江堰)供水系統震害情況特別嚴重,供水系統功能受到很嚴重的影響。地震時這些地區的水源地出現了水很混濁或是沒有水的現象,水廠設施(包括沉淀池斜管、配電設備、化驗儀器)受到較大損壞,經救災搶修,據資料調查時一些設備仍高達20%左右不能工作。供水管網破壞的尤其嚴重,幾乎管網普遍爆漏,庭院管道90%破壞而不能使用,特別是進入住戶房間的管道幾乎全部破壞。整個供水系統的功能中斷,需要采取緊急供水措施才能為用戶提供飲用水,在地震發生后的數周內,供水系統功能處于中斷狀態,隨著替代供水設備的交付使用,以及管道維修工作的開展,部分用戶的用水功能才得到恢復。系統功能失效是以工藝、分散和用戶失效模式為主,本源失效模式次之的混合失效模式。

在Ⅹ度和Ⅺ度區,如北川、紅白鎮、漢旺鎮等,由于地震破壞力巨大,房屋等基礎設施絕大部分毀壞或倒塌,供水系統功能震后立即處于中斷狀態,供水設備功能已經喪失,整個供水管網毀壞,需重建。供水系統表現為本源失效模式、工藝失效模式、分散失效模式及用戶失效模式都存在的混合失效模式。

從汶川地震供水系統震害及功能失效模式分析可以初步得到如下幾點啟示:①庭院管道的地震破壞導致用戶供水功能中斷是該次地震中表現出的一個新特征,在供水管網系統規劃建設和改造工作中,應綜合考慮主干管網、庭院管網的抗震問題,避免出現薄弱環節,并應開展庭院管道震害機理及抗震措施研究;②地下供水管道破壞后暗漏導致管網漏失率大增,漏點檢測定位困難且修復難度大,導致修復困難,應重視管網防破壞、防泄(滲)漏技術研究;③在地震影響烈度為Ⅶ度、Ⅷ度和Ⅸ度的廣大地區,地下管線的破壞是導致供水系統功能失效的首要因素,和供水系統建(構)筑物相比,地下管線抗震性能有待于進一步提高,應急保障措施應進一步加強。