不同降雨强度下流量监测数据对排水管网入渗入流分析的影响-吉佳水务
来源: | 作者:吉佳 | 发布时间: 2025-10-24 | 10 次浏览 | 分享到:
在排水管网入渗入流分析中,“入流”(降雨时雨水通过显性通道进入管网,与降雨强度直接相关)与 “渗流”(地下水通过隐性通道渗入管网,与降雨强度无关)的区分高度依赖不同降雨强度下的流量监测数据。小雨时流量数据凸显渗流主导,可初步估算渗流量;中雨时呈现入流 - 渗流叠加特征,通过 “响应时差” 与 “阶梯式回落” 分离两类水量;大雨及以上时入流占比超 70%,凭 “尖峰特征” 与 “断崖式下降” 锁定入流。实际应用中需建立晴天基准流量数据库、结合多点监测交叉验证、辅助水质数据,才能提升区分精度,为管网修复与负荷调控提供支撑。

一、核心概念界定:先厘清 “入流”“渗流” 与流量监测的关联

排水管网入渗入流分析中,“入流” 与 “渗流” 是两类本质不同的额外水量,但其识别与量化高度依赖流量监测数据,尤其是不同降雨强度下的动态流量变化。


入流(Inflow):指降雨期间,雨水通过检查井井盖缝隙、管道接口破损处、路边雨水口违规接入等 “显性通道” 进入管网的水量,其产生与降雨强度直接相关,具有 “降雨即启动、雨停后快速消退” 的特点,是管网瞬时负荷激增的主要原因;


渗流(Infiltration):指地下水(或土壤水)通过管道裂缝、管底渗漏、检查井壁破损等 “隐性通道” 渗入管网的水量,其产生与降雨强度无直接关联,主要受地下水位、土壤含水率影响,表现为 “全天候持续存在、降雨前后变化平缓” 的特征;


流量监测数据:通过管网关键节点(如干管入口、泵站前池、小区出水管)布设的流量计,实时采集的瞬时流量、累计流量、流量历时曲线等数据,是区分 “入流” 与 “渗流” 的核心依据 —— 不同降雨强度下,两类水量对总流量的贡献占比不同,流量数据的波动特征也会呈现显著差异。


二、不同降雨强度下流量监测数据的 “区分作用”:从数据特征到判断逻辑

降雨强度通过影响 “入流” 的产生量级与响应速度,改变管网总流量的变化规律,而流量监测数据则通过捕捉这些规律,为 “入流” 与 “渗流” 的区分提供量化支撑。以下按降雨强度梯度(小雨、中雨、大雨及以上)具体分析:


1. 小雨强度(日降雨量<10mm):流量数据凸显 “渗流主导”,辅助排除微弱入流干扰

小雨时,地表积水少、雨水动能弱,仅能通过管网少量破损接口或井盖缝隙形成微量入流,且入流持续时间短(通常随降雨开始后 1-2 小时达到峰值,雨停后 1-3 小时基本消退)。此时流量监测数据呈现三大特征,成为区分关键:


总流量波动平缓:监测数据显示,降雨期间总流量仅比晴天(无降雨时)高 5%-15%,且无明显 “骤升骤降” 趋势 —— 这是因为小雨产生的入流量级小(通常占总额外水量的 10%-20%),管网总流量主要由渗流(占 80%-90%)主导,而渗流的稳定性导致总流量变化平缓;


雨停后流量快速回落至 “基准值”:晴天时的管网流量(即 “基准流量”)可视为纯污水量与渗流量之和,小雨停后,微量入流快速消退,流量监测数据会在 1-3 小时内回落至晴天基准值,通过对比 “降雨期流量” 与 “晴天基准流量” 的差值,可初步估算渗流量(差值≈渗流量 + 微量入流量,因入流占比极低,可近似认为差值≈渗流量);


流量历时曲线无 “尖峰”:小雨期间的流量历时曲线(Q-t 曲线)呈 “平缓波浪形”,无明显峰值点,与大雨时的 “尖峰状曲线” 形成鲜明对比 —— 这一特征可直接排除 “大量入流存在” 的可能,为后续渗流量计算减少干扰。


例如,某老城区管网在小雨(日降雨量 6mm)期间,监测到干管瞬时流量稳定在 120-130m³/h,而晴天基准流量为 115m³/h,差值仅 5-15m³/h,且雨停后 2 小时流量回落至 118m³/h,由此可判断:该时段额外水量中,渗流量约 13-15m³/h,入流量仅 2-5m³/h,渗流占绝对主导。


2. 中雨强度(日降雨量 10-25mm):流量数据呈现 “入流 - 渗流叠加”,通过 “响应时差” 区分

中雨时,地表形成一定积水,雨水可通过多数破损接口、违规接入的雨水口进入管网,入流量级显著提升(占总额外水量的 30%-60%),且入流响应速度加快(降雨开始后 30 分钟 - 1 小时达到峰值);同时,中雨会提升土壤含水率、短暂抬高地下水位,导致渗流量略有增加(比晴天高 10%-20%)。此时流量监测数据的 “动态变化特征” 成为区分核心:


流量 “骤升” 对应入流启动:降雨开始后,流量监测数据会在 30 分钟 - 1 小时内出现 “快速跃升”(增幅通常达 20%-50%),这一 “骤升” 过程与降雨强度的上升同步,是入流快速汇入管网的直接体现 —— 因为渗流受地下水位影响,变化周期长(通常需数小时至数天),无法在短时间内实现流量大幅增长;


流量 “平台期” 反映入流 - 渗流稳定叠加:当降雨强度维持在中雨水平时,流量会进入 “平台期”(持续 2-4 小时),此时总流量 = 污水量 + 渗流量 + 稳定入流量,通过对比 “平台期流量” 与 “晴天基准流量”,可计算出 “入流 + 增量渗流量”;再结合小雨时已估算的 “基础渗流量”,可进一步分离出 “增量渗流量”(中雨时渗流量 - 小雨时渗流量),最终得到入流量(总额外水量 - 增量渗流量 - 基础渗流量);


雨停后流量 “阶梯式回落”:中雨停后,入流因无雨水补给快速消退,流量监测数据会在 2-4 小时内下降至 “渗流 + 污水量” 水平(即比晴天基准流量高 10%-20%),随后因土壤含水率逐渐降低,渗流量缓慢回落,流量在 1-2 天内恢复至晴天基准值 —— 这一 “先快后慢” 的阶梯式回落,清晰划分了 “入流消退阶段” 与 “渗流恢复阶段”,为两类水量的量化提供直接依据。


以某新建城区管网为例,中雨(日降雨量 18mm)期间,流量从晴天基准值 150m³/h 骤升至 220m³/h(30 分钟内增幅 47%),平台期稳定在 215-225m³/h;雨停后 3 小时流量降至 170m³/h(比晴天高 13%),随后 2 天逐渐回落至 150m³/h。据此计算:总额外水量 = 220-150=70m³/h,增量渗流量 = 170-150=20m³/h,入流量 = 70-20=50m³/h,与实际排查的违规雨水口接入量(约 48m³/h)高度吻合。


3. 大雨及以上强度(日降雨量>25mm):流量数据暴露 “入流主导”,通过 “峰值特征” 与 “消退速度” 锁定入流

大雨及以上强度时,地表积水深度增加、雨水冲刷力增强,入流通道(如破损接口、违规雨水口)全面开启,入流量级达到最大(占总额外水量的 70%-90%),部分管网甚至出现满管流;同时,强降雨会显著抬高地下水位,导致渗流量达到最大值(比晴天高 20%-30%),但此时入流的 “压倒性占比” 使流量监测数据呈现强烈的 “入流特征”:


流量 “尖峰” 与降雨强度峰值同步:大雨时,流量监测数据会在降雨强度达到峰值前 10-30 分钟出现 “尖锐峰值”(增幅可达 100%-200%),且峰值出现时间与降雨强度峰值时间高度重合 —— 这是因为大量雨水在短时间内涌入管网,形成 “流量脉冲”,而渗流量虽有增加,但因变化缓慢,无法形成如此陡峭的峰值;


总流量远超 “渗流 + 污水量” 上限:通过前期小雨、中雨数据,可估算出管网 “最大渗流量”(通常为晴天基准流量的 1.2-1.3 倍),而大雨时的总流量往往是最大渗流量的 2-3 倍,超出部分可直接判定为入流量(因渗流量已达上限,无法再大幅增长);


雨停后流量 “断崖式下降”:大雨停后,入流失去补给源,流量监测数据会在 1-2 小时内 “断崖式下降” 至 “最大渗流量 + 污水量” 水平,随后因地下水位缓慢回落,流量以每天 5%-10% 的速度逐渐恢复至晴天基准值 —— 这一 “快速下降 + 缓慢恢复” 的特征,可明确区分 “入流的瞬时性” 与 “渗流的持续性”。


例如,某工业区管网在暴雨(日降雨量 52mm)期间,流量从晴天基准值 200m³/h 飙升至 580m³/h(1 小时内增幅 190%),峰值达 620m³/h(与降雨强度峰值同步);雨停后 1.5 小时流量降至 250m³/h(最大渗流量 + 污水量,比晴天高 25%),随后 3 天逐渐回落至 200m³/h。据此判断:入流量 = 580-250=330m³/h,占总额外水量(380m³/h)的 87%,后续排查发现该区域存在 12 处违规雨水口直接接入污水管,与流量数据推算结果一致。


三、流量监测数据应用的关键建议:提升 “入流 - 渗流” 区分精度

不同降雨强度下的流量监测数据虽能有效区分 “入流” 与 “渗流”,但实际应用中需注意以下三点,避免误判:


建立 “晴天基准流量” 数据库:需连续采集 30 天以上晴天流量数据,排除节假日、工业生产波动等干扰,确定稳定的 “晴天基准流量”(即纯污水量 + 基础渗流量),否则会因基准值不准导致入流、渗流量计算偏差;


结合 “多点监测” 交叉验证:单一节点的流量数据易受局部管道堵塞、泵站调控影响,建议在管网干管、支管、小区出水管等多节点布设流量计,通过 “上游 - 下游流量差” 验证入流、渗流量 —— 例如,下游节点流量增幅远大于上游,说明中间管段存在大量入流;


辅助 “水质监测数据” 强化判断:入流(雨水)的 COD、氨氮浓度通常低于污水,而渗流(地下水)的硬度、矿化度与污水差异显著,可结合流量监测数据同步采集水质数据,通过 “流量峰值与水质指标突变的同步性” 进一步确认入流(如流量骤升时 COD 浓度骤降,说明大量雨水入流)。


结语

不同降雨强度下的流量监测数据,是排水管网入渗入流分析中 “入流” 与 “渗流” 区分的 “核心标尺”—— 小雨时凸显渗流主导,中雨时捕捉入流 - 渗流叠加特征,大雨时锁定入流主导地位。通过精准采集、分析流量数据,结合基准值建立、多点验证与水质辅助,可实现 “入流” 与 “渗流” 的科学区分,为管网修复(如封堵入流通道、修补渗流管段)、负荷调控提供精准数据支撑,最终提升排水管网运行效率与水环境治理效果。