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随着城市规模的发展和人们环境意识的加强，政府和社会对市政环境领域的关注和投入越来越大，建立一套有效的污水管道有害气体监测与预警系统既是城市环境监测的重要内容，也是市政设施现代化建设的必然要求。本文在国家水体污染控制与治理重大专项“重庆主城排水系统安全与城市面源污染控制技术研究与综合示范（2008ZX07315-001）”的资助下，对重庆市江北区、沙坪坝区等典型区域开展污水管道有害气体成分分析、积聚规律及溯源研究，构建污水管道多元气体二维湍流爆炸模型并进行爆炸过程的数值模拟研究，研制污水管道气体安全阈值研究装置进行气体爆炸试验，分析污水管道爆炸成因与气体爆炸极限，建立了污水管道气体爆炸风险评估模型，通过技术研究和综合示范，建立了山地城市污水管道有害气体监测与预警系统，对保障污水管道系统安全运行具有实用价值和积极意义。取得的主要成果有：①根据密闭空间气体燃烧爆炸过程的特点，建立了山地城市污水管道气体爆炸的基本物理模型和数学模型。构建了能量方程、动量方程、质量方程、状态方程、湍流方程、组分方程、化学反应速率方程，用Fluent6.3软件，模拟爆炸管径为300mm、CH4浓度依次为0.8%、2%、5%、8%、9.5%、10%的爆炸试验。试验发现，CH4浓度为8%、9.5%和10%时，点火端压力比CH4浓度为5%时出现了明显的陡增。惰性气体CO2的加入，降低了混合气体的反应活性，导致点火延迟时间增大，燃烧反应速度随之减小。②搭建了污水管道气体爆炸模拟试验系统，对污水管道多元气体二维湍流爆炸模型进行验证和校对。设计实现了由配气系统、爆炸腔、点火装置、监测系统四个部分所构成的污水管道气体安全阈值研究装置。爆炸腔为内径25mm长0.5m透明圆胶管。爆炸试验过程中，CH4浓度为4.4%—5.9%、H2S浓度为0—0.02%、CO2浓度为0.03%—0.8%；O2浓度为20.9%；N2浓度为72.93%—73.55%。试验结果表明，5.5%的CH4比5.6%的CH4的爆炸波峰出现早，CH4浓度小于5.5%均不能产生爆炸。进行L25（56）正交试验表明，当CH4浓度为5.6%时，2%浓度的CO2可以抑制爆炸的发生；当CH4浓度为5.7%、5.8%时，2%浓度的CO2对爆炸制作用不明显。当CH4浓度超过5.5%时，0.01%浓度的H2S对CH4爆炸温度波峰的出现有稍微的促进作用，使得爆炸温度峰值出现稍微偏高和提前。H2S对污水管道安全的影响主要表现在它的毒性方面，微量浓度的H2S对CH4爆炸阈值的影响很小，可以忽略不计。③通过数值模拟和污水管道气体安全阈值研究装置系统试验，确定污水管道CH4爆炸阈值为5.5%。污水管道气体安全阈值研究装置特点如下：配气精确，各气体成分和含量能精确配制成预定的要求；能精确确定爆炸前后温度、压力变化情况；能精确确定多元混合气体爆炸下限值。④阐述山地城市污水管道气体爆炸风险评估的必要性及其特点，提出了基于风险矩阵的污水管道气体爆炸风险评估模型。风险矩阵由风险因素、风险概率、风险影响、风险级别、Borda序值和风险权重组成。以江北区绿云尚都国际时装城3号井为例构建风险矩阵，计算出甲烷、二氧化碳、硫化氢、温度、区域环境和检查井位置6个风险因素的风险权重分别为0.4295、0.0246、0.2895、0.0379、0.1435和0.0750。对重庆主城典型区域污水管道进行了风险评估，并提出了管理决策。⑤构建了基于GIS和GPRS技术的山地城市污水管道有害气体监测与预警管理信息系统，污水管道气体爆炸预警值设为两级，低位预警30%LEL，高位报警50%LEL。监测探头设在距离窨井盖下0.3-0.5m处。该系统经示范运行，数据采集与传输达到设计要求，系统运行稳定。