本文由廣東愛科環(huán)境科技有限公司譚錦欣技術(shù)副總供稿。

城市排水管網(wǎng)作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市水污染物轉(zhuǎn)移的生命線。近年來，管道病害嚴(yán)重、雨污混接、清污合流、截污不完善等城市排水管網(wǎng)的問題對污水處理造成較大的影響。本文針對排水管網(wǎng)低效運(yùn)行的突出問題，以中山市火炬開發(fā)區(qū)西片區(qū)為案例，通過管網(wǎng)排查、排水監(jiān)測系統(tǒng)、GIS管控平臺“三位一體”的綜合手段，大幅提高區(qū)域污水系統(tǒng)運(yùn)行效率，對國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效具有較好的借鑒作用。

• 項目名稱：中山市火炬區(qū)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效項目
• 項目位置：廣東省中山市火炬開發(fā)區(qū)
• 承擔(dān)單位：廣東愛科環(huán)境科技有限公司
• 開始時間：2017年5月
• 驗收時間：2019年1月

1項目區(qū)域排水概況

項目區(qū)域為火炬開發(fā)區(qū)西片區(qū)，總面積約16km²，排水體制為雨污分流（存在錯接混接），雨、污水管網(wǎng)總長約230km，污水由科技大道DN800~DN1000主干管收集后，與濠頭片區(qū)污水匯合，經(jīng)臨時泵房提升至珍家山污水廠進(jìn)行處理。項目區(qū)域內(nèi)共有6條河涌、1條暗渠，河寬3~28m不等，總長約11km，由南向北匯入橫門水道，現(xiàn)狀水閘共5個，均建在橫門水道沿岸邊上。

圖1 項目區(qū)域排水系統(tǒng)概況示意圖（紅色虛線框內(nèi)）

Fig.1 Overview of drainage system in project area (in red dotted frame)

項目區(qū)域的旱天污水管長期處于高水位的運(yùn)行狀態(tài)，以及進(jìn)廠水質(zhì)濃度偏低，CODcr濃度約為60mg/L，遠(yuǎn)達(dá)不到污水處理廠的設(shè)計要求。

圖2 進(jìn)廠污水管液位和CODcr濃度監(jiān)測曲線圖

Fig.2 Monitoring curve chart of liquid level and CODcr concentration in inlet sewage pipe

2 項目目標(biāo)及策略

2.1 項目目標(biāo)

(1) 對排水系統(tǒng)進(jìn)行全面排查，包括污水設(shè)施功能狀況、錯混接、源頭用戶接入情況等，并總結(jié)得出一套系統(tǒng)的管網(wǎng)排查方法。

(2) 構(gòu)建排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)并持續(xù)運(yùn)行，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)化布點方案以及提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。

(3) 構(gòu)建GIS管控平臺，對項目域進(jìn)行持續(xù)管控，執(zhí)行有效的提質(zhì)增效方案措施。

2.2 項目技術(shù)路線

圖3 項目技術(shù)路線圖

Fig.3 The Route of project technical

3 管網(wǎng)全面排查

3.1 排查方法

管網(wǎng)排查的具體技術(shù)路線：

(1) 對于漲退潮、用水高低峰，臨測關(guān)鍵入流點水位及水質(zhì)；

(2) 摸查關(guān)鍵支管與主管連接處；

(3) 對于監(jiān)測支管發(fā)現(xiàn)水量水質(zhì)異常，優(yōu)先摸查河水入侵點：涌邊截污管、截污設(shè)施（泵、閘）、涌邊小區(qū)、市政路的雨污錯接問題

(4) 進(jìn)行山水入侵判斷；

(5) 進(jìn)行地下水自來水入侵判斷；

(6) 污染源追溯。

圖4 管網(wǎng)排查技術(shù)路線圖

Fig.4 Road map of pipeline network survey tyechnology

3.2 排查內(nèi)容

為保證管網(wǎng)排查的全面性，本項目將管網(wǎng)排查內(nèi)容按照污染物的轉(zhuǎn)移分為以下三個部分：

(1) 源頭：關(guān)注污染物產(chǎn)生的單位以及與管網(wǎng)的接入狀態(tài)，包括污染源內(nèi)部立管、支管、接駁設(shè)施，以及排水接駁檔案；

(2) 過程：包括雨水、污水管道連接性調(diào)查，功能性、結(jié)構(gòu)性檢測；

(3) 末端：主要為排放口、河涌的水量水質(zhì)。

3.3 排查結(jié)果

(1) 常規(guī)摸查結(jié)果

表1 管網(wǎng)節(jié)點數(shù)量統(tǒng)計表

Tab.1 Statistical table of number of nodes in pipeline network

項目	雨水口	管線點	窨井	排放口
雨水	5942	2755	4998	208
污水	/	1544	1652	419
合計	5942	4299	6650	627

表2 雨水管管徑分布匯總表

Tab.2 Summary table of diameter distribution of rainwater pipeline

管網(wǎng)屬性	總長度（km）	管徑分布統(tǒng)計（km）
DN600以下	DN600及以上
雨水管（含合流）	168.0	62.4	105.6

表3 污水管管徑分布匯總表

Tab. Summary of distribution of sewer pipe diameter

管網(wǎng)屬性	總長度（km）	管徑分布統(tǒng)計（km）
DN400以下	DN400及以上
污水管	78.2	23.3	54.9

根據(jù)以上表格數(shù)據(jù)可得，本項目區(qū)域的存在較多的污水排放口，以及雨水管、合流管所占的比重較大，由此可得，項目區(qū)域存在較大的污水直排風(fēng)險。

（2）管道檢測

對管道進(jìn)行CCTV、QV檢測，得出以下結(jié)果：

表4 管道檢測長度匯總表

Tab.4 Summary of pipeline detection length

項目	CCTV	QV	無法檢測	合共
長度（km）	86	142.8	2.7	231.5

除了壓埋、施工圍蔽等客觀條件限制導(dǎo)致的無法檢測的少數(shù)管道外，本項目區(qū)域內(nèi)滿足QV檢測條件的管道長度占總長度的比重較大。

表5 功能性缺陷數(shù)量匯總表

Tab.5 Summary of the number of functional defects

缺陷名稱	1級(處)	2級(處)	3級(處)	4級(處)	合計(處)
破裂	120	98	52	60	330
變形	5	32	25	38	100
腐蝕	7	1	1	0	9
錯口	351	172	37	20	580
起伏	4	1	0	0	5
脫節(jié)	26	15	10	10	61
接口材料脫落	2	0	0	0	2
支管暗接	154	54	34	0	242
異物穿入	46	29	20	0	95
滲漏	16	18	26	1	61
合計	731	420	205	135	1652
占比(%)	49.2	28.3	13.8	8.7	100

表6 功能性缺陷長度匯總表

Tab.6 Functional defect length summary

缺陷等級	總數(shù)（處）	總長（km）	占比（%）
1級	731	15.4	6.6
2級	420	8.1	3.5
3級	205	4.0	1.7
4級	129	1.8	0.8
總計	1485	29.3	12.6

由以上表格可見，項目區(qū)域內(nèi)排水管道功能性缺陷3532處，其中沉積2110處，樹根923處，障礙物387處，殘墻、壩根89處，浮渣21處，結(jié)垢2處，總長度為61.8km，占檢測管網(wǎng)長度26.7%�？傮w而言，項目區(qū)的管道缺陷數(shù)量多、種類復(fù)雜、涉及長度大，管道災(zāi)害問題較為嚴(yán)重。

4 在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

4.1 在線監(jiān)測點位布置原則

本項目的在線監(jiān)測點位布置采取以下原則：

(1) 水量水位突變點：排水系統(tǒng)中污水集中匯流或者降雨中徑流量突然增大的水量突變點；

(2) 滲漏風(fēng)險大的點：河涌邊截污主干管道等存在滲漏倒灌風(fēng)險的關(guān)鍵節(jié)點；

(3)易澇點：立交橋、下凹涵洞、低洼路段等易澇節(jié)點；

(4) 氣象雨量監(jiān)測：采用中山市氣象局提供的氣象雨量數(shù)據(jù)，選取距離本片區(qū)最近的監(jiān)測點；

(5) 河涌關(guān)鍵斷面：支涌、拐點斷面及大合流排放口接入斷面等。

4.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

本項目的在線監(jiān)測系統(tǒng)包括支管監(jiān)測點位4個、主管監(jiān)測點位4個、河涌監(jiān)測點位4個，每個監(jiān)測點位均設(shè)有液位計與COD水質(zhì)分析儀，對監(jiān)測點位的液位與COD進(jìn)行全天候在線監(jiān)測。

圖5 在線監(jiān)測點位分布圖

Fig.5 On-line monitoring point distribution map

5 構(gòu)建GIS管控平臺

5.1 GIS管控平臺功能設(shè)計

針對國內(nèi)目前很多城市的排水管網(wǎng)安全監(jiān)測技術(shù)不夠成熟的現(xiàn)狀，對項目區(qū)域的排水系統(tǒng)存在的問題以及污水處理提質(zhì)增效的目標(biāo)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行GIS管控平臺建設(shè)，包括綜合診斷、問題定位、輔助決策、效果評估，旨在解決提質(zhì)增效中要素復(fù)雜、問題定位難、決策依據(jù)不足、缺乏效果評估等問題，涉及到的具體功能模塊為地圖界面、拓補(bǔ)管理、健康評估、水質(zhì)報告、排水接駁、溢流內(nèi)澇、終端監(jiān)測、模型計算、動態(tài)巡檢、實時預(yù)警等。

圖6 GIS管控平臺功能示意圖

Fig.6 Functional sketch of GIS management and control platform

5.2 基于GIS管控平臺的問題診斷

（1）支管與主管未拉通診斷

圖7 項目區(qū)支管與主管部分監(jiān)測點位分布圖

Fig7 Location distribution map of monitoring points for branch and supervisor in project area

圖8 項目區(qū)支管與主管部分監(jiān)測點位監(jiān)測曲線圖

Fig.8 Monitoring curve map of monitoring points of branch and supervisor in project area

通過以上監(jiān)測曲線可得，本項目區(qū)域內(nèi)的主管（濠泗/景怡）長期處于低水位運(yùn)行狀態(tài)，而支管（桃源明居）始終保持高水位運(yùn)行，支管水位高于主管水位3m左右，因此可判斷，該點位的主管（濠泗/景怡）與支管（桃源明居）未拉通。

除了以上點位存在支管與主管未拉通的問題，經(jīng)系統(tǒng)診斷與現(xiàn)場核查，項目區(qū)域內(nèi)共存在4處支管與主管未拉通，包括：

a) 下頃九涌兩側(cè)2*DN600截污管與主干管未拉通，涉及水量3100m³/d；

b) 置業(yè)路DN600/DN400污水管與主管未拉通，涉及水量1600m³/d；

c) 東河路DN600污水管與主管未拉通，涉及水量800m³/d；

d) 勤業(yè)路DN400污水管與主管未拉通，涉及水量700m³/d。

（2）河水入侵診斷

圖9 支管（桃源明居）液位與COD曲線圖

Fig.9 Liquid level and cod curve diagram of branch pipe (TaoYuan MingJu)

河水入侵主要診斷依據(jù)為管道內(nèi)液位與污染物濃度的變化相關(guān)性，以支管（桃源明居）點位為例，由以上曲線可得，其液位隨河涌的漲/退潮而升高/降低，并且COD濃度隨著管道液位的升高而降低。進(jìn)一步地，通過現(xiàn)場定位以及測算水量，同時采樣進(jìn)行水質(zhì)檢測，可診斷出該點位存在河水入侵問題，涉及水量3300m³/d，COD平均濃度約20mg/L。

圖10 項目區(qū)內(nèi)河水入侵診斷結(jié)果分布圖

Fig.10 Distribution distribution of diagnostic results of river water intrusion in the project area

對項目區(qū)域進(jìn)行全面的河水入侵診斷，成果排查定位河水入侵點9處，其結(jié)果分布如上圖所示，包括：

a) 三涌（置業(yè)路）2處；

b) 沙邊涌（濠江西路）2處；

c) 石岐河（卡西歐）1處；

d) 濠頭涌截污管1處；

e) 沙邊涌截污蝶閥2處；

f) 濠頭涌截污蝶閥1處

（3）地下水入侵點診斷

地下水入侵點的診斷主要依據(jù)地下水位以及管道缺陷的種類和等級，對于污水管道結(jié)構(gòu)性缺陷嚴(yán)重以及地下水位高的區(qū)域，進(jìn)行現(xiàn)場排查確認(rèn)，最終確定是否有地下水入侵，本項目屬于南方降雨較多的地區(qū)，地下水位常年較高，因此地下水入侵點的診斷的重點為對結(jié)構(gòu)性缺陷嚴(yán)重的污水管道進(jìn)行排查，經(jīng)系統(tǒng)分析以及現(xiàn)場排查，成功排查定位存在地下水入侵的點位20處，主要為結(jié)構(gòu)性3、4級嚴(yán)重破損的污水管道，具體缺陷種類包括變形、破裂、異物穿入，部分缺陷下圖所示。

圖組11 （從上至下）建業(yè)東路變形（4級）、東鎮(zhèn)東一路破裂（4級）、建業(yè)東路、異物穿入（3級）

Fig.11 (from top to bottom) Deformation of Jianye East Road (Grade 4), rupture of Dongzhen East Road (Grade 4), Jianye East Road, foreign body penetration (Grade 3)

（4）污染源錯接至雨水管診斷

由于項目區(qū)域采用雨污分流的排水體制，污染源錯接至雨水管將導(dǎo)致污染物直接進(jìn)入河涌，通過管控平臺對項目區(qū)域內(nèi)的排水管道連接關(guān)系進(jìn)行篩選判別以及現(xiàn)場確認(rèn)，最終定位污水直排口419處、雨污混接雨水排放口8處、雨污混接點614處，追溯河涌受納污水量6200m³/d。

5.3 提質(zhì)增效方案

針對項目區(qū)域內(nèi)排水管網(wǎng)的問題診斷結(jié)果，其提質(zhì)增效的方案主要包括清污分流、拉通支管、分/截雨污錯混接、調(diào)泵閘運(yùn)行水位、疏管道功能性缺陷、修管道結(jié)構(gòu)性缺陷，具體為：

(1) 清污分流：封堵濠頭涌截污管+關(guān)閉沙邊/濠頭截污蝶閥+封堵沙邊涌/三涌外水侵入點；

(2) 拉通支管：拉通置業(yè)路南北段，拉通后污水管水位驟降3m左右，且與主管水位變化趨勢一致，水量增加2000m³/d；

(3) 分/截雨污錯混接：對排查出的86處混接點，包括8處排放口存在旱天污水溢流，污水量為6200m³/d，建議采取錯混接改造；

(4)調(diào)泵閘運(yùn)行水位：調(diào)節(jié)濠頭涌水閘啟閉，水深保持0.6~1.8m；調(diào)節(jié)沙邊涌水閘啟閉，水深保持0.1~1.0m；調(diào)節(jié)三涌水閘啟閉，水深保持0.3~1.1m

(5) 疏管道功能性缺陷、修管道結(jié)構(gòu)性缺陷：對于檢測出的56處管道結(jié)構(gòu)性缺陷，其中20處管道結(jié)構(gòu)性3、4級結(jié)構(gòu)性破損，建議優(yōu)先修復(fù)破損等級嚴(yán)重以及靠近河涌的缺陷管道。

5.4 提質(zhì)增效效果評估

（1）清污分流效果評估

表7 清污分流處理水量統(tǒng)計表

Tab.7 Statistical table of water volume for waste cleaning and separation treatment

道路	問題	管徑（mm）	水量（m3/d）	清水來源
卡西歐廠區(qū)內(nèi)部道路	雨污錯接，河水經(jīng)雨水排放口倒灌至污水系統(tǒng)	300	1500	橫門水道
科技西路	400	2000	濠頭涌
濠江路	400	2000	沙邊涌
置業(yè)路	400	2200	三涌
涌口下街	末端截污蝶閥常開，潮位高河水倒灌至污水系統(tǒng)	500	3600	濠頭涌
濠江西路	500	3600	沙邊涌
沙邊村道	500	3000	沙邊涌
濠江路	截污井大量滲水	400	1000	沙邊涌

圖12 清污分流前后污水廠進(jìn)廠水位及COD曲線圖

Fig.12 Liquid level and cod curve chart of wastewater treatment plant before and after clearance and separation

由上圖可見，通過清污分流，排除外水侵入量18900 m³/d，進(jìn)廠主管水位下降4m左右，COD最高濃度升高73mg/L左右，清污分流效果顯著。

（2）拉通支管效果評估

表8 拉通支管后水量統(tǒng)計表

Tab.8 Statistical table of water volume after drawing-through branch pipe

道路	問題	管徑	管長(m)	拉通后水量（m3/d）
下頃九涌截污管（火炬路-科技東路）	上游截污管斷頭下游截污管拉斷	DN600	1200	3100
科技東路 （太康精密）	嚴(yán)重逆坡	DN800	6
東河路	管道坍塌 且上游標(biāo)高低于下游約2m	DN600	77	800
勤業(yè)路	未拉通主管 斷頭管	DN400	80	700
置業(yè)路	未拉通主管 斷頭管	DN600 /400	120	1600

由上表可見，對于支管未拉通區(qū)域，拉通后污水量增加6200 m³/d，污水收集率從22.5%升高至53.5%，污水收集率提升顯著。

（3）分/截雨污錯混接效果評估

圖13 項目區(qū)內(nèi)污水溢流點位分布圖

Fig.13 Distribution map of sewage spillover points in the project area

本項目優(yōu)先截住下頃九涌和三涌的溢流口，截流后的污水量增加4500m³/d，完成所有改造最終污水量增加6200m³/d，截污效果顯著。

6 結(jié)論

本項目以中山市火炬開發(fā)區(qū)西片區(qū)為實施區(qū)域，著眼于排水管網(wǎng)，通過管網(wǎng)排查-排水監(jiān)測-GIS管控平臺“三位一體”綜合手段，開展城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效的相關(guān)研究及工程措施，得出以下結(jié)論：

(1) 對排水系統(tǒng)進(jìn)行全面排查，排查出排水管道功能性缺陷3532處，并從中成功定位對提質(zhì)增效影響較大的地下水入侵點位20處，以及總結(jié)得出管網(wǎng)全面排查的有效方案，對其它地區(qū)的管網(wǎng)排查以及管網(wǎng)修復(fù)具有較大的參考作用。

(2) 通過優(yōu)化布點原則，提高監(jiān)測點位數(shù)據(jù)的有效性，對項目區(qū)域16km²的管網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，將布點數(shù)量降低至20個以內(nèi)，大大降低了監(jiān)測成本和提高監(jiān)測效率。

(3) 通過構(gòu)建GIS管控平臺，實現(xiàn)提質(zhì)增效一體化運(yùn)維，并通過近一年的運(yùn)維時間，有效地提高了污水處理廠的進(jìn)水COD濃度和降低了水位、提高了污水收集率以及截流污水量。

(4) 完成所有改造后，項目區(qū)域內(nèi)最終污水量將從4500m³/d增加至 16900m³/d，COD濃度從60mg/L增加至160~180mg/L，提質(zhì)增效達(dá)到較好的水平。