排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)與分析方法研究進(jìn)展

智國錚，戴勇華，馬 艷

(1.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司，上海 200082；2.上海市城市排水有限公司，上海 200233)

城市排水管網(wǎng)是重要的基礎(chǔ)性設(shè)施，承擔(dān)著城市排水的收集、運(yùn)輸和處理。在長期使用過程中，由于管道沖刷腐蝕、地基變形、道路負(fù)荷加重以及施工影響等，造成排水管道存在結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷，其運(yùn)行情況直接影響道城市的安全。同時(shí)，排水系統(tǒng)中普遍存在雨污混接以及地下水滲入問題，對(duì)于污水輸送和處理效率也有較大影響。近年來，國家和地方政府對(duì)于排水管網(wǎng)越來越重視。2019年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019—2021年)》。提出了污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理目標(biāo)相適應(yīng)的工作機(jī)制，對(duì)提高排水管網(wǎng)提高輸送效率提出了明確要求，包括建立污水管網(wǎng)排查和周期性檢測(cè)制度，全面排查污水管網(wǎng)等設(shè)施功能狀況、錯(cuò)接混接等基本情況及用戶接入情況，實(shí)施管網(wǎng)混錯(cuò)接改造、管網(wǎng)更新、破損修復(fù)改造等工程，落實(shí)排水管網(wǎng)周期性檢測(cè)評(píng)估制度等要求。對(duì)管道進(jìn)行科學(xué)合理的檢測(cè)，不僅能夠提高管道壽命，同時(shí)，有利于減少管道病害情況的發(fā)生。目前，排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)主要包括以“管賬”為主的物探檢測(cè)技術(shù)和以“水帳”為主的水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，在應(yīng)用范圍和應(yīng)用場(chǎng)景上存在差異，同時(shí)優(yōu)缺點(diǎn)也不同。

1 排水管網(wǎng)物探檢測(cè)技術(shù)

1.1 CCTV檢測(cè)技術(shù)

管道閉路電視檢測(cè)系統(tǒng)(CCTV)是使用最久的檢測(cè)系統(tǒng)之一，應(yīng)用最為普遍。該系統(tǒng)開始于20世紀(jì)50年代，成熟于80年代，主要由3個(gè)部分組成，包括主控器、操縱線攬架、帶攝像鏡頭的爬行器。

一般在進(jìn)行CCTV檢測(cè)前，需排空或降低管道內(nèi)水位，并進(jìn)行管道疏通，以保證拍攝效果。在檢測(cè)作業(yè)時(shí)，由地面操作人員遠(yuǎn)程控制CCTV爬行器行走，進(jìn)行管道內(nèi)錄像拍攝，將影像傳輸?shù)降孛妗榱吮ＷC攝像清晰，攝像鏡頭移動(dòng)軌跡需保持在管道中軸線上，且行進(jìn)速度不超過0.15 m/s。在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)異常情況，需在異常點(diǎn)位置停留，將位置、方位、時(shí)間等各類信息，以及異常現(xiàn)象，存儲(chǔ)后再繼續(xù)前進(jìn)。由相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)視頻錄像，對(duì)管道內(nèi)部狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)與分析，包括混接、腐蝕、滲漏、破裂等。目前，在管道檢測(cè)方面的應(yīng)用已較為普遍。雷芳芳[1]應(yīng)用該技術(shù)對(duì)福州市某路段的排水管道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性檢測(cè)，結(jié)果顯示，研究區(qū)域內(nèi)管道總體破裂和變形較嚴(yán)重，對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)影響很大，主要由于該路段的淤泥層土質(zhì)較差，造成管道外部壓力超過自身承受力。

通過CCTV檢測(cè)技術(shù)，直觀反映和清晰認(rèn)識(shí)管道內(nèi)部的真實(shí)情況，對(duì)管道缺陷精準(zhǔn)定位，適用于水位較低、底泥較少的管道。當(dāng)充滿度較高、管道內(nèi)存在雜物時(shí)，可能導(dǎo)致爬行器鏡頭浸入水中，或者在管道內(nèi)無法行走，無法有效檢測(cè)水下情況，影響檢測(cè)質(zhì)量，同時(shí)檢測(cè)成本較高[2]。

1.2 聲納檢測(cè)技術(shù)

聲納檢測(cè)技術(shù)是近年來興起的較為先進(jìn)的排水管道檢測(cè)方法，利用聲波對(duì)水下狀況進(jìn)行掃描探測(cè)和定位識(shí)別，主要由主控制器、探頭和電纜盤組成。具體通過將聲納探頭安裝在漂浮裝置上并向水中發(fā)射聲波，接收水下物體的反射回波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，目標(biāo)的距離可通過發(fā)射脈沖和回波到達(dá)的時(shí)間差進(jìn)行測(cè)算，并將排水管道中各種沉降、錯(cuò)位、斷裂、淤堵等情況反映到操控器屏幕上[3]。在檢測(cè)過程中應(yīng)根據(jù)被檢測(cè)管道的規(guī)格，在規(guī)定采樣間隔和管道變異處停止探頭行進(jìn)，定點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，停頓時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)掃描周期。一般情況下探頭行進(jìn)速度不宜超過0.1 m/s。

與CCTV檢測(cè)技術(shù)相比，管道聲納檢測(cè)技術(shù)無需對(duì)排水管道進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)排水系統(tǒng)運(yùn)行的配合度要求低，適用于充滿度高(管涌、滿管或半滿管)、流量大的管道。王永濤等[4]在市政排水管道的聲納成像設(shè)計(jì)中指出，聲納技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量顯示管道輪廓，準(zhǔn)確定位管道內(nèi)部缺陷，具有能耗低、準(zhǔn)確率高、裝置簡(jiǎn)易便攜等優(yōu)點(diǎn)，并在多個(gè)排水管道中得到了成功應(yīng)用。然而，該技術(shù)也存在一定缺陷，成本較高，且只能查看水面以下的管道，在實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合CCTV技術(shù)進(jìn)行全部管道檢測(cè)[5]。

1.3 QV檢測(cè)技術(shù)

管道潛望鏡檢測(cè)(QV)技術(shù)通過潛望鏡設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，主要由高清晰度可潛水?dāng)z像機(jī)、主控制器、伸縮控制桿、存儲(chǔ)器等組成[6]。操作人員通過調(diào)節(jié)操作桿長度，將攝像機(jī)置于檢查井內(nèi)管口處，通過調(diào)整燈光、焦距等方式，獲取管道內(nèi)部影像等相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便快捷，檢測(cè)效果高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)適用于DN150～DN2000 mm的管道，具有較大的檢測(cè)范圍，檢測(cè)深度可達(dá)80 m，適用于檢查井深度較深、充滿度高、流量大管道。與CCTV、聲納檢測(cè)技術(shù)相比，QV技術(shù)的的攝像頭不能深入管道內(nèi)部，因此，檢測(cè)距離有限，最遠(yuǎn)為100 m左右，對(duì)于間距較大的檢查井檢測(cè)效果不理想，當(dāng)管道距離超過QV系統(tǒng)的最大檢測(cè)距離時(shí)，無法進(jìn)行全面檢測(cè)[7]。

1.4 小結(jié)

排水管網(wǎng)物探檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確判斷問題管網(wǎng)所在位置，然而單一技術(shù)往往不能很好的滿足檢測(cè)要求。近年來，開始將多種技術(shù)結(jié)合使用，以做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得更加準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)[8]。排水管網(wǎng)物探檢測(cè)技術(shù)只能對(duì)管道的結(jié)構(gòu)性情況進(jìn)行檢測(cè)，無法對(duì)管道內(nèi)來水的水量、水質(zhì)情況進(jìn)行定性或定量的分析，需與水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，以加強(qiáng)對(duì)于排水管網(wǎng)管理和運(yùn)行調(diào)度的指導(dǎo)性。

2 水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)

與排水管網(wǎng)物探檢測(cè)技術(shù)不同，水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)主要通過監(jiān)測(cè)管道流量和水質(zhì)，判斷管道中不同來水情況，包括生活污水、工業(yè)污水、地下水、雨水等，進(jìn)而分析管道混接以及地下水滲入情況，反映管道狀況。

2.1 排水管網(wǎng)流量檢測(cè)技術(shù)

管道流量檢測(cè)技術(shù)主要通過在管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)或潛在混接點(diǎn)安裝流量計(jì)，監(jiān)測(cè)管道流量，并根據(jù)水量平衡，計(jì)算混接水量情況。需針對(duì)研究區(qū)域的排水管網(wǎng)進(jìn)行前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在管道內(nèi)安裝流量計(jì)，壓力損失應(yīng)盡可能好，同時(shí)測(cè)量范圍應(yīng)較大，以適應(yīng)不同時(shí)間段的流量差別，防護(hù)等級(jí)也要滿足所處環(huán)境的要求。

2.1.1 流量計(jì)

流量計(jì)類型主要包括電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。其中，超聲波流量計(jì)應(yīng)用最為廣泛，主要基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中的傳播速度，等于被測(cè)介質(zhì)平均流速與聲波在靜止介質(zhì)中速度矢量和的原理進(jìn)行開發(fā)，分為多普勒超聲波流量計(jì)和時(shí)差法超聲波流量計(jì)。

其中，多普勒超聲波流量計(jì)的應(yīng)用較多，配備有超聲波發(fā)射器和水深壓力傳感器。其中，超聲波發(fā)射器利用相位差法測(cè)定流速，通過探頭斜向上發(fā)出超聲波并在流體中傳播。由于流體中含有氣泡或顆粒等雜質(zhì)(認(rèn)為雜質(zhì)和水流速度一致)，當(dāng)超聲波接觸到流體中雜質(zhì)時(shí)，導(dǎo)致其在2個(gè)接收器(或發(fā)射器)之間的頻率或相位發(fā)生相對(duì)變化，產(chǎn)生多普勒頻移，從而測(cè)量出流體的流速。水深壓力傳感器可以通過水壓，測(cè)量水體液位，獲得過水面積。進(jìn)一步利用速度面積流量法，獲得瞬時(shí)流量，如式(1)和式(2)[9]。

(1)

(2)

其中：f0——超聲波發(fā)射的固定頻率，Hz；

Δf——超聲波發(fā)射與接受換能器頻率差，Hz；

A——被測(cè)管道截面積，m2；

θ——超聲波與流體流速方向夾角；

c——超聲波在流體中的傳播速度，m/s；

v——流體速度，m/s。

對(duì)于時(shí)差法超聲波流量計(jì)，其利用一對(duì)超聲波換能器相向交替(或同時(shí))收發(fā)超聲波，通過觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差，間接測(cè)量流體流速，進(jìn)一步計(jì)算流量。

馮滄等[10]在上海市長寧區(qū)采用多普勒超聲波流量計(jì)，開展了重點(diǎn)區(qū)域雨、污管道水位、水量的調(diào)查工作，結(jié)果表明，雨水管道旱天流量存在與生活用水量逐時(shí)變化規(guī)律一致的變化過程，較好說明了雨污混接現(xiàn)象的存在。王東輝[11]采用多普勒超聲波流量計(jì)對(duì)杭州市玉古路-西溪路交叉口管道進(jìn)行了流量監(jiān)測(cè)，獲得了旱天和雨天的水量、充滿度、水位、流速等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度較高。同時(shí)，該技術(shù)還可以對(duì)地下水滲入情況進(jìn)行分析，主要包括用水量折算法和夜間最小流量法。

2.1.2 用水量折算法

用水量折算法根據(jù)旱天時(shí)排水系統(tǒng)內(nèi)水量由原生污水和地下水滲入組成的原理，通過服務(wù)范圍內(nèi)的供水量數(shù)據(jù)估計(jì)排水系統(tǒng)內(nèi)的原生污水，包括生活用水、工業(yè)用水、商業(yè)用水等，根據(jù)流量計(jì)數(shù)據(jù)與原生污水量的差額，估算進(jìn)入管道系統(tǒng)內(nèi)的外來水量，如式(3)。

Qi=Qa-P×TW-Qin

(3)

其中：Qi——區(qū)域地下水入滲量，m3；

Qa——晴天污水量，m3；

P——區(qū)域人口數(shù)；

TW——人均日污水定額，m3/d；

Qin——區(qū)域內(nèi)工業(yè)廢水日排放量，m3。

用水量折算法簡(jiǎn)單易用，評(píng)估費(fèi)用少，適用于排水系統(tǒng)邊界明確，統(tǒng)計(jì)水量方便的區(qū)域。然而，該方法較為粗略，準(zhǔn)確性較低。

2.1.3 夜間最小流量法

夜間最小流量法根據(jù)污水排放量變化與人們生活規(guī)律密切相關(guān)的原理，進(jìn)行流量分析。通常認(rèn)為早晨7∶00—9∶00、中午11∶00—13∶00、晚上19∶00—21∶00為用水量高峰，夜間2∶00—4∶00最小。在人口較少的區(qū)域，夜間2∶00—4∶00的流量可作為地下水滲入量，人口稠密的地區(qū)需考慮一定的夜間污水排放量。

時(shí)珍寶等[12-13]應(yīng)用用水量折算法和夜間最小流量法，對(duì)上海市2個(gè)生活小區(qū)的地下水滲入量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，古北新區(qū)的地下水滲入比例為10%～15%，程橋污水系統(tǒng)的為25%～29%，2種方法得到的結(jié)果具有較好的一致性。

然而，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，夜間用水量比例也呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，在一些特大城市這種方法的誤差較高。同時(shí)，夜間最小流量法的準(zhǔn)確性受到泵站前池水位變化幅度、服務(wù)范圍大小等因素影響，適用于小范圍的居民生活區(qū)。李嵐等[14]研究表明，各地夜間最小流量出現(xiàn)的時(shí)間存在差異，通用型方法適用性較差，需選擇較大的時(shí)間區(qū)間1∶00—5∶00，進(jìn)行連續(xù)多日監(jiān)測(cè)，根據(jù)流量頻率分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，精確確定研究區(qū)域的夜間最小流量發(fā)生的時(shí)間區(qū)間，提高結(jié)果準(zhǔn)確度。

圖1 流程圖法Fig.1 Method of Flow Chart

排水管網(wǎng)流量檢測(cè)技術(shù)具有測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行雨污混接量分析。然而由于大量安裝流量計(jì)也會(huì)產(chǎn)生許多人力成本，同時(shí)，由于排水管道內(nèi)存在垃圾，也會(huì)造成流量計(jì)垃圾纏繞，導(dǎo)致測(cè)定數(shù)據(jù)存在問題，在管理維護(hù)上具有較大困難。因此，適用于進(jìn)行短期流量監(jiān)測(cè)，以及易于流量計(jì)安裝和維護(hù)的管道系統(tǒng)。

2.2 示蹤劑檢測(cè)技術(shù)

示蹤劑檢測(cè)技術(shù)通過在需調(diào)查的管網(wǎng)系統(tǒng)起端投加示蹤劑，通過開啟檢查井觀察是否有示蹤劑存在，判斷管道混接情況。Jewell[15]采用該方法，對(duì)波士頓Stony Brook排水系統(tǒng)、混接管段進(jìn)行了逐級(jí)溯源。該方法適用于小范圍內(nèi)某一管道混接情況的精確判別，如果判別大范圍區(qū)域的混接，成本較高，存在需投入較大人力物力的問題。

2.3 水質(zhì)特征因子檢測(cè)技術(shù)

水質(zhì)特征因子技術(shù)是美國EPA在1993年頒布的雨污混接調(diào)查技術(shù)指南中提出的方法，主要根據(jù)各來源水體的水質(zhì)特征不同，包括生活污水、工業(yè)污水、地下水等，選取能夠表征不同來水的水質(zhì)特征因子，通過監(jiān)測(cè)排水管網(wǎng)旱天和雨天出流的水量和水質(zhì)，以區(qū)分不同來水。主要包括流程圖法和化學(xué)質(zhì)量平衡方法。

2.3.1 流程圖法

流程圖法根據(jù)各種可能來源水體的水質(zhì)特征，確定能夠區(qū)分不同來水的示蹤水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)管道進(jìn)行分析判斷[16]，如圖1所示。該方法選取的水質(zhì)指標(biāo)及取值范圍與地域特點(diǎn)密切相關(guān)，適用于排水管網(wǎng)來水成分的定性分析。

2.3.2 化學(xué)質(zhì)量平衡法

化學(xué)質(zhì)量平衡法是一種定量分析方法，由于對(duì)于一個(gè)泵站受納范圍的排水系統(tǒng)來說，其系統(tǒng)是相對(duì)封閉的，旱天污染物的輸入、輸出具有平衡關(guān)系，其中，輸入主要包括生活污水、工業(yè)污水、地下水滲入等。該方法根據(jù)旱流污水實(shí)測(cè)結(jié)果，初步判斷管道中的主要來水，選取表征不同來源的示蹤水質(zhì)參數(shù)，根據(jù)排水系統(tǒng)輸入-輸出物料守恒原理，對(duì)各種來水建立聯(lián)立方程組，從而定量判斷各種來水比例[17]，如式(4)～式(6)，其中式(6)為約束條件。該方法適用于排水系統(tǒng)來水成分的定量分析。

(4)

(5)

(6)

其中：Pi——第i個(gè)水質(zhì)特征因子；

Cii——第i個(gè)來水的第i個(gè)水質(zhì)特征因子質(zhì)量濃度，mg/L；

Ai——第i個(gè)來水的水量比例；

Qi——第i個(gè)來水的旱天水量，m3；

Q——旱天總流量，m3；

n——水量來源的數(shù)量。

水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)具有波動(dòng)性，導(dǎo)致排水系統(tǒng)來水解析存在很大不確定性，因此，研究區(qū)域不同來水水質(zhì)特征因子本底值數(shù)據(jù)庫的建立，以及末端水質(zhì)檢測(cè)，對(duì)于來水解析特別重要，同時(shí)，可以采用一些不確定性數(shù)據(jù)分析方法，如蒙特卡羅方法[18]等，提高解析準(zhǔn)確性。對(duì)于水質(zhì)特征因子的選取，應(yīng)具有以下特征：包括不同混接源中該物質(zhì)的濃度差異顯著，屬于保守型物質(zhì)，具有良好的檢出限、靈敏度及重現(xiàn)性，且易測(cè)定[16]。根據(jù)已有研究，對(duì)于地下水來說，降雨在向地下含水層的下滲過程中，會(huì)溶解石灰?guī)r，導(dǎo)致含水層中的鈣、鎂離子濃度偏高[19]。因此，硬度是表征淺層地下水的水質(zhì)特征因子指標(biāo)。對(duì)于生活污水來說，傳統(tǒng)的水質(zhì)特征因子主要包括微生物、總氮、氨氮、表面活性劑等，近年來，又開始出現(xiàn)了一些新型水質(zhì)特征因子，如檸檬酸、安賽蜜等。這些物質(zhì)是廣泛應(yīng)用于食品、飲料、藥物和個(gè)人護(hù)理品的人工合成或半合成的有機(jī)化合物，隨人體排泄物排出，不易降解，因此，可用于表征生活污水[20-21]，但是指標(biāo)測(cè)定過程較為復(fù)雜，如表1所示。對(duì)于工業(yè)污水的水質(zhì)特征因子，主要根據(jù)不同工業(yè)類型的特點(diǎn)進(jìn)行選取，美國EPA推薦了諸多行業(yè)的水質(zhì)特征因子[16]，如表2所示。

表1 生活污水特征污染物Tab.1 Characteristic Pollutants of Domestic Sewage

目前，該方法在國內(nèi)外的應(yīng)用已較多，Irvine等[22]在對(duì)雨水管網(wǎng)排口旱天調(diào)查的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)廢水pH、溫度、電導(dǎo)率，并選取硝氮、氨氮、氟化物、鉀、陰離子表面活性劑、總氯、磷、渾濁度和大腸桿菌等12個(gè)指標(biāo)作為水質(zhì)特征因子，成功對(duì)紐約西部地區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行了污染溯源。Lilly等[23]以氨氮、表面活性劑、鉀、氟化物等為特征因子，利用流程圖法對(duì)切薩皮克灣2個(gè)子流域進(jìn)行雨污混接水量來源解析，結(jié)果表明，2個(gè)子流域的雨水管網(wǎng)旱天出流量分別為5 110 m3/d及946 m3/d，主要混接類型有3種，包括生活污水、清洗廢水、自來水。徐祖信等[24]將水質(zhì)特征因子技術(shù)和蒙特卡洛不確定性分析方法結(jié)合，分別采用安賽蜜、總氮表征生活污水，硬度表征地下水，氟化物表征工業(yè)污水，解析了排水管道中3種來水的水量比例，對(duì)地下水滲入情況進(jìn)行了分析。

2.4 三維熒光光譜檢測(cè)技術(shù)

目前，排水系統(tǒng)中污染物質(zhì)來源解析方法多以水質(zhì)指標(biāo)分析的方法為主，該方法由于是濃度指標(biāo)，測(cè)試工作量較大，且耗時(shí)較長。因此，需開發(fā)一種快捷、靈敏、高效的排水系統(tǒng)污染物質(zhì)來源解析方法。

已有一些研究通過采用三維熒光光譜法測(cè)定水體中溶解性有機(jī)物的方式，指示污染物的不同來源。

表2 工業(yè)污水特征污染因子Tab.2 Characteristic Pollution Factors of Industrial Wastewater

首先，對(duì)于DOM來說，是指能夠通過0.45 μm的濾膜，且在后續(xù)分析過程中不因揮發(fā)而損失的有機(jī)物，是一種具有復(fù)雜化學(xué)結(jié)構(gòu)的多元成分混合物[25-26]。城市排水系統(tǒng)污染主要是有機(jī)污染，而DOM是有機(jī)物污染物的最主要成分，通常占據(jù)總有機(jī)物含量的80%～90%[27]。因此，利用DOM表征城市排水系統(tǒng)污染具有代表性和普遍意義。

在城市排水系統(tǒng)中，DOM受到來源因素和地理化學(xué)作用影響，與在自然水文循環(huán)存在很大差別。通過三維熒光光譜掃描檢測(cè)，根據(jù)熒光峰強(qiáng)度和波長位置的變化，能夠反映DOM組分的濃度和結(jié)構(gòu)變化，可以獲取反映DOM中所含大多數(shù)有機(jī)結(jié)構(gòu)體的復(fù)雜指紋矩陣圖譜。由于不同熒光團(tuán)之間存在相互干擾和重疊的現(xiàn)象，需通過PARAFAC模型，將熒光圖譜分解為若干個(gè)典型組分的單一指紋矩陣[28]。DOM的組分性質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的指紋圖譜特征，主要由其來源和傳輸過程中所受到的生物、地理、化學(xué)作用決定。因此，解析結(jié)果能夠反映DOM各組分的來源和傳輸過程信息，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染特征的分析和污染來源的指示，包括陸源、人為源等。同時(shí)，檢測(cè)和解析速度較快。

目前，在國內(nèi)外的研究中，該方法主要集中于地表徑流和自然水體的污染物解析過程。Williams等[29]、Yamashita等[30]通過EEM-PARAFAC模型擬合分析，獲得了特定自然水體DOM的主要組分，并以此為基礎(chǔ)研究了對(duì)DOM性質(zhì)和濃度產(chǎn)生主要影響的來源和過程因素。Inamdar 等[31]利用EEM-PARAFAC模型，配合主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法，在長期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上研究了森林流域水體DOM的濃度和性質(zhì)，結(jié)果顯示，各來源輸出DOM的濃度和質(zhì)量差異顯著。祝鵬等[32]對(duì)太湖水體DOM的研究，證明EEM-PARAFAC方法可以快速有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)DOM組分和種類的識(shí)別。

在排水系統(tǒng)領(lǐng)域，生活污水、地下水等來源水體具有不同的熒光特征，生活污水表現(xiàn)為蛋白質(zhì)的熒光組分，地下水為腐植酸類熒光組分較為強(qiáng)烈。因此，可以根據(jù)排水系統(tǒng)不同來源水體以及末端水體的熒光特征，解析溯源系統(tǒng)的來水情況。陳浩[33]將EEM-PARAFAC方法，應(yīng)用于排水系統(tǒng)溢流污染來源解析的研究中，根據(jù)不同來源水體以及溢流水體的熒光特征，快速定性解析了溢流污染的來源。根據(jù)上述原理，三維熒光光譜檢測(cè)技術(shù)具有快速解析排水系統(tǒng)來水情況的適用性，以進(jìn)一步診斷管網(wǎng)狀況。與水質(zhì)特征因子方法相同，不同來水熒光特征的識(shí)別，對(duì)于來水情況解析至關(guān)重要。

3 排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)比及發(fā)展趨勢(shì)

不同排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)具有各自的特點(diǎn)和適用性，本文根據(jù)目前不同技術(shù)在排水管網(wǎng)檢測(cè)過程中的應(yīng)用，以及上述分析，對(duì)不同檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比和總結(jié)，如表3所示。不同管道物探檢測(cè)技術(shù)的適用范圍不同，目前在實(shí)際應(yīng)用過程中，多為不同物探檢測(cè)技術(shù)之間相互結(jié)合運(yùn)用，可以準(zhǔn)確判斷問題管網(wǎng)所在位置，但是具有耗時(shí)長、人力物力成本較高、無法區(qū)分來水成分等缺點(diǎn)。流量檢測(cè)技術(shù)通過在管道內(nèi)安裝流量計(jì)，可以獲取管道內(nèi)的流量情況和變化規(guī)律，為判斷管網(wǎng)狀況，以及管網(wǎng)運(yùn)行和管理提供數(shù)據(jù)支持。水質(zhì)特征因子和三維熒光光譜檢測(cè)技術(shù)能夠定量和快速定性分析管道的不同來水情況。目前，在排水管道檢測(cè)領(lǐng)域，物探檢測(cè)技術(shù)和水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合較少，無法在很大程度上充分發(fā)揮不同方法具有的優(yōu)勢(shì)。在未來的應(yīng)用中，可以將2種方法有效結(jié)合，通過運(yùn)用水量水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，能夠快速溯源解析管道的來水情況。根據(jù)解析結(jié)果，可以在很大程度上縮小物探檢測(cè)范圍，聚焦重點(diǎn)研究區(qū)域，進(jìn)一步結(jié)合物探檢測(cè)技術(shù)，獲取管道破損等情況，從而節(jié)省人力物力財(cái)力以及時(shí)間成本，充分發(fā)揮不同方法具有的優(yōu)勢(shì)。這將是未來排水管網(wǎng)檢測(cè)的發(fā)展方向。

表3 不同排水管網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)比Tab.3 Comparison of Different Detection Technologies of Drainage Network

4 結(jié)論

由于排水管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，管道調(diào)查成本較高，耗時(shí)較長。傳統(tǒng)的物探檢測(cè)技術(shù)逐漸顯現(xiàn)出一些弊端，在未來的應(yīng)用過程中，應(yīng)將“管賬”與“水帳”結(jié)合，利用三維熒光方法快速定性解析排水系統(tǒng)來水情況；以及運(yùn)用水質(zhì)特征因子-化學(xué)質(zhì)量平衡方法定量解析來水比例，反映管道狀況，從而聚焦重點(diǎn)研究區(qū)域；縮小物探檢測(cè)范圍，充分發(fā)揮各種方法具有的優(yōu)勢(shì)，以在最大程度節(jié)省人力、物力、時(shí)間成本的基礎(chǔ)上，獲取全面可靠的管道檢測(cè)數(shù)據(jù)。