城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)預(yù)診斷技術(shù)及在六安市某區(qū)域的應(yīng)用研究

王禮兵

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122；2.浙江省華東生態(tài)環(huán)境工程研究院，杭州 311122）

1 引言

當(dāng)前，城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)普遍面臨著管網(wǎng)滲漏缺陷、高水位運(yùn)行和污水處理廠進(jìn)水污染物濃度低、運(yùn)行效能低的問(wèn)題[1]。排水系統(tǒng)預(yù)診斷實(shí)質(zhì)是對(duì)完整的廠網(wǎng)一體排水系統(tǒng)的本底調(diào)查分析。在排水管網(wǎng)普查基礎(chǔ)上，采用流量比較、水質(zhì)分析、人工排查等方式定性分析排水系統(tǒng)，采用節(jié)點(diǎn)流量水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段，通過(guò)對(duì)上下游節(jié)點(diǎn)水質(zhì)水量比對(duì)、穿河管段污染物濃度調(diào)查等手段進(jìn)行初步分析診斷，判定外水侵入的主要類(lèi)型，估算外水滲入量，聚焦外水入侵嚴(yán)重區(qū)域。通過(guò)雨天及旱期的流量比對(duì)，初步判定區(qū)域的雨污混接程度，聚焦混接污染嚴(yán)重區(qū)域。

2 城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)預(yù)診斷的目的與方法

2.1 了解項(xiàng)目范圍內(nèi)廠管一體化系統(tǒng)的運(yùn)行情況

系統(tǒng)分析污水廠地理位置、設(shè)計(jì)規(guī)模、現(xiàn)狀日進(jìn)水量、進(jìn)水水質(zhì)情況等，以及泵站地理位置、現(xiàn)狀運(yùn)行情況等。

2.2 初步判斷片區(qū)混接、錯(cuò)接程度

通過(guò)雨天及旱期的流量比對(duì)，初步判定區(qū)域的雨污混接程度，聚焦雨污混接污染嚴(yán)重區(qū)域。

2.3 定量、半定量分析外水入網(wǎng)的類(lèi)型、占比

通過(guò)對(duì)上下游節(jié)點(diǎn)水質(zhì)水量比對(duì)、穿河管段污染物濃度調(diào)查等手段對(duì)排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行初步分析診斷，判定外水侵入的主要類(lèi)型，估算區(qū)域內(nèi)外水滲入的基礎(chǔ)流量。

2.4 對(duì)檢測(cè)實(shí)施提供參考

在排水管網(wǎng)普查成果的基礎(chǔ)上開(kāi)展排水系統(tǒng)管網(wǎng)預(yù)診斷工作，有利于更詳細(xì)地了解排水系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況及問(wèn)題所在，明確下一步管網(wǎng)排查工作及管網(wǎng)整治工作的重點(diǎn)，同時(shí)有利于檢驗(yàn)管網(wǎng)整治工作的效果。

2.5 為修復(fù)設(shè)計(jì)提供參考

預(yù)診斷成果可為設(shè)計(jì)人員提供清晰的管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系圖，根據(jù)高水位和外水入網(wǎng)分析結(jié)果，可為設(shè)計(jì)人員的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決提供參考。

2.6 為修復(fù)評(píng)估提供背景值

水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)是預(yù)診斷的重要工作內(nèi)容之一，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可了解區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，同時(shí)，也為管網(wǎng)的修復(fù)設(shè)計(jì)后評(píng)估以及提質(zhì)增效工程實(shí)施的效果提供水質(zhì)水量本底值。

預(yù)診斷的工作流程如圖1所示。

圖1 排水管網(wǎng)預(yù)診斷工作流程

3 預(yù)診斷在六安市某區(qū)域排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 六安市某區(qū)域排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

六安市經(jīng)過(guò)多年努力，建成了較為完善的城市排水系統(tǒng)，具備較強(qiáng)的排水能力，且河渠溝塘眾多，蓄滯雨水能力較強(qiáng)。但排水系統(tǒng)尚存在雨污混接、管網(wǎng)高水位運(yùn)行、河湖水倒灌、排口直排等問(wèn)題未得以徹底改善，混接、錯(cuò)接、滲漏等問(wèn)題較為普遍。

3.2 區(qū)域用水量及廠站運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

3.2.1 區(qū)域用水量分析

CB區(qū)居民小區(qū)及事業(yè)單位合計(jì)392家，2019年總用水量約為2.143×107t，合計(jì)58 721 t/d。JK區(qū)的用水單位共有27家，年總用水量為8.86×105t，日均用水量為2 428 t/d。

3.2.2 污水廠水量水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

CB區(qū)污水處理廠設(shè)計(jì)處理量為8×104m3/d，根據(jù)規(guī)劃污水廠二期規(guī)模擴(kuò)建到1.6×105m3/d。2017—2019年，月平均處理量分別為2.46×106t、2.53×106t和2.41×106t，污水量變化不大，且污水廠已滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。JK區(qū)污水廠設(shè)計(jì)處理量為2×104m3/d，處理量變化較大，相比2017年，2019年平均處理量增長(zhǎng)近2倍。

CB區(qū)污水廠2017—2019年進(jìn)水COD濃度月變化波動(dòng)情況不大，均在160～260 mg/L；從月平均濃度來(lái)看，2017年（241.3 mg/L）濃度相對(duì)較高，2018年（203.7 mg/L）和2019年（209.4 mg/L）相對(duì)較低，說(shuō)明2018年和2019年外水入侵情況較2017年嚴(yán)重。

TN的變化趨勢(shì)情況總體與COD相似，TN的變化范圍在25～35 mg/L，月平均濃度2017年（34.1 mg/L）＞2018年（30.9 mg/L）＞2019年（26.0 mg/L），說(shuō)明外水入網(wǎng)情況逐年加重，間接反映了CB區(qū)管網(wǎng)質(zhì)量和健康情況在惡化。

JK區(qū)污水廠2017年和2018年COD濃度月變化波動(dòng)情況相對(duì)較低，均在90～160 mg/L，2019年變化較大，波動(dòng)范圍在70～240 mg/L，說(shuō)明2019年外水入侵情況較之前更嚴(yán)重，但COD月平均濃度2019年（164.9 mg/L）＞2017年（137.6 mg/L）＞2018年（116.7 mg/L），說(shuō)明2019年工業(yè)排量增加，與污水廠處理量分析結(jié)果相符。

氨氮統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與COD一致，2019年的波動(dòng)相比于2017和2018年較大，氨氮月平均濃度2019年（21.28 mg/L）＞2017年（16.08 mg/L）＞2018年（14.3 mg/L）。根據(jù)分析結(jié)果，2019年外水入網(wǎng)情況比2017和2018年嚴(yán)重，導(dǎo)致了污水廠處理水量波動(dòng)較大，間接反映了JK區(qū)管網(wǎng)質(zhì)量和健康情況也在惡化。

3.2.3 施工工地排水入網(wǎng)分析

研究區(qū)域內(nèi)共有24個(gè)大型工地，考慮到各工地在施工規(guī)模、項(xiàng)目進(jìn)度、施工場(chǎng)地等方面的差異，導(dǎo)致工地排水規(guī)律不清晰，因此，結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)，取每個(gè)工地的日涌水量150 m3/d來(lái)估計(jì)，整個(gè)調(diào)查區(qū)域內(nèi)的施工降水入網(wǎng)量為3 600 m3/d。其中，CB區(qū)3 000 m3/d，JK區(qū)600 m3/d。在同時(shí)排水的情況下，施工降水分別僅占污水處理廠設(shè)計(jì)負(fù)荷的3.75%和3%。

3.2.4 工業(yè)廢水排放分析

CB區(qū)8家排水大戶(hù)2017年日均排水量約為1 759 m3，JK區(qū)4家排水大戶(hù)2017年日均排水量為1 516 m3，兩區(qū)域的總?cè)站潘繛? 275 m3。兩區(qū)工業(yè)廢水排放量占相應(yīng)的兩個(gè)污水廠設(shè)計(jì)總負(fù)荷的3.28%。

3.3 管網(wǎng)外來(lái)水入滲入流分析

由上文可知，兩座污水廠進(jìn)水水質(zhì)均未達(dá)到其水質(zhì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)，而進(jìn)水量卻逐年上升，考慮到研究區(qū)域污水管網(wǎng)運(yùn)行水位高的特點(diǎn)，可分析得知，兩區(qū)污水管網(wǎng)可能存在地下水入滲及河湖水倒灌等現(xiàn)象。因此，首先根據(jù)管道物探技術(shù)對(duì)污水管網(wǎng)地下水滲漏點(diǎn)、雨水排口倒灌點(diǎn)進(jìn)行摸排，再結(jié)合水質(zhì)水量取樣監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)突變點(diǎn)進(jìn)行捕捉，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)外來(lái)水入流入滲的定性檢測(cè)，最后根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)解析管網(wǎng)外來(lái)水量，并對(duì)其嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)評(píng)估。

3.3.1 基于管網(wǎng)檢測(cè)的地下水滲入分析

采用QV或CCTV設(shè)備對(duì)兩區(qū)污水廠和收水范圍內(nèi)的市政雨污水管網(wǎng)及設(shè)施進(jìn)行功能性、結(jié)構(gòu)性缺陷檢測(cè)評(píng)估。截至2020年8月，兩個(gè)調(diào)查區(qū)域雨、污管線(xiàn)共檢測(cè)出缺陷25 807處，其中CB區(qū)污水管線(xiàn)4 186處，雨水管線(xiàn)18 108處，JK區(qū)污水管線(xiàn)2 757處，雨水管線(xiàn)756處。

以CB區(qū)為例，CB區(qū)污水管線(xiàn)共檢測(cè)出結(jié)構(gòu)性缺陷3 557個(gè)。其中3級(jí)、4級(jí)缺陷共467處，占比為13.12%；從缺陷類(lèi)型上看，共檢測(cè)出錯(cuò)口1 000處，占比最大，為28.11%，其次為破裂和變形，分別占21.62%和18.53%。CB區(qū)污水管線(xiàn)共檢測(cè)出功能性缺陷629個(gè)，其中3級(jí)、4級(jí)缺陷共183處，占比為29.09%；從缺陷類(lèi)型上看，共檢測(cè)出障礙物426處，占比最大，為67.73%，其次為沉積和樹(shù)根，分別占13.99%和9.06%。

基于兩片區(qū)管道檢測(cè)數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)污水管道內(nèi)存在大量滲漏點(diǎn)，其中CB區(qū)179處，JK區(qū)86處，分別占到兩區(qū)域結(jié)構(gòu)性缺陷總數(shù)的5.03%和3.4%。其中，3級(jí)滲漏34處、4級(jí)滲漏2處。滲漏點(diǎn)的存在會(huì)導(dǎo)致地下水等外來(lái)水的入滲，還會(huì)造成對(duì)管道結(jié)構(gòu)的破壞和周?chē)馏w的侵蝕。

3.3.2 基于排口調(diào)查成果的倒灌點(diǎn)分析

全區(qū)共查明雨水管道排水口316處，其中有32處在旱季處于淹沒(méi)狀態(tài)。此外，2020年6月，分別明確了3處顯著的排口倒灌位置，并測(cè)量了倒灌流量，日均倒灌流量分別為169.6 m3/d、292.7 m3/d、973.6 m3/d，其他未定倒灌點(diǎn)需在后續(xù)調(diào)查開(kāi)展后，才能確定其流量。

3.3.3 基于節(jié)點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的外來(lái)水入流入滲分析

區(qū)域源頭污水的濃度監(jiān)測(cè)中，對(duì)兩區(qū)內(nèi)共5個(gè)批次，86個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)按其性質(zhì)分類(lèi)，全面地分析了區(qū)域內(nèi)污水濃度的特征情況。對(duì)CB區(qū)3個(gè)典型居民小區(qū)出水的監(jiān)測(cè)顯示，原生生活污水電導(dǎo)率、硬度、COD、氨氮均值分別為836 μS/cm、80 mg/L、250 mg/L、53 mg/L，明顯高于污水廠進(jìn)水水質(zhì)，表明污水管網(wǎng)流行過(guò)程中存在外水入網(wǎng)情況。

對(duì)兩區(qū)內(nèi)涉及4種行業(yè)的8家排水大戶(hù)的廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，由于行業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)和工藝流程的差異，導(dǎo)致不同工廠廢水濃度之間差異顯著，整體上所調(diào)查的工業(yè)廢水COD和氨氮指標(biāo)低于原生生活污水水質(zhì)，也低于污水廠進(jìn)廠濃度，但由于工業(yè)廢水水量占比較小，僅為3.28%，因此，對(duì)污水廠進(jìn)水水質(zhì)無(wú)顯著影響。

過(guò)河管道上下游及相關(guān)地表水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)表明，4段穿河管段的上下游節(jié)點(diǎn)水質(zhì)測(cè)值并沒(méi)有大幅度變化，表明該4處管段無(wú)明顯滲漏現(xiàn)象；另外，淠河總干渠測(cè)點(diǎn)水質(zhì)狀況明顯優(yōu)于淠河，表明淠河測(cè)點(diǎn)臨近水域可能存在污水直排污染現(xiàn)象。

兩區(qū)3條污水主干管沿程水質(zhì)都呈現(xiàn)出先降低、后陡增的變化趨勢(shì)，結(jié)合分析表明，水質(zhì)下降段可能與外來(lái)水稀釋有關(guān)，而突增部分可能由較高濃度污水接入造成。

3.4 基于水量監(jiān)測(cè)的雨污混接狀況分析

3.4.1 水量監(jiān)測(cè)分析

對(duì)兩區(qū)共計(jì)11個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行連續(xù)3個(gè)旱天和1個(gè)雨天的流量檢測(cè)，采用DX-LSX-2便攜式多普勒超聲波流量計(jì)進(jìn)行管道流量的測(cè)量。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，站前泵站24 h連續(xù)運(yùn)行，3個(gè)旱天和1個(gè)月天的流量變化趨勢(shì)基本相同；高峰時(shí)段和低峰時(shí)段基本一致；雨天降雨時(shí)段的平均流量為0.123 m3/s，旱天對(duì)應(yīng)時(shí)段的數(shù)據(jù)分別為：0.108、0.108、0.103 m3/s，均值為0.106 m3/s。

3.4.2 雨水入網(wǎng)評(píng)價(jià)

根據(jù)泵站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)結(jié)果，在各泵站收水范圍和關(guān)鍵點(diǎn)位的控制范圍內(nèi)，通過(guò)雨天、旱天降雨時(shí)段數(shù)據(jù)對(duì)比，雨水入網(wǎng)占比按式（1）計(jì)算：

式中，λ為雨水入網(wǎng)占比，%；Q雨天為雨天時(shí)泵站流量，m3/d；Q旱天為旱天時(shí)泵站流量，m3/d。

不同區(qū)域間，由于管網(wǎng)健康狀況和運(yùn)行負(fù)荷差異，導(dǎo)致雨水入侵情況不同；通過(guò)對(duì)雨水占比量的賦值，可對(duì)區(qū)域雨水入網(wǎng)的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析。雨水占比小于15%，雨污混接狀況為一般；占比為15～35%，則為嚴(yán)重；占比為35～55%，則為較嚴(yán)重；占比超過(guò)55%，則為非常嚴(yán)重。

根據(jù)上述分析和賦值情況，可得到區(qū)域內(nèi)不同區(qū)塊雨水入網(wǎng)狀況。由于分析結(jié)果受降雨強(qiáng)度和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量影響較大，不同場(chǎng)次的降雨量可導(dǎo)致分析結(jié)果有差異，評(píng)價(jià)結(jié)果可作為定性分析參考。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究討論了城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)預(yù)診斷的目的與方法，并在六安市某區(qū)域污水系統(tǒng)的排查整治工程實(shí)踐中，應(yīng)用了排水系統(tǒng)預(yù)診斷技術(shù)。對(duì)六安市城區(qū)污水系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，收集并分析了區(qū)域用水量與污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)污水系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀開(kāi)展初步分析。在此基礎(chǔ)上，采用管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、排口調(diào)查、節(jié)點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)等手段分析了管網(wǎng)外來(lái)水的入滲情況。最后通過(guò)水量監(jiān)測(cè)的方法分析評(píng)價(jià)了管網(wǎng)系統(tǒng)的雨污混接狀況。通過(guò)預(yù)診斷技術(shù)，對(duì)案例中排水系統(tǒng)存在的管網(wǎng)高水位運(yùn)行、污水廠進(jìn)水濃度低的問(wèn)題進(jìn)行了診斷評(píng)估，分析了管網(wǎng)外來(lái)水入滲和雨污混接情況，為進(jìn)一步高效開(kāi)展污水系統(tǒng)的排查與整治提供了技術(shù)指導(dǎo)。

本研究可為長(zhǎng)江大保護(hù)項(xiàng)目及其他地區(qū)排水系統(tǒng)排查整治工作提供參考借鑒。