城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)精細(xì)化管理措施研究

柯臻瑋

（廣州市城市排水有限公司，廣東 廣州 510335）

0 引言

近年來(lái)，在以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入踐行習(xí)近平生態(tài)文明思想，堅(jiān)持精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污、依法治污的理念下，水污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)取得了明顯成效，Z市水環(huán)境質(zhì)量實(shí)現(xiàn)重大改善。為鞏固水污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)成果，滿足城市居民對(duì)水環(huán)境的期望，不斷提高城市自身排水系統(tǒng)的管理水平，精細(xì)化管理的需求應(yīng)運(yùn)而生。因此，堅(jiān)持以創(chuàng)新引領(lǐng)，用繡花功夫，提高排水系統(tǒng)管理服務(wù)能力和水平，不斷提升城市設(shè)施功能品質(zhì)，改善城市生活環(huán)境，是精細(xì)化管理的努力方向。

本文從城市污水系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)出發(fā)，針對(duì)城市污水系統(tǒng)日常運(yùn)行遇到的情況及管理需求，對(duì)采取的不同措施進(jìn)行了研究。

1 增強(qiáng)底數(shù)現(xiàn)勢(shì)性，設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)觸手，實(shí)行片區(qū)化管理

Z市基礎(chǔ)污水設(shè)施數(shù)量巨大，部分排水管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，隨著城市的高速發(fā)展，排水系統(tǒng)相關(guān)規(guī)劃未能及時(shí)更新到位、城市各片區(qū)發(fā)展不平衡、相關(guān)排水配套設(shè)施建設(shè)滯后等問(wèn)題帶來(lái)的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)情況零碎化或缺失，使得某Z市排水系統(tǒng)的底子差，大大增加了管理的難度。為實(shí)現(xiàn)管理的精細(xì)化，應(yīng)逐步做到以下3個(gè)方面。

1.1 摸清底數(shù)，信息化平臺(tái)賦能管道信息增強(qiáng)現(xiàn)勢(shì)性

由于Z市原排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)零碎、更新緩慢，且重新進(jìn)行管網(wǎng)數(shù)據(jù)復(fù)檢的時(shí)間及資金成本巨大，根據(jù)污水系統(tǒng)開(kāi)展系統(tǒng)化、日常化管理的迫切需要及排水管網(wǎng)系統(tǒng)管理人員實(shí)際需求，結(jié)合管網(wǎng)巡查員的日常巡檢，通過(guò)整合零碎數(shù)據(jù)、依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不斷補(bǔ)充并更新管網(wǎng)情況，逐步形成一張底數(shù)清、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、可用性高的排水管網(wǎng)管理運(yùn)行圖，為排水管網(wǎng)系統(tǒng)的日常維護(hù)管理提供強(qiáng)而有力的支撐。同時(shí)，也為排水系統(tǒng)相關(guān)提質(zhì)增效及清污分流工作的開(kāi)展提高了效率。

摸清排水設(shè)施底數(shù)、增強(qiáng)設(shè)施數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性、建立信息化平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)城市排水現(xiàn)代化管理的基石。

1.2 通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)及智慧化手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提高數(shù)據(jù)獲取效率

為不斷提高排水系統(tǒng)運(yùn)行情況反饋精度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行信息的高效流通，最大化發(fā)揮信息的價(jià)值。建立以自動(dòng)化、信息化、智慧化手段逐步替代傳統(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)化管理的制度，結(jié)合日常巡檢重點(diǎn)難點(diǎn)部位及整體系統(tǒng)脈絡(luò)，在關(guān)鍵及重要節(jié)點(diǎn)通過(guò)安裝液位計(jì)、雨量計(jì)等物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，獲得實(shí)時(shí)管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行情況數(shù)據(jù)，了解污水系統(tǒng)健康狀況，極大地提高了效率。

1.3 推行片區(qū)化管理，提高管理責(zé)任意識(shí)

按照各污水系統(tǒng)中各主要排水管道的納污范圍、長(zhǎng)度及所在地形等要素。將管理區(qū)域從大的污水系統(tǒng)縮小化、精細(xì)化到片區(qū)，專職專責(zé)的片區(qū)管理促使片區(qū)工作人員對(duì)管轄范圍內(nèi)的管道了如指掌，同時(shí)提升了服務(wù)質(zhì)量及效率。在此基礎(chǔ)上每個(gè)片區(qū)均任命一位片區(qū)長(zhǎng)，實(shí)行片長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，促使片長(zhǎng)對(duì)管理區(qū)域系統(tǒng)性管理思考，并在排水設(shè)施管理單位中起到承上啟下作用，通過(guò)合理安排片區(qū)內(nèi)各種事務(wù)，達(dá)到提質(zhì)降本增效的目的。

2 以管理需求驅(qū)動(dòng)，研究精細(xì)化管理措施

為進(jìn)一步鞏固水環(huán)境治理工作成效，保障河道考核斷面水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，滿足日益嚴(yán)格的污水系統(tǒng)運(yùn)行需求。除不斷推進(jìn)清污分流及單元達(dá)標(biāo)創(chuàng)建新建項(xiàng)目外，還應(yīng)保障管道系統(tǒng)污水不外溢。污水管網(wǎng)中關(guān)鍵設(shè)施為管道及污水泵站。以下分別以污水系統(tǒng)現(xiàn)狀管道及泵站為主體，從提高系統(tǒng)安全及運(yùn)行韌性出發(fā)，開(kāi)展精細(xì)化管理措施的研究。

2.1 污水管道系統(tǒng)互聯(lián)安全保障研究

現(xiàn)有城市污水處理系統(tǒng)在運(yùn)行管理過(guò)程中存在各種各樣問(wèn)題，如污水管網(wǎng)的收集能力和凈水廠處理能力的不匹配，凈水廠建設(shè)與污水管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度之間的不協(xié)調(diào)及污水管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)故障引起的污水外溢等問(wèn)題。

2.1.1 污水系統(tǒng)運(yùn)行安全分析

（1）早期城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)，多結(jié)合經(jīng)濟(jì)及安全考慮對(duì)污水管道進(jìn)行設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已不符合現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)，凈水廠各主要污水管道絕大部分為單通道形式，當(dāng)在污水系統(tǒng)主通道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性問(wèn)題時(shí)，由于主通道轉(zhuǎn)輸?shù)奈鬯看螅F(xiàn)場(chǎng)難以完全導(dǎo)流，存在污水外溢風(fēng)險(xiǎn)。

（2）凈水廠或污水泵站在檢修或突發(fā)事故時(shí)，原大量污水無(wú)出路，存在外溢風(fēng)險(xiǎn)。

（3）在老城區(qū)徹底完成清污分流前，仍存部分合流排水體制區(qū)域，在雨季時(shí)降雨量大于原合流管道的設(shè)計(jì)能力時(shí)，會(huì)存在污水外溢河道風(fēng)險(xiǎn)。

下文將對(duì)Z市Y流域?yàn)槔龑?duì)污水管道系統(tǒng)安全保障開(kāi)展研究。

2.1.2 Y流域污水系統(tǒng)概況及存在問(wèn)題

Y流域內(nèi)有3個(gè)污水系統(tǒng)，分別為A系統(tǒng)、B系統(tǒng)和C系統(tǒng)。每個(gè)污水系統(tǒng)均建有一座凈水廠，A凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為55萬(wàn)t/d，近期運(yùn)行規(guī)模約50萬(wàn)t/d；B凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬(wàn)t/d，近期運(yùn)行規(guī)模約28萬(wàn)t/d；C凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬(wàn)t/d，近期運(yùn)行規(guī)模約26萬(wàn)t/d。流域內(nèi)現(xiàn)狀污水管網(wǎng)總長(zhǎng)約5000km。Y流域污水系統(tǒng)概況如圖1所示。

圖1 Y流域污水系統(tǒng)概況

Y流域內(nèi)3個(gè)污水系統(tǒng)凈水廠進(jìn)廠污水主干管均為單通道，水量大、埋深深，部分干管所處位置地質(zhì)差，建設(shè)年代久。流域內(nèi)污水系統(tǒng)有多個(gè)泵站，基數(shù)大、突發(fā)溢流事故的風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)次數(shù)相應(yīng)高。同時(shí)，流域內(nèi)部分區(qū)域仍在進(jìn)行清污分流改造，原有合流制管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，在雨季容易發(fā)生污水外溢。

2.1.3 Y流域污水系統(tǒng)安全保障思路

結(jié)合Y流域已有的實(shí)際案例及系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)情況，并根據(jù)污水系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)施情況，挖潛污水管網(wǎng)的互聯(lián)調(diào)度能力，充分分析凈水廠、污水泵站、污水管網(wǎng)之間的能力匹配，利用污水系統(tǒng)韌性降低甚至消除污水系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)污水外溢對(duì)水環(huán)境的影響。

2.1.4 Y流域污水系統(tǒng)安全保障方案研究

（1）流域現(xiàn)狀互聯(lián)設(shè)施能力。

Y流域內(nèi)的3個(gè)污水系統(tǒng)有11座污水泵站，如圖1所示。其中3個(gè)污水泵站可以使流域內(nèi)的污水在3個(gè)系統(tǒng)之間起到互相聯(lián)通作用，2個(gè)無(wú)數(shù)泵站可以系污水系統(tǒng)內(nèi)起到互相聯(lián)通作用，1處通過(guò)管道閘門(mén)可以控制污水進(jìn)入2個(gè)不同的污水系統(tǒng)。其中B1泵站可將9萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至B系統(tǒng)凈水廠、及可將5萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至C系統(tǒng)凈水廠，B3泵站可將16萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至B系統(tǒng)凈水廠、及可將16萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至A系統(tǒng)凈水廠，C1泵站可將3萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至B系統(tǒng)凈水廠；A6泵站可將22萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至A系統(tǒng)凈水廠，A7泵站可將20萬(wàn)t/d污水轉(zhuǎn)輸至A系統(tǒng)凈水廠；B2泵站下游的A系統(tǒng)與B系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可使用管道閘門(mén)控制5萬(wàn)t/d污水輸送至A系統(tǒng)或B系統(tǒng)。

（2）流域內(nèi)各污水系統(tǒng)凈水廠富余能力。

Y流域各污水系統(tǒng)凈水廠富余能力情況如表1所示。

表1 Y流域各污水系統(tǒng)凈水廠富余能力情況

（3）互聯(lián)通道調(diào)度方案。

B3泵站日常運(yùn)行1/3水量輸送至A凈水廠、2/3水量輸送至B凈水廠。關(guān)于A系統(tǒng)，在A1、A2、A3、A4、A5污水泵站服務(wù)片區(qū)出現(xiàn)主干管或泵站故障時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)B3泵站轉(zhuǎn)輸流量，降低A污水系統(tǒng)內(nèi)泵站的轉(zhuǎn)輸壓力，減少污水外溢量；在A6或A7出水壓力管出現(xiàn)故障時(shí)可通過(guò)A6、A7污水泵站直接互聯(lián)的壓力管通道，通過(guò)增大流速和水頭損失方式將A6或A7污水泵站服務(wù)片區(qū)的污水轉(zhuǎn)輸至A凈水廠。關(guān)于B系統(tǒng)，在B凈水廠單條生產(chǎn)線檢修時(shí)或污水主通道故障時(shí)，可分別將污水轉(zhuǎn)輸至A及C凈水廠。關(guān)于C系統(tǒng)，在污水主通道檢查時(shí)，可通過(guò)C1污水泵站將部分污水轉(zhuǎn)輸至B凈水廠處理，從而減少C系統(tǒng)內(nèi)污水導(dǎo)流壓力。

通過(guò)以上互聯(lián)設(shè)施能力及凈水廠富余能力數(shù)據(jù)分析可知，A、B、C凈水廠擁有短時(shí)接收其他系統(tǒng)污水的富余處理能力，同時(shí)污水泵站的轉(zhuǎn)輸能力滿足系統(tǒng)之間調(diào)度的需求，通過(guò)互聯(lián)調(diào)度提升Y流域內(nèi)3個(gè)污水系統(tǒng)的運(yùn)行安全性及韌性的方案是基本可行。在此基礎(chǔ)上，為達(dá)到在Y流域污水系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生突發(fā)事故或凈水廠和泵站的有檢修需求時(shí)整個(gè)污水系統(tǒng)污水不發(fā)生外溢，需對(duì)現(xiàn)狀污水系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)調(diào)度規(guī)劃的研究，通過(guò)增設(shè)污水聯(lián)通通道、增大污水泵站轉(zhuǎn)輸能力、提高凈水廠運(yùn)行安全系數(shù)等措施達(dá)到污水完全不外溢的目標(biāo)。

2.2 現(xiàn)狀泵站正常運(yùn)行保障研究

污水泵站為污水管網(wǎng)系統(tǒng)中最重要的設(shè)施之一，在正常的生產(chǎn)中，污水泵站無(wú)可避免地需要對(duì)泵站前池進(jìn)行清淤及對(duì)設(shè)備進(jìn)行常態(tài)維護(hù)，但在清淤及維護(hù)過(guò)程中無(wú)可避免地泵站需要暫停工作，原來(lái)轉(zhuǎn)輸?shù)奈鬯黄仍诒谜痉?wù)區(qū)域范圍內(nèi)外溢。這與污水不外溢的這一目標(biāo)產(chǎn)生了矛盾。

2.2.1 Z市污水泵站日常維護(hù)現(xiàn)狀

Z市各污水系統(tǒng)現(xiàn)狀污水泵站多為在凈水廠停產(chǎn)檢修的幾天時(shí)間里，凈水廠服務(wù)片區(qū)的泵站同步進(jìn)行清淤或維護(hù)，時(shí)間倉(cāng)促，清淤效果不佳。現(xiàn)狀污水泵站的清淤維護(hù)工作狀態(tài)是不健康的，存在周期不定、效果不可控等問(wèn)題，不利于泵站正常生產(chǎn)管理。因此，在泵站日常維護(hù)同時(shí)能確保污水系統(tǒng)正常運(yùn)行的精細(xì)化管理需求應(yīng)運(yùn)而生。

2.2.2 Z市污水泵站不停水維護(hù)實(shí)例

（1）日常吸砂清淤。

某D系統(tǒng)中D1泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)t/d，實(shí)際運(yùn)行規(guī)模約7萬(wàn)t/d，通過(guò)日常使用吸砂泵清淤已持續(xù)兩年沒(méi)有因清淤需求申請(qǐng)?jiān)撐鬯谜就．a(chǎn)。實(shí)際上，污水泵站站長(zhǎng)結(jié)合泵站日常運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)水格柵前，使用花桿探測(cè)積淤情況，從而判斷后面的格柵及泵繼續(xù)運(yùn)行可能會(huì)受到淤積的影響，即需開(kāi)展日常吸砂工作。通過(guò)泵站天車(chē)的配合，在前池放入吸砂泵進(jìn)行吸砂操作，頻率常規(guī)約為一周一次，年吸砂量為240m3。該方法簡(jiǎn)單易用，適用于前池區(qū)域有天車(chē)的現(xiàn)狀泵站，雖然清疏頻率高，但可基本保障污水泵站日常的清疏需求，確保泵站可正常運(yùn)行。

（2）水下清淤機(jī)器人清淤。

某E系統(tǒng)中E1泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模6萬(wàn)t/d，實(shí)際運(yùn)行規(guī)模約5萬(wàn)t/d，清淤時(shí)通過(guò)水下清淤機(jī)械人與泵的啟停配合下，開(kāi)展清淤作業(yè)。對(duì)于該泵站，機(jī)械人經(jīng)運(yùn)行約15h后，清淤約30m3淤泥（砂），使用花桿檢查泵站前池，清淤效果良好。該方法適用于水下情況清晰且集水池形狀規(guī)整的泵站，但對(duì)于水下情況不明的、有大件雜物、行走坡度大或是具有大障礙物及坑洞的情況，適用性稍差。

（3）導(dǎo)流超越清淤及維護(hù)。

某F系統(tǒng)中F1泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模2.5萬(wàn)t/d，實(shí)際運(yùn)行規(guī)模約2.5萬(wàn)t/d，在原進(jìn)水井設(shè)置導(dǎo)流潛水泵，總能力為1500m3/h，通過(guò)實(shí)測(cè)，在原泵站停泵的情況下，泵站進(jìn)水井水位及出水穩(wěn)定，上游區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)溢流情況。使用導(dǎo)流超越方案的穩(wěn)定性受以下因素影響：①來(lái)水垃圾。②前池容積。③出水管道。④泵并聯(lián)后性能。在設(shè)計(jì)規(guī)模較大的泵站使用該方法時(shí)，需前置研定導(dǎo)流的穩(wěn)定性。

導(dǎo)流超越方法最大優(yōu)點(diǎn)為適用泵站維修、維護(hù)、清淤等各種需求的情況。

泵站日常維護(hù)的系統(tǒng)正常運(yùn)行保障研究主要針對(duì)對(duì)象為現(xiàn)狀已建成泵站，新建泵站均宜按維護(hù)清疏時(shí)不停產(chǎn)的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，如進(jìn)水格柵廊道及前池至少分兩格，每格可通過(guò)泵站事故時(shí)設(shè)計(jì)流量等[1]。而對(duì)于現(xiàn)狀污水泵站，除以上三種方式外，仍有其他方法或思路可考慮，如通過(guò)系統(tǒng)間調(diào)度在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)污水不外溢，通過(guò)專項(xiàng)改造在擴(kuò)建同時(shí)進(jìn)行分格等方式。

3 結(jié)語(yǔ)

城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)精細(xì)化管理任重道遠(yuǎn)，對(duì)于精細(xì)化管理，需不斷在試錯(cuò)的過(guò)程中進(jìn)步，在理論與實(shí)踐之間互相促進(jìn)、互相完善。如在污水管道系統(tǒng)互聯(lián)安全保障研究中，通過(guò)分析污水系統(tǒng)內(nèi)部及之間可利用余量，最大程度發(fā)揮系統(tǒng)的韌性，在挖掘現(xiàn)在系統(tǒng)韌性后，結(jié)合安全保障需求，啟發(fā)系統(tǒng)未來(lái)互聯(lián)建設(shè)規(guī)劃的思路。在對(duì)現(xiàn)狀泵站正常運(yùn)行保障研究中，通過(guò)研究，深入了解泵站現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，了解泵站運(yùn)行實(shí)際的需求，探討保障安全生產(chǎn)及水環(huán)境安全的更多可能性，同時(shí)提高精細(xì)化管理水平，為排水運(yùn)營(yíng)行業(yè)的發(fā)展提供更多的思路。