南方某市污水系統(tǒng)提質增效外水排查方法與測繪技術應用

摘" 要：污水系統(tǒng)提質增效日漸重視，不同地區(qū)的外水排查方法不盡相同，該文以南方地區(qū)外水排查實踐進行總結，從資料收集、現(xiàn)狀調查、污水系統(tǒng)監(jiān)測與診斷、外水量測算、外水類型識別與分類調查進行闡述，總結提出測繪技術在主要外水類型排查及成果整理中的應用。

關鍵詞：污水系統(tǒng)；外水排查；測繪技術；污水系統(tǒng)監(jiān)測與診斷；外水量測算

中圖分類號：X52" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）21-0170-04

Abstract： More and more attention has been paid to the improvement of quality and efficiency of sewage system， and the methods of external water discharge are different in different areas. This paper summarizes the practice of external water discharge in the south of China. From the aspects of data collection， current situation investigation， sewage system monitoring and diagnosis， external water quantity calculation， external water type identification and classified investigation， this paper summarizes and puts forward the application of surveying and mapping technology in the investigation of main external water types and the arrangement of results.

Keywords： sewage system; external water discharge; surveying and mapping technology; monitoring and diagnosis of sewage system; external water quantity measurement

2019年4月29日住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理提質增效三年行動方案（2019—2021年）》[1]，為我國城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)提質增效工作指明了方向。2022年3月28日住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委和水利部聯(lián)合印發(fā)了《深入打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》（建城〔2022〕29號），提出了“到2025年，城市生活污水集中收集率力爭達到70%以上，進水BOD濃度高于100毫克/升的城市生活污水處理廠規(guī)模占比達90%以上”，要求“現(xiàn)有污水處理廠進水生化需氧量（BOD）濃度低于100毫克/升的城市，要制定系統(tǒng)化整治方案，明確管網(wǎng)排查改造、清污分流、工業(yè)廢水和工程疏干排水清退、溯源執(zhí)法等措施”。近年，外水排查和污水提質增效問題研究被重點關注，城市污水處理廠進水濃度偏低是南方城市污水處理廠共同面臨的問題，進水濃度偏低的現(xiàn)狀既影響廢水主要污染物COD的減排成效，制約水環(huán)境質量的改善，也在一定程度上造成城市污水處理工程的投資浪費[2]。因此，確定污水管網(wǎng)系統(tǒng)中外水來源和水量，提出相關整治方案，通過工程措施實現(xiàn)清污分流是污水系統(tǒng)提質增效的重要工作之一。

1" 外水排查方法

1.1" 資料收集

收集排查區(qū)域數(shù)字地形圖、地下管線圖、水文地質資料、氣象監(jiān)測資料，以及污水處理廠現(xiàn)有處理規(guī)模、服務面積、服務人口、污水排放執(zhí)行標準、日處理量和進水濃度等，并對已有資料進行整理和分析。

1.2" 現(xiàn)狀分析

根據(jù)2020年9—11月份污水處理廠的進水量數(shù)據(jù)，一期進水量最少，其處理規(guī)模為10萬m3/d，實際進水平均值為5.86萬m3/d，只達到了處理規(guī)模的58.6%。二期處理規(guī)模為10萬m3/d，實際進水平均值為12.94萬m3/d，已超過運行負荷。三、四期處理規(guī)模為15萬m3/d，9、11月進水達到95.6%～98%，10月份有25 d為超負荷運行狀態(tài)。一、（三、四）期實際進水水質總體較低，如圖1所示：重鉻酸鹽指數(shù)（CODcr）均值為110.5 mg/L，氨氮（NH3-N）均值為18.5 mg/L，BOD5均值為58.7 mg/L；二期實際進水水質CODcr均值為128.8 mg/L，氨氮均值為23.5 mg/L，BOD5均值為64 mg/L。經(jīng)對資料進行分析，污水處理廠存在的主要問題有以下幾點。

1）進水總量已超過設計規(guī)模，污水廠處于超負荷運行狀態(tài)。

2）一期進水量偏少，只達到了處理規(guī)模的58.6%。

3）進水水質濃度CODcr、BOD5波動較大，但均值偏低。

1.3" 工作內容

開展水質、流量監(jiān)測，進行水量測算，掌握排水系統(tǒng)污水排放情況。通過水源追溯、外水排查、測繪定位等方法獲取外水入滲入流點的空間位置、水量和水質數(shù)據(jù)，按2000國家坐標系整理匯總成外水排查成果。

1）流量水質監(jiān)測主要包括首級監(jiān)測、次級監(jiān)測、專項監(jiān)測及外水入滲點監(jiān)測等。

2）數(shù)據(jù)綜合分析主要包括廠泵水量校驗分析、污水收集率分析、源頭典型污水水質分析、外水入滲量評估分析和外水排查方向分析。

3）水源追溯主要包括施工地降水去向調查、自來水廠濾池反沖洗水去向調查、河湖溪水排水去向調查等。

4）外水排查主要包括：排水管道外水入滲調查、過江管入滲調查、沿江截污管入滲調查、排口倒灌調查和自來水損漏調查等。

1.4" 系統(tǒng)性監(jiān)測

排水系統(tǒng)按照分區(qū)、分層級開展流量和水質監(jiān)測，依次為首級監(jiān)測、次級監(jiān)測和地塊監(jiān)測。以污水廠為基本單元，劃分成若干子分區(qū)，將廠、泵、污水主干管道關鍵節(jié)點等進行系統(tǒng)性流量水質監(jiān)測，結合廠泵自行監(jiān)測數(shù)據(jù)、片區(qū)供水數(shù)據(jù)分析識別片區(qū)外水入滲或污水外溢問題，評估區(qū)域內排水系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，各主要泵站間水量轉輸關系，初步分析存在異常水量的區(qū)域。次級監(jiān)測是在首級監(jiān)測的基礎上開展進一步地精細化分區(qū)監(jiān)測，如圖2所示。重點對水質濃度偏低、流量水質異常等排水管網(wǎng)關鍵節(jié)點進行加密監(jiān)測，掌握分區(qū)的水量構成和污水水質，分析水質水量異常區(qū)域。源頭地塊監(jiān)測主要對地塊出水口排污規(guī)律進行監(jiān)測，掌握區(qū)域內源頭地塊出水水質規(guī)律，獲取污水本底值?；诓煌瑢蛹壉O(jiān)測數(shù)據(jù)進行關聯(lián)性分析，分析污水傳輸過程中的變化情況，掌握污水匯水現(xiàn)狀規(guī)律，并通過物料守恒的方法測算片區(qū)外水入滲量，劃定外水入滲區(qū)域嚴重等級，并對污水處理廠在線水質水量數(shù)據(jù)校核，為在線數(shù)據(jù)提供必要的驗證。

1.5" 外水量計算

基于各片區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)和排污本底值的分析結果，確定片區(qū)內地塊出水水質濃度本底值，采集片區(qū)內河水、地下水、自來水等水體的水質濃度作為片區(qū)外來水水質濃度基準值，以氨氮作為水質特征因子，通過化學平衡計算法來快速測算調查區(qū)域內外來水的入滲量。具體測算方法如下。

1）確定監(jiān)測區(qū)域，通過排水管網(wǎng)分區(qū)定量化監(jiān)測獲取區(qū)域系統(tǒng)（主干管）末端關鍵節(jié)點水量水質（假設末端監(jiān)測流量為Qt，檢測水質濃度為Ct）。

2）統(tǒng)計監(jiān)測區(qū)域內各地塊的供水數(shù)據(jù)，根據(jù)各地塊類型的用水量占比，通過源頭地塊水量水質監(jiān)測和排污本底值分析，獲取監(jiān)測區(qū)域的污水水質濃度本底值（假設區(qū)域理論污水排放總量為Qs，本底值為Cs）。

3）對監(jiān)測區(qū)域內的河水、地下水、自來水和施工降水等外水進行水質檢測，根據(jù)算數(shù)平均計算該區(qū)域內的外水水質濃度基準值（假設區(qū)域外水水量為Qg，基準值為Cg）。

4）分析掌握區(qū)域污水排放總量、外水入滲（或污水外溢）水量、區(qū)域末端監(jiān)測污水總量之間的關系。

5）利用水量平衡及質量守恒公式估算外水入滲量，計算公式（1）和公式（2），可推導出外水量測算公式（3）（不考慮污水外溢時）。

Qt=Qs±Qg ，（1）

QtCt=QsCs±QgCg ，（2）

Qg=Qt（Cs-Ct）/（Cs-Cg），（3）

式中：Qt、Ct分別為區(qū)域污水收集系統(tǒng)末端監(jiān)測水量和檢測水質濃度；Qs、Cs分別為區(qū)域理論污水排放總量和污水水質濃度本底值；Qg、Cg分別為區(qū)域外水入滲量和外水水質基準值（不考慮污水外溢時）。

1.6" 外水類型識別

根據(jù)現(xiàn)狀摸查，結合地形、排水資料，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析，測算外水總量，識別排查范圍內進入污水系統(tǒng)主要外水影響類型。經(jīng)分析，排查區(qū)域內外水類型主要有河水、自來水、施工水、地下水和水廠濾池反沖洗水等，據(jù)此，按照外水性質針對性地開展外水排查工作，形成排查成果，為整改提供數(shù)據(jù)支撐。

1.7" 外水排查技術手段

1.7.1" 河水倒灌

排查區(qū)進廠的三路來水中有兩路污水主干管網(wǎng)沿河敷設，部分管道位于河床之下，上游管網(wǎng)系統(tǒng)中也有部分管網(wǎng)穿越河底。主干管網(wǎng)運行已超過十年，受河岸邊坡側向位移及水力沖刷等原因，難免出現(xiàn)破損、滲漏以及拍門損害等情況，導致河水進入管網(wǎng)，河水進入會對污水處理廠進水濃度造成較大沖擊。

根據(jù)管網(wǎng)資料，對沿河排口進行實地調查，并分管段進行流量和多時段水質監(jiān)測，找出水質衰減管道區(qū)間，在用水低峰期進行內窺調查，找出河水入滲位置。另外，通過對排口截流堰頂高程、河流水面高程進行測量，繪制出堰頂高程與河流水面高程的關系圖，分析旱天和不同雨情下河水倒灌的可能性，如圖3所示。

1.7.2" 自來水漏水探測

根據(jù)各分區(qū)污水量監(jiān)測數(shù)據(jù)和用水量數(shù)據(jù)對比分析，劃分出漏水嚴重等級區(qū)域，并對外水入滲嚴重的片區(qū)供水管網(wǎng)進行重點漏水檢測，實現(xiàn)快速止損，減少自來水滲漏至污水系統(tǒng)。排查區(qū)域中的A片區(qū)位于老城區(qū)，供水管網(wǎng)埋設時間近二十年，且部分為砼管，監(jiān)測診斷為漏水嚴重片區(qū)。采用主動探漏方式對漏水嚴重級的市政道路兩側供水管網(wǎng)進行漏水檢測，通過地面聽音法、閥栓聽音法、鉆孔聽音法和探地雷達法等多種技術手段對A片區(qū)供水管網(wǎng)進行檢測，精準定位供水管漏點。片區(qū)共發(fā)現(xiàn)暗漏點76處，明漏點73處，供水管漏水量約3.1萬m3/d，占A片區(qū)測算外水量的70%，極大地提高了聽音探漏和外水排查的針對性。

1.7.3" 施工降水調查

施工降水周期長、水量大，進入污水系統(tǒng)后對污水處理廠造成較大沖擊。需全面摸清施工地數(shù)量，開展排查區(qū)內施工地詳細調查，調查內容主要包括：項目名稱、地址、排水類型、排水位置、監(jiān)測流量和施工地降水工期等。對于施工降水存在錯接的需改接入雨水管道或就近排放入河。

1.7.4" 山水

本類外水主要為水庫水、山體水通過泄洪通道排入下游河道或管道，由于中間有生活污水的匯入，在中段或末端進行了截污，將混有山水的合流污水截流接進市政污水管道，同樣給污水處理廠運行帶來壓力，需對排查區(qū)內所有水庫、內湖、溪水排水去向進行調查。恢復山水自然入河通道、就近接入雨水明溝；對總口截污的暗渠，則需建設污水管道截污。

1.7.5" 水廠濾池反沖洗水

自來水廠排泥水的來源是日常的反應池、沉淀池、濾池反沖洗水等產生的排放水。廠區(qū)將處理后排泥水直接排入污水管道中，說明外水排查中可以關注自來水廠的排泥水去向，確定其是否為外水[3]。水廠濾池反沖洗水排水量大、渾濁度高，排水通道由于各種原因未能正常排河，最終進入污水系統(tǒng)，造成大量低濃度水長期進入污水系統(tǒng)。對于此種情況需對排查區(qū)內所有的水廠濾池反沖洗水進行排放去向調查。

1.7.6" 地下水

由于地質條件惡劣，污水管道使用年限較長，管道出現(xiàn)脫節(jié)破損等結構性缺陷導致地下水入滲。參照GB 50014—2006《室外排水水設計規(guī)范》（2016年版），地下水入滲量一般為污水總量的10%～15%。對于此種情況需對相關管段進行CCTV或QV檢測，對滲流點進行修復[4]。

2" 測繪技術在外水排查中的應用

在外水排查工作中，將RS遙感、GPS定位和GIS地理信息進行合理的綜合運用，可為外水排查工作帶來極大的便利。從技術角度來說，RS在采集排查面積內的地表信息過程中，除了運用遙感探測功能，還借助了GPS的強大定位功能[5-6]，通過對區(qū)域中的河流、湖泊，在建施工地等信息進行采集，把采集的地表數(shù)據(jù)反應在GIS系統(tǒng)中。GS技術具有空間數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，可以將排水管網(wǎng)圖、數(shù)字地形圖和已存在的地理信息進行合成管理，并進行分析處理，以成圖的直觀方式反應出來，排查整改信息可及時輸入系統(tǒng)，動態(tài)掌握查改進展。GPS-RTK和全站儀測繪定位應用更為廣泛，在供水管道探漏中發(fā)現(xiàn)的漏水點進行測繪定位，填寫漏點報告單，繪制探漏范圍及漏點分布圖，為漏水點開挖修復，漏水區(qū)嚴重等級劃分提供位置信息；在開展沿河排口倒灌調查中，對河道常水位、歷史洪水位線、排口底部進行坐標和高程測繪，通過“一張圖”整體呈現(xiàn)、判別排口倒灌風險；在建施工地排查可基于城市最新三維影像圖，識別統(tǒng)計排查區(qū)內在建施工地數(shù)量，結合排水管網(wǎng)資料，開展水源追溯，對施工降水進入污水管網(wǎng)的接入點位進行測繪定位，繪制錯接點位圖，量取錯接管道管徑、管底高程等信息；地下水入滲調查，由于地質條件惡劣，污水管道使用年限較長，施工質量方面原因，管道出現(xiàn)脫節(jié)等結構性缺陷導致地下水入滲，南方地區(qū)地下水位高，管道入滲量大，在監(jiān)測診斷基礎上，對入滲高風險管道進行CCTV或QV檢測，識別出點狀或線狀入滲形態(tài)，在排水管網(wǎng)圖上，以檢查井為基點進行距離測量測定，標出入滲點位置。

3" 結束語

綜上所述，本文依托排查區(qū)域已有資料，通過分區(qū)分級監(jiān)測，外水量計算測算，劃定外水入滲嚴重區(qū)域，識別出外水主要類型，提高了外水排查的針對性。排查過程中引入測繪技術，可以有效地提高排查的深度，豐富排查成果的內涵，為“擠外水”工作提供支撐。

參考文獻：

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