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提质增效管网监测工作探讨—智慧排水之乱弹
更新时间:2021-04-19 来源:清环智慧水务 作者:王洛桦 熊五

管网全覆盖、全收集、全处理目标相适应的工作机制,扎实打好水污染防治攻坚战。

1 为什么做管网在线监测

1.1污水超量VS管网不足

从实际数据来看,“提质增效”工作的最终落实必须依靠污水收集系统的效能提升。截止2018年,我国城市污水年排放量为521.1亿立方米,而污水处理量仅为497.6亿立方米,仍有大量污水未经处理,直接排放。但实际上,2018年我国城市污水处理厂数量已达到2321座,处理能力达到616.9亿立方米,以处理能力计算,达到污水排放量的118%。所以我国城市排水的核心问题并不是“污水厂处理能力不够”,而是很多非污水进入了管网,挤占了管网空间。

目前我国地下排水系统普遍存在很多问题:旱季高水位、低流速运行,导致颗粒物沉降;污水管道的入渗、入流;低浓度污水排口截流;雨水、污水的混流等。

要解决问题,首先是要识别问题。排水管网系统深埋地下,具有隐蔽性强、随机性强的特点,识别管网系统的问题尤其困难。而在线监测技术的应用,为管网系统的诊断提供了一种有效的技术手段。

1.2 在线监测VS管道检测

在工程项目正式开展前,需要对研究区域管网的运行状况进行摸底工作。这就面临一个很现实的问题:项目启动资金可能尚未到位、污水管网资料的不完整,如何在高效又经济的情况下对管网情况进行摸底?当然不乏有人当即会想到进行CCTV检测,管道影像可以一清二楚地展示管网缺陷状态。对于小区域范围的管网现状普查可以选择这个办法,但对于整个城市较大区域污水管网改造项目前期工作来说,其一,它仅仅只能显示检测某一刻的管网状态,很多管道此一时非彼一时,比如某个易堵管道刚刚进行管道清淤,此时的CCTV就不能代表这个管段的平时运行状态了;其二成本昂贵,管网做完CCTV之后可能就“没钱”了,需重点开展的管网改造工程没有资金继续进行。针对这种情况,THWater系列分钟级流量、液位监测仪就可以大展拳脚了,在线传输监测数据、可视化曲线,可以呈现管网实际运行状态。

2 为什么要开展前期监测工作

认真思考的小伙伴会有这种疑问:排水管网存在于地下,管线错综复杂,看不见、摸不着,我们要怎样找到它们的问题所在?这里就要插播一段小故事了:“有位阿婆由于长年做农活,腰腿肩背浑身不舒服,于是去找老中医针灸。老中医跟她分析说你的四肢疼痛是因为腰部和颈部常年劳累脊柱变形导致的,需要先治疗腰部、颈部,找出病痛的根源一步步治疗,很多病症都是连带反应。”

同样运用到排水管网上,虽然我们的管网可能千疮百孔,但当务之急是摸清排水管网关键管段水量、水质变化规律,找到问题最严重的地方,才能指引下一步工作开展的方向。所以前期工作不需要在每个管道安装在线监测设备,对于污水管网的错综复杂,一次性固定安装大量设备试错成本过高。我们建议采用临时和固定方式联合的监测模式,分析研究区域关键管道的运行状态,进而掌握日后管网改造修复工作的重点。

3 一个真实的故事

这里介绍一个我们团队在某城市开展的管网提质增效工程项目前期监测工作。

3.1设备安装

根据分析,对研究区域掌握短期(1~2个月)旱天管道水量输送情况。采用手持监测仪和固定式流量计相结合的方式,根据对污水处理厂纳污范围内污水主干管的拓扑关系梳理,对污水厂进厂的主干管进行流速、流量、液位的同步监测【小编:不需要安装多个设备哦,使用THWater流量计就可以同时测上述3个指标,还可以同步测定水温指标】,点位分布覆盖关键管段的“源头-过程-末端”,图中为该项目监测点的安装测试位置。

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3.2本底分析

需要对该城市2020年全年的降雨数据以及污水厂数据进行收集分析。完整、清晰的资料是数据分析的前提,若该城市无法获取定量的降雨数据,可以从定性上将阵雨、小雨、中雨、大雨、暴雨分别赋值1.0、1.5、2.0、2.5、3.0,得到全年的降雨统计图进行辅助分析。该城市的降雨天气集中在7月到9月。

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2020年该城市降雨等级分布图

同步分析污水厂进水量数据,分别判断该管段在场次降雨发生时是否会引起污水厂数据的同步增高。判断该污水管道是否存在降雨入流现象。

该城市非汛期时段场次降雨的发生会引起污水厂数据增高,体现了该区域一定程度的降雨入流现象;从汛期数据来看,污水厂处理水量受场次降雨影响较小,需要进一步缩小监测范围查明原因。【小编:通过监测,我们发现很多地区雨季的旱天水量大于旱季的旱天水量,由于排水管网的复杂连通性和滞后性,到末端污水厂时,场次降雨的影响会被“稀释”或“拉长”,因此就需要对上游做分区监测分析,才能进一步锁定问题区域。】

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2020年污水厂日处理量数据图

3.3规律分析

首先对旱天、雨天流量进行在线变化识别,3个监测点位旱天变化趋势一致,每天于早五点出现一次排水波谷,验证了3个监测点位属上下游关系;3个监测点位雨天均在降雨发生时流量迅速上升,可以看出该管段存在不同程度降雨入流现象。后期可通过监测点位的增加进行雨水管网错接进污水管网具体节点的识别。

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旱天源头-过程-末端流量同步波动图

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降雨-流量过程图

验证上下游关系是为了确认现场找点的准确性,之后可对其开展运行状态分析:是否溢流、是否高水位、是否淤积。【小编:由于很多城市缺少准确、有效的排水GIS数据库(参见 排水设施数据采集与维护国标再解读—智慧排水之乱弹(44)),所以对通过现有不完全图纸或人工经验获取的现场监测点位的上下游连接关系在未监测前并没有那么有信心,需要验证一番。图片】综合图中数据,显示1号监测点平均流速较小,管段转输水量较少,雨天存在满管运行现象;2号监测点雨天旱天均出现满管运行现象,雨天转输水量较多;3号监测点平均流速v≥0.6m/s,符合管段设计要求(《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)规定最小流速(也即不淤流速)中,污水管道为0.6m/s),管段转输水量能力较强。3个点位均未出现旱天溢流现象。

旱天运行状态统计图

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日均流速

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最大充满度

雨天运行状态统计图

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日均流速

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最大充满度

3.4水量分析

最后,在监测点未溢流的情况进行水量平衡分析,可以更加直观地反映区域内管网拓扑关系,为了更好地支持数据分析诊断工作,可对管网数据进行梳理概化。

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监测点位管网概化图

监测的3个点位由于支管污水量汇入,流量呈逐渐增加的趋势,项目开展后,片区监测点位会针对性地逐步加密,可得到整个研究区域概化专题图,以下为一更为综合区域的概化示例。

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某地区管网概化图

3.5初步结论

根据监测分析结果,可以得到初步结论如下:

对污水厂数据分析发现,场次降雨的发生会引起污水厂水量的升高,连续强降雨天气下,污水厂水量无明显波动现象。

三个点位每日曲线同步出现波谷现象,符合居民用水规律;三个点位中3号点位相比1、2号点位运行状态较稳定,且2号点位存在满管运行现象,但三个点位均无溢流风险。

已监测的三个污水管网监测点位旱天流量较稳定,雨天均出现不同程度流量增加现象,存在不同程度的雨水入流现象。

4 前期监测工作的意义

前期工作虽然监测点位较少,无法准确分析问题区域及范围,但验证了监测分析工作的有效性,可以在需要时参考本次案例工作方式规模化开展。结合污水厂历史数据,并对关键管段进行短期监测,可以初步掌握该研究区域关键管段的运行状态,同时发现管段的入流入渗严重管段,指导下一步工作计划。另外,本文建立的相关分析方法,也可以扩大使用范围。当然,也验证了THWater智慧排水监测流量仪(型号:TWQ)可以满足提质增效工作中监测分析的数据采集需要。

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