龍王港流域雨水管網(wǎng)排污現(xiàn)狀調(diào)查與測(cè)量方法的探討

楊志波 ，田旦，成國(guó)輝，戴建清

(長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

1 概 述

龍王港是湘江長(zhǎng)沙段在河西建成區(qū)的主要支流，其在長(zhǎng)沙市范圍內(nèi)的主要受水面積約109 km2，龍王港流域具有豐富的水系網(wǎng)絡(luò)，包括龍王港及其支流雷鋒新河、石壩河、馬頭壩河、梅溪河、七零一干渠、七零二干渠等。這些水系不僅是流域內(nèi)的泄洪通道，同時(shí)也是流域內(nèi)豐富的水景資源和生態(tài)資源。其流域涵蓋長(zhǎng)沙市河西主要的工業(yè)及建成區(qū)，區(qū)域內(nèi)新建城區(qū)雖大部分實(shí)施雨污分流的排水措施，但是仍存在部分污水經(jīng)雨水管道直排龍王港，造成了龍王港的污染。隨著湘江航電樞紐的即將建成，湘江水位蓄升，龍王港自身的污水凈化能力將明顯減弱，為保護(hù)湘江水質(zhì)及梅溪湖水源水質(zhì)，龍王港流域周邊污染亟待治理。

根據(jù)前期治理設(shè)想，對(duì)流域內(nèi)建成區(qū)的雨水管網(wǎng)排污現(xiàn)狀、管渠內(nèi)污水流態(tài)、流量以及存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)地調(diào)查測(cè)量，找出污水直接排入雨水管道并最終排入龍王港導(dǎo)致其水質(zhì)惡化的具體原因，為政府決策及截污改造工程設(shè)計(jì)施工提供依據(jù)。

2 排污節(jié)點(diǎn)調(diào)查測(cè)量方式

通過(guò)在枯水季節(jié)龍王港流域發(fā)現(xiàn)的排污口(包括咸嘉湖片區(qū)出水口、望月湖片區(qū)出水口、財(cái)經(jīng)學(xué)院片區(qū)出水口、南園路片區(qū)出水口、麓云路片區(qū)出水口、肖河流域等)，逆流而上，并最終上溯至市政污水管道、各類小區(qū)化糞池、小區(qū)住戶污水集中排放處以及個(gè)別廠礦污水接入點(diǎn)，從而掌握各支流的各個(gè)污水接入點(diǎn)的位置及狀態(tài)。由于污水排放的時(shí)段性，各接入點(diǎn)及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)在晴天的不同時(shí)段進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，才能最終確認(rèn)是否有污水排入雨水管道。

由于確定并采用了逆流而上追查污水來(lái)源的辦法，從而調(diào)查形成了一個(gè)覆蓋全流域的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，這是一次詳細(xì)而且內(nèi)容豐富的排水管線調(diào)查。

3 管線內(nèi)外業(yè)作業(yè)過(guò)程

本次管線測(cè)量采用清華山維和我院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的EPS2008 管線平臺(tái)(如圖1所示)。對(duì)新增管線和原有數(shù)據(jù)庫(kù)管線調(diào)查采用不同作業(yè)方式。

圖1 EPS2008 長(zhǎng)沙管線平臺(tái)

3.1 新增管線作業(yè)過(guò)程

本次調(diào)查采用逆流而上從污水排出口往上追溯，一直追查到污水源為止。追查過(guò)程中遇到新增管線時(shí)，外業(yè)采用清華山維和我院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的PDA 進(jìn)行草圖繪制(如圖2所示)，實(shí)地用紅油漆編寫(xiě)與PDA 自動(dòng)生成一致的點(diǎn)號(hào)，再利用全站儀或VRS RTK 將實(shí)地井位坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，錄入儀器的井位編號(hào)與實(shí)地編號(hào)必須一致。內(nèi)業(yè)利用EPS2008 管線模塊將PDA 草圖與所測(cè)管點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行匹配、屬性重算、工程信息錄入、數(shù)據(jù)合法性檢查等步驟，最終得到所需的排水管線圖。

圖2 PDA 管線草圖界面

考慮到PDA 屏幕較小，同時(shí)數(shù)據(jù)量大時(shí)其內(nèi)置軟件運(yùn)算速度較慢等問(wèn)題，對(duì)于復(fù)雜、涉及范圍較大的管線外業(yè)調(diào)查可以采用根據(jù)實(shí)地管線的相對(duì)位置在空白紙上繪制管線草圖，并將所調(diào)查的管線數(shù)據(jù)(埋深、管徑、管偏等)標(biāo)注在草圖上，實(shí)地同樣標(biāo)注與草圖相同的點(diǎn)號(hào)，用全站儀或VRS RTK 進(jìn)行井位坐標(biāo)測(cè)量。此方法相對(duì)于PDA 錄入，外業(yè)效率較高，數(shù)據(jù)出錯(cuò)概率較小，同時(shí)調(diào)查當(dāng)中發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題可以隨時(shí)記錄在相應(yīng)的管線位置，便于日后問(wèn)題的查找解決。內(nèi)業(yè)同樣利用EPS2008 管線模塊，將紙質(zhì)草圖所有信息錄入到軟件當(dāng)中，錄入時(shí)注意尋找規(guī)律，比如管徑、材質(zhì)相同的管線可以一次性錄入，這樣可以大大提高作業(yè)的效率。把所有信息錄入完畢之后，下一步即可進(jìn)行屬性重算、工程信息錄入、數(shù)據(jù)合法性檢查等步驟，最終得到管線成果，但相對(duì)于PDA 管線調(diào)查，本方法內(nèi)業(yè)工作量明顯增加。

3.2 原有數(shù)據(jù)庫(kù)管線作業(yè)過(guò)程

對(duì)于長(zhǎng)沙市地下管網(wǎng)動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)已有的管線數(shù)據(jù)修測(cè)同樣有兩種方法，第一種是利用PDA 修測(cè)管線，將庫(kù)中下載的作業(yè)范圍內(nèi)管線數(shù)據(jù)及其地形圖導(dǎo)入到PDA 中，在PDA 手簿上完成增加、刪除管線點(diǎn)及屬性錄入等操作，內(nèi)業(yè)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)利用EPS2008 管線模塊處理即可。

第二種方法同樣考慮到PDA 屏幕較小，數(shù)據(jù)量大時(shí)運(yùn)行速度較慢的缺點(diǎn)，直接將庫(kù)中下載的管線數(shù)據(jù)套上地形圖打印成圖，外業(yè)時(shí)在圖上相應(yīng)位置標(biāo)注新增管點(diǎn)或者已有管線存在的問(wèn)題，內(nèi)業(yè)將外業(yè)調(diào)查新增或修改的管線在EPS2008 管線模塊中進(jìn)行處理即可。因?yàn)椴幌馪DA 受屏幕大小及軟件運(yùn)行速度的限制，該方法外業(yè)效率較高，但內(nèi)業(yè)工作量相對(duì)較大。

4 污水源及淤積情況調(diào)查

4.1 調(diào)查內(nèi)容

(1)根據(jù)雨水管內(nèi)旱季污水來(lái)源上溯進(jìn)行調(diào)查測(cè)量，并最終追查至市政污水管道以及各類小區(qū)化糞池污水出水口或小區(qū)住戶污水集中排放處，同時(shí)對(duì)污水源接入井的管線性質(zhì)(雨水、污水、截污、臨時(shí)排水、壓力污水等)、管線平面位置、走向、埋置深度、斷面形式及尺寸、材質(zhì)、井蓋標(biāo)高等進(jìn)行測(cè)量。

(2)對(duì)連續(xù)3 個(gè)晴天后管網(wǎng)管渠內(nèi)污水流量、流態(tài)、淤積程度連續(xù)3 天、每天多時(shí)段進(jìn)行測(cè)量。

4.2 污水源的確定

凡是3 個(gè)以上晴天下游出水口雨水管道有水流出，均應(yīng)往上游追溯，直到發(fā)現(xiàn)水源為止。除了地下水滲入雨水管道形成的水源外，其他任何3 個(gè)以上晴天雨水管道水流的源頭均應(yīng)被確定為污水源。

4.3 排污量的測(cè)定

確定污水源以后，對(duì)污水源接入井在連續(xù)3 個(gè)晴天以后，進(jìn)行連續(xù)3 個(gè)晴天每天4 個(gè)時(shí)段(8:00、11:30、18:00、22:00)的污水量測(cè)量。

(1)對(duì)于污水量較大的井位，采用HS－2B 便攜式流速儀進(jìn)行污水流速測(cè)量，同時(shí)量取污水深度，記錄管徑大小(矩形管道記錄斷面尺寸)。在進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)應(yīng)將流速儀螺旋槳立于污水橫斷面中心處并且平行于污水流速矢量方向進(jìn)行測(cè)量，為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，對(duì)同一時(shí)段同一方向流量進(jìn)行3 次測(cè)量，取平均值記錄。流量計(jì)算公式為:Q(L/S)=v(cm/s)×s(cm2)，其中Q為流量、v 為流速、s 為管道內(nèi)污水截面積。將外業(yè)所測(cè)流速、水深、管徑導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，根據(jù)自編程序進(jìn)行流量計(jì)算，同時(shí)利用程序自動(dòng)將計(jì)算數(shù)據(jù)導(dǎo)入到流量調(diào)查表中(如表1所示)。

需要特別注意的是當(dāng)管道內(nèi)有淤積時(shí)，在計(jì)算污水截面積時(shí)應(yīng)當(dāng)剔除淤積物所占面積，不能簡(jiǎn)單地用污水深度及管徑大小來(lái)計(jì)算截面積。

表1 流量調(diào)查表

(2)對(duì)于污水量較小無(wú)法利用流速儀進(jìn)行測(cè)量的井位，可利用容器法進(jìn)行流量測(cè)量，根據(jù)量筒收集的污水量及秒表測(cè)定的收集時(shí)間計(jì)算流量，其計(jì)算公式為:Q(L/S)=v(cm3)/t(s)，其中Q 為流量、v 為污水體積、t 為量筒收集污水時(shí)間。

4.4 淤積情況的調(diào)查

根據(jù)技術(shù)要求，需要對(duì)污水源接入井進(jìn)行淤積情況的評(píng)估，分為“嚴(yán)重”、“一般”、“無(wú)淤積”三個(gè)等級(jí)。淤積深度超過(guò)管道直徑1/4(矩形管道為矩形的高度)的被評(píng)定為“嚴(yán)重”，“一般”介于“嚴(yán)重”與“無(wú)淤積”之間。同時(shí)將淤積評(píng)定等級(jí)記錄于表1中。

5 成果提交

本次龍王港流域排水管網(wǎng)排污現(xiàn)狀調(diào)查與測(cè)量共完成了流域內(nèi)近千公里管線調(diào)查，369 處流量測(cè)量，實(shí)地調(diào)查污水排入雨水管道主要節(jié)點(diǎn)430 處，經(jīng)過(guò)本院與業(yè)主單位檢查與驗(yàn)收合格后，將排污節(jié)點(diǎn)流量分布圖、管線成果表、流量調(diào)查表、污水排入雨水節(jié)點(diǎn)表等全套成果資料提交設(shè)計(jì)單位使用。設(shè)計(jì)單位根據(jù)本成果所調(diào)查的污水節(jié)點(diǎn)分布狀態(tài)、污水量的大小等特點(diǎn)，結(jié)合周邊污水管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行污水改造設(shè)計(jì)(如圖3所示)。

圖3 排污節(jié)點(diǎn)流量分布圖

6 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)基于EPS2008 長(zhǎng)沙管線平臺(tái)新增及修測(cè)管線內(nèi)外業(yè)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行了介紹，對(duì)各種作業(yè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)探討了如何追查及確定污水源的方法，通過(guò)自編小程序?qū)崿F(xiàn)了流量計(jì)算及記錄的自動(dòng)化。本次龍王港流域雨水管網(wǎng)排污現(xiàn)狀調(diào)查成果為政府對(duì)龍王港水質(zhì)改造以及對(duì)龍王港流域城區(qū)雨污分流決策提供了依據(jù)，也為截污改造工程的設(shè)計(jì)及實(shí)施提供了最真實(shí)、可靠的第一手資料，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益;為長(zhǎng)沙市其他水系及城區(qū)雨污改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn);同時(shí)本成果也豐富了長(zhǎng)沙市地下管網(wǎng)動(dòng)態(tài)管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于污水源接入井污水流量的信息，但需要注意的是對(duì)于長(zhǎng)沙地區(qū)來(lái)說(shuō)污水流量的大小與氣溫有關(guān)，具有季節(jié)性的變化，每年6月～9月份為用水高峰期，污水量較大，而冬天相對(duì)較小，因此在截污改造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮流量測(cè)定的時(shí)間。

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