城市污水管網排污監測優化布局策略與方法研究分析

查安平 徐紅秋

摘? ? 要：智慧化城市建設的提出為城市污水管網信息化管理提出了新的要求。而污水管網監測點的布局直接關系到污水管網的信息化建設水平。對已有研究成果進行查閱，歸納、總結污水管網監測點布局的兩種主要方法：統計學法和運籌學方法。在此基礎上，本文分析了上述兩種研究方法中存在的問題，并提出城市污水管網優化設置的監測點布局策略和方法。

關鍵詞：城市污水管網;排污監測;優化布局策略

1? 引言

城市污水管網建設屬于城市基礎設施建設，因此污水管網排污監測是保障城市污水設施正常運行的基礎，是城市水安全的基礎，對促進城市信息化管理、提升城市防洪能力等具有積極的作用。現階段學者對污水管網監測的研究以監測系統設計為主，當前國內外學術界對污水管網監測點的設置問題研究的還很少很少。雖然也有一些研究，但是基本都以簡單的定性研究為主，針對監測點布置的定量化研究和技術性研究還有很大不足，不能滿足污水管網監測的實際需求。

2? 污水管網監測目的

現階段加強污水管網監測的原因有兩點：一方面對污水管網的監測有利于及時發現污水管網體系中存在的問題和風險，及時進行報警，協助城市內澇問題處理;另一方面對污水管網的動態監測數據有利于分析、總結污水管網的運行特點和規律，并對不同地點、不同位置的污水管網功能進行設計和側重。

2.1? 城市內澇預警

一方面氣候變化導致地區降水量增大，暴雨增多;另一方面在城市化建設背景下，城市內部硬質化地面增多，雨水滲透難度增大。因此，很多城市的出現了一旦遇到暴雨城市污水管網就會癱瘓的問題。所以，加強對城市污水管網的監測有利于對城市內不同地區的污水狀況的了解，有利于及時發現城市污水管網中存在的問題，并進行及時預警處理，保障人民安全。在城市內澇防范預警上，要加強對城市污水管網的監測，監測點的設計也要以數量信息、液位、流量等為重點。

2.2? 污水管網動態監測

近年來，我國加大了智慧型城市建設的力度。智慧污水是智慧型城市建設的重要組成。在智慧型城市建設背景下，傳統的污水管網防澇監測預警已經不能滿足城市發展的需求。因此如何實現污水管網監測的動態化和時時化是智慧污水建設的重點，也是智慧型城市建設的重點。要實現污水管網監測的動態化和日常化就必須做好監測點設置工作，只有合理設計監測點才能對全市的污水管網體系進行全面的監測和控制，才能確保全市污水管網信息的全面性和準確性，才能真正的服務社會。

3? 污水管網監測點布局策略

城市污水管網監測的目的不同，所采取的監測點布局策略和方法也就不同，在最終監測點的確定上也會存在不同。現階段，學術上針對污水管網監測點布局的研究以理論研究為主。整體來看，污水管網監測點布局的方式包括統計學方式和運籌學方式兩種。

3.1? 統計學布局策略

當前學術上從統計學角度對污水管網監測點布局的研究較少，不過在實際應用上以聚類分析為基礎的污水管網監測點布局已經應用較廣。首先構建模糊矩陣，對監測點與監測指標進行初步篩選;其次，矩陣數據進行標準化處理;在此基礎上建立模糊相似矩陣;再次構建模糊等價矩陣;最后進行聚類分析。

3.2? 運籌學布局策略

通過前文分析可以看出，污水管網監測點布局設計方法選擇上運籌學要優于統計學，考慮了不確定因素。另外，我國不同地區的降雨量、降雨時間、降雨季節等都存在一定的差異性，因此不同地區的污水管節點水質、水量必然存在一定的差異;同時，現階段我國的污水系統采用的是雨污混流方式，所以污水的進入也必然會使管網內部水質、水量發生變化。所以，城市污水管網監測點的局部也要考慮這些不確定的因素。

4? 研究不足和展望

4.1? 研究不足

首先，污水管網監測點的布局必須以實際監測數據為基礎，但是當前國內污水管網監測工作相對較弱，監測數據片面性強、連續性差。現階段我國污水管網監測數據相對零散，基本以間斷性的時間監測數據和簡單的流量數據為主，缺乏連續性的、可以作為節點的相關性數據。現有的污水管網監測數據基本是針對某一天或者某些特殊時間點與時間段進行的，缺乏對整體污水量與污水水質的監測。而污水管網的監測點確定之后可以實現24小時不間斷的時時監測，監測的數據更加全面、準確，為日后污水處理工作提供數據基礎。

其次，污水管網監測點的布局受個人主觀因素影響較大。傳統的統計學污水管網監測點布局中，即使在監測點確定時采用了聚類原則，不過受個人主觀因素的影響較大，聚類點與指標的選擇仍以人為主觀判斷為主。所以，污水管網監測點的布局受個人主觀因素影響比較嚴重。

4.2? 研究展望

本文以前文研究為基礎，針對學術上已有研究成果中的不足，借助統計學方法對污水管網監測點布局進行設計。

在上圖1中，首先，污水管網模型在構建時就對常見小型降雨、污水管網改造控制要求、極端大型降雨等多種降雨情景進行模式;在此基礎上，對不同降雨情景下的節點狀態曲線進行確定;其次，利用聚類法對相關性節點進行確定;再次，根據監測目標數目確定節點分類，并對確定節點的代表性進行檢驗，只有滿足檢驗要求的節點才是最終節點;最后，制定監測方案。

上述模型的實施需要考慮以下幾點：

第一，不同降雨情景數據獲取。在不同降雨情景數據取得上，有部分學者采用了SWMM模型，通過情境模擬對相關數據進行檢測。這種方式對實際監測中可能沒有測量到的一些極端情境下的數據進行了補充。

第二，曲線綜合分析。上述模型考慮了節點測試數據在時間上的累積，通過節點時間數據曲線圖形來對節點的相關性進行研究。這樣，通過曲線圖形可以對節點的水量的最大值、最小值和平均值等進行了解。同時，通過不同節點曲線圖形可以更好的選擇代表性的節點，有利于后期監測數據的準確性和完整性。

第三，重視自動識別。污水管網監測點體系的建設不但關系到污水信息化體系的建設，也直接關系到海綿城市的建設。所以，在污水管網監測點布局上要盡量以監測到的數據為基礎，避免人為指標和節點的選擇，避免不必要的人為因素影響，增強污水管網監測點的客觀性。

第四，重視定量研究。污水管網監測點分布的研究要逐漸由定性研究向定量研究方向轉變，逐漸建立定量化的評價方案和體系。

5? 結論

在我國城鎮化建設的背景下，城市給污水網絡的完善與監測成為各界關注的重點。污水管網監測的實施有利于市內洪澇預警機制的實施，有利于全方位、全時段的監測污水管網運行情況。現階段污水管網監測點布局的設計方法大體上包括統計學方法與運籌學方法兩種。不過，從學術上已有研究成果來看，學者對污水管網監測點分布的理論研究相對較少，且具有很大的局限性。例如監測數據以簡單的某一時間段或某一些時間段位主，缺乏整體的、連續性的監測數據;在節點相關性數據選擇上仍以人員主觀判斷為主，個人主觀因素影響較大;監測點的優化主要針對已有監測點進行，缺乏對未開發領域和地區的研究，監測點設計難以集成化、規模化。所以，上述問題即使當前污水管網監測點布局中存在的主要問題，也是未來污水管網監測點布局研究的重點和方向。在未來污水管網監測點布局上要重視定量分析、重視模型的模擬和應用、盡量以實際監測數據為主，避免人為因素干擾。

參考文獻：

[1] 王美秋.污水管網信息管理系統設計[D].上海：同濟大學，2007.

[2] 允爽，劉志強，李娜.城市內澇實時監測系統初探[J].防災科技學院學報，2009（3）：38～41.

[3] 何嘉莉.城市內澇在線監控與信息服務數字化系統設計及監測點優化布置研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

作者簡介：

查安平（1985—），男，曲阜師范大學，本科，工程師，研究方向：環境監測、環境工程、環境影響評價。