地下管線探測技術在污水零直排區建設中的應用探討

余磊鑫

（江蘇海洋大學 海洋技術與測繪學院，江蘇 連云港 222005）

引言

隨著城市建設的快速發展，城市面積的擴張以及地表硬化面積的隨之增加，城市原有生態系統遭到破壞，我國許多大中城市尤其是長江流域地區頻繁發生嚴重的城市內澇災害，給當地人民群眾的生活、生產帶來巨大的損失，甚至威脅到生命安全，這對社會的和諧、穩定和發展產生了嚴重影響；同時，很多城市在建設初期受到經濟、技術與理念的制約，市政排水管道與城市建設不同步，城區內排水管道合流制和分流制交替存在以及排水系統混亂導致大量城市污水排入河道，致使河道水體環境的不斷惡化。

1 污水零直排區建設

為踐行“綠水青山就是金山銀山”的城市生態發展理念，推進城市生態文明建設邁上新臺階，各級政府在生態建設工作實施過程中衍生出多項生態工程，“污水零直排”就是其中一項重點工程，旨在改善水環境。

“污水零直排”工程是指將雨水、污水分流排放，或將污水處理后排放，達到消除建設區域內河道晴天排污現象，以改善河道水環境[1]。它在雨污分流的基礎上提出更嚴格的要求，第一是在嚴格執行雨污分流標準下建立完善的污水、雨水排水管網；第二是排水管道及其附屬設施設備完好，排水管道無錯接、漏接、錯位、淤積、破損、堵塞等問題現象；第三是所有雨污水管網有定期檢查整改機制。

2 地下管線探測技術發展與應用

地下管線探測是獲取地下管線信息的一項重要基礎工作。隨著城市建設的不斷發展，早期的開井調查方式已無法滿足海量的地下管線信息獲取和現代化的信息管理，在工程物探技術的應用推廣下，地下管線探測技術發展到基于物探技術的“內外業一體化”探測技術，為地下管線管理與運行維護提供了豐富的信息獲取手段。

2.1 早期探測技術應用

上世紀九十年代之前，因管線探測技術的限制以及行業管理水平的落后，城市地下管線探測方式以開井調查為主。由于地下管線具有隱蔽性和地下條件復雜等特點，不能準確獲取地下管線信息，而且工作量大，社會經濟效益低下。

2.2 物探技術的發展與應用

上世紀80 年代末，工程物探技術逐漸引入到地下管線探測中，其中電磁感應法、探地雷達法、地震波法、電阻率法、磁法、地面測溫法等相繼取得地下管線探測應用成果。隨著探測儀器技術水平的提高，發展出了高精度磁梯度法、高密度電阻率法、面波法以及紅外測溫法等，這些方法在復雜地質條件下也取得了大量的成功案例。下面介紹幾種在實際工作中常用的地下管線探測方法。

（1）直接法：直接法是指一種人為主動控制電磁場源的電磁感應法。工作原理是將電磁發射機的一端接在探測管線的金屬連接點上，另一端接在管線的另一個連接點上或者接地，根據管線周圍產生的磁場判斷管線的位置。該方法產生的電磁信號強，能夠準確定位管線位置，測深精度較高，主要適用于地下金屬類管線探測，如鋼、鑄鐵等材質。

表1 地下管線調查項目表

表2 地下管線測量定位特征點及附屬設施

（2）夾鉗法：夾鉗法也是人為主動控制電磁場源的電磁感應法。工作原理是利用地下管線探測儀配備的具有環形磁芯的夾鉗，夾在被測金屬管線上，夾鉗產生的磁場能直接耦合到管線上，這樣管線也就產生了感應電流。夾鉗法相較于直接法的優勢是不受相鄰管線的干擾，但同樣要求被測管線必須有管線出露點，適用于電纜等直徑較小的金屬管線，直接決定了夾鉗法的探測精準度。

（3）探地雷達法：探地雷達（Ground Probing Radar，簡稱GPR）法是一種利用電磁波確定地下介質分布的電磁技術。利用探測儀對地下進行高頻電磁波掃描，在地下各類管線與土質界面處產生反射波，根據反射的電磁波確定地下管線的結構、走向和埋深。當管線與地下周圍介質間電磁特性差異較大時，該方法具有較好的探測效果，適用于非金屬管線探測。探地雷達法的主要優勢是能夠無損檢測，不對路面環境、目標體等形成破壞，且具有操作簡單、作業高效的特點，但是受環境的干擾較大，只能對管線進行剖面探測。

（4）地震波法：地震波法是使用儀器發射器在地面上激發地震波向地下深處傳播，遇到不同的介質產生不同的反射波，儀器接收器根據反射波解析確定地下管線信息。與探地雷達法相比，地震波法可以在水下環境使用，在探測埋設較深、口徑較大的金屬或非金屬管道時，該方法探測效果明顯。

2.3“內外業一體化”探測技術的發展與應用

隨著城市地下管線建設的不斷發展以及城市現代化建設的要求下，城市規劃提出建立地下管線信息系統，實現地下管線的信息化管理，要求將地下管線探測、地下管線數據處理和建庫、地下管線自動成圖等步驟一體化作業，由此推出了“內外業一體化”探測技術。在物探技術、數字化測繪技術以及3S 技術的發展應用下，“內外業一體化”探測技術也得到了快速發展和應用推廣：地下管線探測方法和探測儀器不斷完善，探測技術水平不斷提高；數字化測繪程度不斷發展，自動化、智能化帶來作業效率的提高；GPS 和GIS 推廣應用使得獲取地下管線空間信息的效率和質量不斷提高；行業標準的修訂對規范和統一地下管線技術的應用和推廣起到了重要作用。

在此期間，地下管線探測由原有的內外業分離作業、人工操作繁多過渡到地下管線數據采集和處理的數字化和自動化，使得工作效率大大提高，獲得的數據日益規范化和標準化，實現了數據管理的信息化和可視化[1]，形成了地下管線數據采集、數據處理與建庫最后到信息系統建設的工作流程，成為地下管線信息化建設的主要技術手段和工作模式，同時也為后期信息系統運行中的信息更新提供了強有力的技術支持。

3 地下管線探測技術在污水零直排區建設中的應用

3.1 污水零直排區建設工程目標

“污水零直排”區建設工程目標主要是查明建設區域內污水源頭、設施情況、雨污水排放情況，明確排水設施現狀以及存在問題，建立涉水污染源頭信息數據庫和排水設施分布資料數據庫。探測雨污水管線以及相關附屬物的平面坐標、高程、材質、流向，查明雨污水管線的性質并追蹤管線至立管處；繪制雨水管線平面圖以及編制管線點和混接點成果表和調查成果報告。

3.2 排水管線探查

排水管線分為雨水、污水及雨污合流管線，區分查明合流管線的流向、埋深、材質、斷面尺寸等，雨水管線強調區分晴天有水流出和無水流出的支流管線，晴天有水流出的為有污染管線，無水流出的確定為雨水管線，對晴天流水的雨水管線追蹤調查至污染源頭（立管），對雨水接入污水管線的雨水篦或立管進行調查。

3.2.1 探查方法

管線探查從下游開始，逆流向追蹤至源頭。采取直接開井量測的方法對明顯管線點進行調查，采用示蹤法等調查隱蔽點以及疑難點。

明顯點開井量測內容如表1 所示。

對于隱蔽點以及疑難點采用示蹤法，將示蹤探頭的一端放入排水管道內，探頭隨管道內排水流動，地表用探測儀對示蹤探頭進行跟蹤定位。

3.2.2 地下管線測量定位點

對管線點的特征及其附屬設施（包括檢查井、雨水篦、泵站、排水口等）做詳細的調查、紀錄和量測。量測讀至厘米并做詳細的外業原始記錄。

為了便于管理，對管線點進行統一編號，管線點的編號由調查人員在管線調查現場編排，在實地管線點旁采用鋼釘打入地面作為標志，并用紅油漆注記。

排水管線調查順序遵循“已知到未知，簡單到復雜”的原則，雨水管線應追溯至河道排口（無論此排口是否出測區），同理，污水管線應調查至與現有GIS 管網接駁井或泵站。

3.2.3 污染源調查

查明市政雨污水管網合流、混接位置（包含雨水進入污水及污水進入雨水），將源頭位置定義為污染源并賦予相應點號，包括旱季有污水流出且不確定污水來源的管道，若為地面水直接流入，則將流入位置井定義為污染源，標注出雨水進入污水的點位，明確雨水來源、標高、管徑、排污量等。

3.2.4 排放口調查

查明河道排放口的位置、管徑、管底高程、是否封堵等。注意排放口的“排水量”即為“排污量”，即所有流至此排口的污染源排污量總和。

3.2.5 泵站、截流井調查

按照內業表格要求查明其位置、泵站名稱、截流井類型等。

3.3 管線測繪

根據工作進展以及涉及的管線覆蓋范圍，采用測區地方平面坐標系統及1985 國家高程基準收集測區范圍內的控制成果，并進行了數據驗證，確保起算點的準確性。

3.3.1 圖根控制測量

（1）圖根控制點的布網、埋設及編號

a.圖根點主要沿測區道路布設，不完全要求相鄰點兩兩通視，但為了便于以后測繪的需要，每點至少有一個通視方向。

b.圖根點的標志埋設：根據測區實際情況，本次主要在水泥地面埋設固定標志，紅油漆畫框書寫點號。

c.圖根點的編號采用點號前冠大寫字母“XL”（街鎮首字母，比如“閑林”），后面加上三位阿拉伯數字順序編號，從001 至999，編號不得大于999，可以缺號或跳號，但不得重復，如“XL120”。

（2）圖根控制點的精度要求

采用網絡RTK 測量方法進行施測圖根控制測量。圖根控制點測量前應至少檢測1-2 個已知點，其中平面位置較差不大于5cm，高程較差不大于10cm。圖根網絡RTK 測量要求按照以下規定執行。

（3）平面控制點檢核

RTK 平面控制點檢核測量技術要求如表3 規定。

表3 RTK 平面控制點檢核測量技術要求

圖根控制點RTK 高程測量與網絡RTK 平面測量同時進行，其它精度指標及施測要求滿足表4 規定。

表4 網絡RTK 高程測量技術要求

3.3.2 管線點測量

采用全站儀極坐標法測量管線點的平面位置。采用極坐標法時，以圖根控制點為起算點，水平角、邊長可觀測半測回，測距長度不宜超過150m，定向邊采用長邊，儀器高量至毫米。

精度指標要求如下：

地下管線明顯管線點埋深測量精度如表5 所示，地下管線中心埋深hm表示，量測埋深限差δm表示。

表5 明顯點埋深測量精度

（2）地下管線隱蔽點測量精度：平面位置限差δts=0.10h，埋深限差δth=0.15h，h 為地下管線中心埋深，以厘米為單位，h 不足 1m 以 100cm 計算[4]。

（3）管線點測量精度：解析管線點平面位置相對于鄰近控制點中誤差±5cm，高程相對于鄰近高程控制點中誤差±3cm，二倍中誤差為限差[5]。

（4）地下管線圖的測繪（編繪）精度：測量點位中誤差±0.5mm。

3.4 成果整理

錄入管線探測庫、坐標庫并校對、程序檢查探測庫中有無屬性錯誤。用正元等軟件出管線圖形數據和屬性數據庫，屏幕查圖的工作就是做到外業手圖、探查記錄手簿、探查成果庫、測量成果庫后出草圖的一致性，修改屏幕查圖工作中發現的錯誤。在此基礎上編制成果表，繪制管線圖。

4 結束語

污水處理是一項長期且重要的工程，尤其在城市迅速發展過程中污水排放量不斷增加，這些污水不僅影響到周圍環境，同時也會威脅到人們的身體健康[1]。隨著城市信息化管理的不斷深化以及城市現代化建設的日新月異，越來越要求用現代化的方式來管理、建設和規劃城市。本文介紹了將現代化的地下管線探測技術應用在“污水零直排”建設中的方法，希望可以給相關工程隊伍提供一定的借鑒與參考。