城鎮(zhèn)黑臭水體溯源排查技術(shù)探討

謝玉福，戴雨，盛威，盧鵬，李輝

湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊，湖北大冶，435100

0 引言

城市水域生態(tài)環(huán)境與市民的健康美好生活密切相關(guān)，隨著全民環(huán)保意識的提高，城市水域生態(tài)環(huán)境也越來越受到民眾的關(guān)注。我國自《水污染防治行動計劃》發(fā)布實施以來，各地區(qū)持續(xù)精準(zhǔn)發(fā)力推進水污染防治工作，全國范圍內(nèi)水域生態(tài)環(huán)境總體得到較大的改善，但城鎮(zhèn)黑臭水體問題仍不容忽視，維護城鎮(zhèn)美好的水域生態(tài)環(huán)境亦是一項長期性工作[1]。本文系統(tǒng)梳理了城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)特征、排水管網(wǎng)隱患缺陷類型、城鎮(zhèn)黑臭水體與排水管網(wǎng)隱患缺陷之間的相關(guān)性以及排水管網(wǎng)隱患排查技術(shù)等，探討城鎮(zhèn)黑臭水體溯源排查技術(shù)方法及工作思路，指導(dǎo)實踐，獲得較好的工作成效，并對港渠排口的監(jiān)管提出建議。

1 排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

排水系統(tǒng)是雨污水收集、輸送、處理、再生和處置等設(shè)施以一定方式組合而成的總體，通常由管道系統(tǒng)（排水管網(wǎng)）和污水處理系統(tǒng)（污水處理廠）組成。根據(jù)污水、降水的匯集排除方式，分為合流制和分流制兩種基本排水體制形式。

合流制系統(tǒng)：雨水、污水共用一套排水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，一般在河流附近設(shè)置截流措施，起到旱天截流污水及雨天截流初期雨水的作用。

分流制系統(tǒng)：雨水、污水管道系統(tǒng)相互獨立，結(jié)構(gòu)清晰，雨污水通過各自的管道系統(tǒng)進行匯集、處理、排放[2]。

現(xiàn)實狀況，隨城鎮(zhèn)化的快速進程，受不同時期城市管網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計理念、自然地形地貌、管道建設(shè)質(zhì)量以及排水戶違建私接等各種因素的影響，城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)往往合流制與分流制系統(tǒng)并存，經(jīng)過時空次序的疊加組合，兩種不同屬性的管道相互穿插連通，形成一個極其錯綜復(fù)雜的集合體。

2 城市水域特征

2.1 水體與城市共存

水是生命之源，城市的發(fā)展離不開水源的支撐，世界上絕大多數(shù)的城市起建于河湖也興盛于河湖,中國境內(nèi)自然河湖、人工河湖分布廣泛，城市與河湖相互依傍，密不可分，而城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)宛如神經(jīng)脈絡(luò)深入覆蓋整個城市全域范圍，在空間上使城市與自然水體相互交融，更是促進了城市人文活動與河湖機體聯(lián)動的緊密性。

2.2 水域管理范圍廣

城市水體與城市的建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展、居民生活等人文活動緊密相連，在城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的紐帶作用下，城市全域范圍內(nèi)的降水、排水經(jīng)過排水系統(tǒng)的收集、輸送、處置，最終都將匯入城市河湖水體，水體受污染的點狀因素繁多、面狀范圍寬廣，對城市水域的管理工作提出了更高的要求。以往城鎮(zhèn)黑臭水體整治工作浮于表面、治標(biāo)不治本，水體返污反復(fù)、久治不清，近年來，我國針對水域環(huán)境保護工作頒布了一系列新法規(guī)、新政策，指導(dǎo)城市水污染防治工作，推進黑臭水體問題排查追本溯源、截污控源，從根本上消除水體污染的病癥，水域環(huán)保管理工作范圍相應(yīng)地擴張延展到城市的各個區(qū)域[3]。

2.3 排水戶分布特征

城市排水戶是水體點源污染的魁首所在，已然成為城市黑臭水體整治工作中的關(guān)注點。城市排水戶主要有工業(yè)企業(yè)、城中村落、居民小區(qū)、企事業(yè)單位、沿街商鋪等，掌握排水戶的基本信息以及了解排水戶與城市水體的空間分布關(guān)系對于水污染防治工作具有很好的指導(dǎo)意義。

城市的空間結(jié)構(gòu)布局一般可分為工業(yè)（產(chǎn)業(yè)）園區(qū)、老城區(qū)、新城區(qū)、城中村落以及城郊村落等。工業(yè)（產(chǎn)業(yè)）園區(qū)是工業(yè)企業(yè)的集中地，也是產(chǎn)生工業(yè)污染的主陣地；老城區(qū)內(nèi)排水戶類型多樣、數(shù)量龐大，主要有企事業(yè)單位、居民小區(qū)、沿街商鋪等，同時，老城區(qū)也是排水管網(wǎng)隱患問題的多發(fā)地、生活污水的量產(chǎn)地，容易發(fā)生生活污水污染水體的問題；新城區(qū)各項基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)較為規(guī)整，排水管網(wǎng)系統(tǒng)嚴(yán)格推行分流制，新建管道病患少，污水基本得到有效的收集、輸送及處置，發(fā)生生活污水污染水體的問題極少；城中村落以及城郊村落居民相對少，但普遍存在排水管道私接亂接的現(xiàn)象，勢必產(chǎn)生少量的生活污水污染水體[4]。

圖1 排水戶分布特征示意圖

3 黑臭水體與排水管道隱患的相關(guān)性

“黑臭在水里，根源在岸上，關(guān)鍵在排口，核心在管網(wǎng)”。城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)作為城市的生命線，承載雨污水收集、輸送以及排放的功能，是城市防洪排澇、水生態(tài)環(huán)境保護的重要基礎(chǔ)設(shè)施。排水管網(wǎng)系統(tǒng)不完整或者存在混錯接、功能性及結(jié)構(gòu)性缺陷等隱患問題時，會導(dǎo)致雨污水不能按照既定的規(guī)則正常收集、輸送以及排放，容易發(fā)生污水污染自然水體的現(xiàn)象。

3.1 管網(wǎng)系統(tǒng)不完善

城市排水管網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)隨同道路的規(guī)劃建設(shè)同步進行，市政道路排水主干管網(wǎng)系統(tǒng)一般較為完整，但城市范圍內(nèi)依舊存在一些管網(wǎng)空白區(qū)域。一是管網(wǎng)接駁排水戶的“最后一米”空白，市政管道與排水戶脫節(jié)，這種問題主要出現(xiàn)在城中（城郊）村落，居民將生活污水就近排入鄰近溝渠、河道、水塘等；二是污水干管局部缺節(jié)，上游污水干管末端就近接入鄰近雨水井。管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完善，未能實現(xiàn)污水應(yīng)收盡收致使部分生活污水直排水體，或是污水借道流入雨水管道，終將污染城市水體。

3.2 合流制管網(wǎng)的局限性

合流制管網(wǎng)系統(tǒng)具有它獨特的優(yōu)勢，也有較明顯的弊端。合流制管網(wǎng)將雨污水全部收納進入合流管道，大大增加了合流管道的輸水壓力以及污水處理廠的運行壓力，當(dāng)水量超出管道及污水處理廠的承載能力時，容易發(fā)生污水溢流致使城市內(nèi)澇、路面滯水，或是合流管道中的污水在雨水的裹挾下直接從溢流口傾排流入河湖水體，如合流管道長期超負(fù)荷運行亦容易造成管道淤堵，降低管道的輸水能力，相應(yīng)地也提高了污水溢流的概率。暴雨天氣時，致澇或溢流的問題更為突出。隨著城市的擴建以及環(huán)保指標(biāo)要求的提高，合流制排水管網(wǎng)系統(tǒng)或許將不再適應(yīng)時代的需求[5]。

3.3 混錯接問題

分流制排水系統(tǒng)的主旨是“雨污管網(wǎng)各司其職，雨污水各行其道”，雨水管網(wǎng)負(fù)責(zé)收納、輸送地面徑流、山泉水等并排入自然水體，污水管網(wǎng)負(fù)責(zé)全面收集排水戶產(chǎn)生的各類性質(zhì)的污水并輸送到污水處理廠進行處置。當(dāng)分流制排水系統(tǒng)存在混錯接問題時，雨水將通過混接點流入污水管道，擠占污水管道的承載空間，甚至致使污水井溢流，形成地面徑流，再經(jīng)鄰近雨篦流入雨水管道；而污水同樣會通過混接點流入雨水管道，進而排入自然水體。

3.4 管道缺陷

管道缺陷分功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷，具有隱蔽性強且各類型缺陷相互交織的特點。大多數(shù)類型的管道缺陷與水體污染并不存在直接的因果關(guān)系，只有個別類型的管道缺陷會導(dǎo)致水體污染事件的發(fā)生。比如，污水管道存在嚴(yán)重的功能性缺陷時，可能會致使污水溢流而污染水體；污水管道結(jié)構(gòu)破損時，會出現(xiàn)污水外滲而污染地下水的現(xiàn)象等等。

4 排水管網(wǎng)隱患排查技術(shù)

排水管網(wǎng)是一套隱蔽性極強、城市覆蓋面較廣、結(jié)構(gòu)體系相當(dāng)復(fù)雜的地下基礎(chǔ)設(shè)施，管網(wǎng)的隱患缺陷同樣具有隱蔽性強、覆蓋面廣、類型多樣且各類型缺陷相互疊加交織等特點，排水管網(wǎng)隱患排查工作極具挑戰(zhàn)性。

4.1 管網(wǎng)探測

掌握排水系統(tǒng)的布局、管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系、管徑大小、管材以及管道的流向等基本信息是排水管網(wǎng)隱患排查工作的基礎(chǔ)。管網(wǎng)探測技術(shù)以人工實地探查為主，采用簡易工具打開窨井蓋，現(xiàn)場目視判斷并測量記錄管道的屬性類別、管道走向、管道材質(zhì)、管徑大小(斷面尺寸)、管底深、管道流向、窨井深、井蓋尺寸以及探查點位置坐標(biāo)等，繪制草圖，填寫記錄表，最終匯總梳理形成完整的數(shù)據(jù)庫文件以及管網(wǎng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖件等成果，初步評價管網(wǎng)混錯接、外水混入等情況。

4.2 排水管道檢測

排水管道檢測的對象包含管道、檢查井、進水口、排水口以及相關(guān)附屬設(shè)施等，主要目的是查明管道及其附屬物的結(jié)構(gòu)性缺陷以及功能性缺陷。排水管道檢測技術(shù)分類詳見圖2。

圖2 排水管道檢測技術(shù)分類

4.2.1 傳統(tǒng)檢測方法

國內(nèi)外早期的排水管道檢測技術(shù)以人工檢測為主，主要有直接目測法、反光鏡檢查、潛水員檢查以及量泥斗檢查等，技術(shù)手段較為簡單落后。隨著城鎮(zhèn)化進程，因排水管網(wǎng)系統(tǒng)性問題、管道老化、管道更新建設(shè)質(zhì)量問題以及排水戶私自違建等因素而導(dǎo)致的隱患病害不斷增多，對城市宜居環(huán)境以及經(jīng)濟的發(fā)展所造成的危害也越來越凸顯，排水管網(wǎng)隱患排查工作的目標(biāo)要求同樣高標(biāo)準(zhǔn)化，傳統(tǒng)排水管道檢測技術(shù)雖然簡單方便，但檢測結(jié)果以主觀臆斷為主，存在較大局限性，對于當(dāng)前及今后排水管道隱患排查工作的高要求力有不逮。

4.2.2 儀器檢測技術(shù)

相對于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，儀器檢測技術(shù)的檢測能力及精度更高、檢測結(jié)果更直觀，主要有CCTV檢測技術(shù)、QV檢測技術(shù)、聲吶檢測技術(shù)、管道掃描與評價技術(shù)（SSET）以及多重傳感器檢測技術(shù)（SAM）等。

CCTV檢測技術(shù)是應(yīng)用最久，也是目前應(yīng)用最普遍的方法，通過控制攜帶攝像設(shè)備的爬行器行進于滿足通行條件下的管道內(nèi)并拍攝錄像，近距離精確直觀地獲取管道內(nèi)部的現(xiàn)狀圖像。

QV檢測技術(shù)是一種快捷的管道檢測手段，通過調(diào)節(jié)伸縮桿將高清攝像設(shè)備放入檢查井，快速獲取井室、井脖以及管口附近管道內(nèi)側(cè)的現(xiàn)狀圖像，設(shè)備便攜，操作簡便，適用于管道缺陷的快速篩查及初步評價。

聲吶檢測技術(shù)，將聲吶檢測儀浸入管道內(nèi)，聲吶檢測儀在管道內(nèi)行進的過程中對管道內(nèi)側(cè)進行聲吶掃描，獲取管道截面聲吶橫斷面圖，以判讀管道沉積、變形、異物穿入以及破裂等缺陷。

管道掃描與評價技術(shù)（SSET）結(jié)合了掃描儀與回轉(zhuǎn)儀的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用了數(shù)字成像技術(shù)，能夠提供高質(zhì)量、詳細(xì)的數(shù)字圖像，加快了管道評估的過程。

多重傳感器檢測技術(shù)（SAM）配置了多個傳感器，可以提供管徑、管道缺陷以及管道周邊土壤參數(shù)等更多的檢測信息。

當(dāng)前，CCTV、QV以及聲吶檢測技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，且基本滿足國內(nèi)現(xiàn)在的市場需求。管道掃描與評價技術(shù)（SSET）以及多重傳感器檢測技術(shù)（SAM）檢測技術(shù)更為先進，但檢測成本較高，在國內(nèi)應(yīng)用較少。

4.2.3 水質(zhì)水量監(jiān)測

水質(zhì)水量監(jiān)測技術(shù)，在管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置流速液位傳感器進行監(jiān)測并按規(guī)定時間間隔采取水樣檢測其濃度，分析水質(zhì)水量的變化規(guī)律，評價管網(wǎng)整體運行情況，判斷管網(wǎng)可能存在的隱患缺陷及分布區(qū)域，為管網(wǎng)隱患排查工作細(xì)化靶區(qū)提供依據(jù)。

5 黑臭水體溯源排查方法探討

結(jié)合城鎮(zhèn)黑臭水體與排水管網(wǎng)隱患問題的相關(guān)性，應(yīng)用排水管網(wǎng)隱患排查技術(shù)，高效追溯污水源頭。工作思路如圖3。

圖3 黑臭水體溯源排查工作流程

5.1 踏勘

了解工區(qū)范圍、地形地貌、目標(biāo)水體地理位置及展布情況、排水戶類型及分布情況、交通條件等，對排水流向、排水戶污水類型及分布等情況建立空間認(rèn)識。

5.2 排口調(diào)查

抓重點，全覆蓋。晴天時段以無人機航拍技術(shù)迅速定位嚴(yán)重排污口，并重點展開溯源排查工作；以人工巡查的方式對目標(biāo)水體岸線進行排口詳查，查明每一個排口的具體位置、排水的水質(zhì)水量等情況，現(xiàn)場進行詳情記錄、拍照及坐標(biāo)測量，根據(jù)排水的顏色、氣味以及渾濁度等特征判定明顯排污口，不能現(xiàn)場定性時，采集水樣進行水質(zhì)檢測，并將水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的排口列為排污口。

5.3 污水溯源

應(yīng)用管網(wǎng)探測及QV檢測技術(shù)，對晴天存在排污問題的排口展開溯源排查，摸清排污口上游管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，追溯污水來源，明確污水源頭的具體位置、污水性質(zhì)、水量以及責(zé)任單位等。每個排污口單元的管網(wǎng)溯污調(diào)查工作以找到污水源頭為止，對系統(tǒng)內(nèi)所有來向管道展開全面調(diào)查，直至查清所有污染源。

5.4 疑難問題解決

對于隱蔽性較強的暗接管，而QV檢測能力局限時，首選CCTV檢測手段進行深入檢測。

5.5 成果編制

系統(tǒng)梳理調(diào)查成果，對源頭污水進行分類，劃分工業(yè)污水、生活污水以及市政混錯接問題等，明確違排責(zé)任單元及其污水性質(zhì)，為項目主管部門開展針對性的問題整治明確工作方向。

6 應(yīng)用成效

某高新區(qū)的城市水環(huán)境治理進程中，工業(yè)園區(qū)港渠劣五類水體頑疾難以根除，返污問題嚴(yán)重。基于本文黑臭水體溯源排查工作思路，以無人機航查、人工巡查組合應(yīng)用的工作方式定位排污口，以管網(wǎng)探測、QV檢測相配合的工作手段對港渠沿岸排污口展開溯源排查，以CCTV檢測技術(shù)解決疑難問題，快速查明了港渠排污口的位置以及污水源頭。發(fā)現(xiàn)排污口30處。發(fā)現(xiàn)工業(yè)污水違排點19處，涉及工業(yè)企業(yè)15家；發(fā)現(xiàn)生活污水違排點65處，涉及企事業(yè)單位、居民小區(qū)以及城中城郊村落等排水戶48個；發(fā)現(xiàn)市政管網(wǎng)混錯接11處、管道結(jié)構(gòu)性缺陷3處、污水井溢流問題1處。所查明的問題，為港渠黑臭水體控源截污整治工程明確了工作方向，經(jīng)全面源頭治理，港渠水質(zhì)明顯改善，黑臭形象消除。

7 結(jié)語

排水系統(tǒng)與城市融為一體，排水管網(wǎng)隱患是導(dǎo)致城市水體污染的重要因素，厘清管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征、管網(wǎng)系統(tǒng)與排水戶的空間分布關(guān)系等，應(yīng)用管網(wǎng)隱患排查技術(shù)，能高效地追查城市黑臭水體污水源頭。

排水管網(wǎng)隱患排查工作是一項長期性工作，城鎮(zhèn)水體長治久清離不開排口的監(jiān)管。管網(wǎng)系統(tǒng)圖件及管網(wǎng)基本信息數(shù)據(jù)庫能夠較好地輔助城市水污染常態(tài)化防治工作，可用以指導(dǎo)水體返污問題的精準(zhǔn)溯源排查，應(yīng)建立排口管網(wǎng)信息臺賬，掌握每一個排口單元管網(wǎng)系統(tǒng)的空間布局、服務(wù)范圍，并了解其服務(wù)范圍內(nèi)排水戶的類型及分布情況、排水戶污水的基本性狀等，當(dāng)排口出現(xiàn)排污問題時，可根據(jù)排口信息臺賬迅速調(diào)查污水源頭。