城鎮河道污染源實地調查及動態管理研究

錢正偉，孫雪梅，薛武軍

(常州市測繪院，江蘇 常州 213002)

1 引 言

城鎮雨污水管道合流排放及雨污水管道串聯現象，生活、實驗、餐飲等各種污水沿雨水管道排入河流中，造成河流中有機碳、有機氮污染物以及含磷化合物負荷不斷加大，河道水環境污染也日益嚴重。水環境污染源普查是環境保護的基礎性工作，掌握各類污染源的數量、行業和分布情況，了解污染源的產生、排放和處理情況，建立健全的污染源檔案、污染源信息數據庫和環境統計平臺，是當前生態文明建設的重要工作。“智慧城市”“263”“333”專項行動等項目的推進，均要求各級政府將河道污染治理納入重要工作議程，對河道污染源進行專項調查，掌握各類污染源的數量、行業和地區分布，建立河道重點污染源檔案和各級污染源信息數據庫，促進污染源信息共享機制的建立，為污染源的管理奠定基礎，為制定社會經濟發展和環境保護政策、規劃提供依據。本文結合常州市武進城區河道污染源調查工作，分析城鎮河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實地調查方法，并提出利用GIS可視化技術對河道污染源進行持續性監測管理，使得河道污染源普查效用最大化。

2 城區河道污染源形成原因及分類

城鎮河道水質污染多來自雨水管網內外來水的輸入：①地下水，主要通過管道或者附屬設施縫隙、缺陷處流入，往往比地面徑流雨水遲緩地流入管道；②雨水外的其他水源流入，主要是指直接從地面隨機累積的水源，以及錯誤流入分流制系統的水源，或雨污水管道混接；③合流制排水管道在暴雨或融雪情況下，流量超過污水處理廠或污水系統設計能力時，該部分排放水以溢流的形式排放到河道水體。這三類排放水均會造成河流中有機碳污染物、有機氮污染物以及含磷化合物負荷不斷加大，對河道水質產生了很大的影響。因此河道污染源排查需要從點源排放污染、溢流污染、管道損壞引起的污染幾方面著手排查。

常州市武進區城區河道周邊主要以工廠企業、居民住宅、商鋪、學校、醫院、機關事業單位為主，點源污染源一般分為：

(1)生活污水：包括陽臺洗滌水、空調水排放水、澡堂排放水、拖把池排放水、食堂排放水、洗衣水等，直接排放至雨水管道；

(2)雨污串聯：雨污水管互通現象；

(3)露天污染：包括生活垃圾的堆放、露天排放等；

(4)實驗廢水：實驗室的廢水、廢料通過管道排放至雨水管道。

溢流污染與城市污水處理廠處理容量相關，污染治理與點源污染有所區別，本文主要分析點源污染源、雨污串聯及管道破損污染的追蹤和排查。

3 河道污染源實地調查

點源污染源、雨污串聯及管道破損污染而進入的污水均是通過雨水管道通過排口排入河道水體中，因此城市河道污染源調查，需要從雨水管道、雨水排口著手，探明河道沿線排口及周邊雨水管線敷設情況，利用CCTV、QV等檢測設備評估排水管道狀況，查明測區內雨水管道排放情況和污染源信息。整體技術流程如圖1所示：

圖1 河道污染源實地調查流程圖

3.1 雨水管線探測

雨水管線探測需要探明雨水管道管徑、材質、流向、埋深等信息，滿足《城市地下管線探測規程》技術要求。在常規雨水管線探測的基礎上，還需要針對雨水井、雨水篦有無污染源進行分類，滿足后續河道污染溯源的需求。雨水井、雨水篦需要查明是否存在污染源、是否私接支管情況，同時需要查明檢查井、溢流井位置，為后續排污溢流監控奠定數據基礎。實地測繪時測區內部分井蓋銹死、個別井蓋被埋，給管線探測帶來不小的難度。為配合管線探測工作，利用視頻檢測儀器、雷達探測技術或井蓋探測儀對被埋井進行查找。

3.2 排口調查

排口調查考慮采用內外業結合的形式完成排口調查。基于GIS可視化技術將河流域雨水管道進行一張圖展示，由于城市雨水管道多利用排口形式直接排入河道，因此可利用緩沖分析技術將城市河流與雨水管道進行緩沖分析，管道與河道交點或緩沖區內及目標排口位置，從而可以快速判定哪些地方缺少排口資料，從而進行針對性探查。

實際探查時，需要對排口進行編號、拍照，采集排放口的管徑、材質、埋深、平面位置和高程等信息，記錄排口是否有污水排入，形成完整的排口資料。位于河道水面以下排口必要時按計劃分段由水利主管部門對區域河道進行下閘開泵的形式或臨時圍堰后降水或有針對性地利用潛水員摸查。排口實地調查時，可以依據需要為關鍵排口安裝水浸傳感器及視頻監控，對排口排水狀態進行監測，監測數據傳輸至監控平臺分析，實時監測排口排污狀態。后續排口巡查時，也可以考慮采用垂直起降多旋翼無人機進行定期巡查，提高巡查效率。

3.3 污染源排查

利用現場踏勘、河流水質監測等手段可以快速建立河道污染排口檔案及雨水管線，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網線路，根據聯通的雨水管網，利用GIS緩沖區分析功能，配合興趣點信息，可以在圖上標明可能污染源，為污染源溯源提供初步數據參考。

現場排查時，以各排放口為源頭，沿聯通的雨水管道從下游往上游逐井詳查雨水管網現況，逐井拍照及視頻攝影，觀察并記錄排放物情況(流量、水質等)。將排放口分兩類進行，非雨天有流水和無流水兩類，判斷有無流水需多次、分時段實地取證。非雨天流水排口為污染源重點調查對象，調查排水口上游對應的雨水井、雨水篦及管段，首先對雨水井、雨水篦內私接管道進行排查，其次利用QV對管段內部初查，對疑似污染源管段用CCTV進行詳查確認，期間部分水位或淤泥較高的需要清淤疏通和氣囊封堵配合，從而確認管道上是否有支管或暗管，及排放物來源走向。個別暗管污染源源頭較難查找，無法準確判斷污染源的來源，結合現場條件，利用CCTV和探地雷達技術相結合的方法，對污染源進行定位，從而判斷污染源源頭。通過排口-管道-井-管道溯源式調查，最終可查找到污染源，對其進行精確定位，形成污染源排查報告。對于判斷為非雨天無流水排放口，往上游對雨水井、雨水篦和管段進行精確定位即可，最終形成雨水管網一張圖。

CCTV視頻檢測前的管道封堵需要根據實際管道情況和管道內水流強度，選用潛水封堵或橡膠氣囊輔助封堵，依據先上游、交匯井入水口原則進行封堵。一般運營中的主管段采用潛水封堵，施工階段或支管可選用相交氣囊輔助封堵。測區內管道內垃圾較多，為滿足視頻檢測和污染源調查的要求，還需要對管道先進行疏通、清淤，確保視頻檢測和污染源調查工作順利進行。

3.4 管道視頻檢測

管道封堵后利用QV、CCTV進行管道檢測，除了可以查明排污來源，還可以對管道內部破損及缺陷進行檢測，探明是否有因管道破損引起的污染滲入，同時為后續管道修復提供數據基礎。視頻檢測依據《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》執行，依據照片、視頻進行判讀，確定管道的缺陷類型及缺陷等級，同時給出管道修復建議。管道缺陷分為結構性缺陷和功能性缺陷兩類，結構性缺陷分為破裂、變形、接口問題、滲透、暗接、腐蝕、井體問題、軸線問題及標高問題；功能性缺陷則指管道內部障礙導致的水流受阻。管道破裂、變形視頻如圖2所示。

圖2 管道破裂、變形視頻

3.5 污染源實地調查成果資料

實地調查成果分為：雨水管線探測成果、排口調查成果、污染源調查成果、視頻檢測成果。其中雨水管線、排口、污染源成網狀聯通，視頻檢測成果與相應雨水管線一一對應。

4 基于GIS可視化技術的河道污染源動態管理

通過現場踏勘、探查完成的河道污染源溯源調查，形成了現勢的雨水管線、排口、暗管、排污點成果數據，為實現河道污染源的動態管理，可考慮采用信息化手段，將上述實地調查成果進行建庫，建立河道污染一張圖，利用GIS可視化技術輔助后續河道污染源動態管理。

基于WebGIS技術研發輕量化的排水綜合應用系統(圖3)，以電子地圖等地理空間數據為基礎，將雨污水管道、排口、點狀污染源等信息集中在一張圖，提供數據填報、編輯接口，更新排污點、排口、檢查井、溢流井等關鍵節點信息，同時還可以融合黑臭河流、排水片區等治水數據，按管道空間位置接入CCTV視頻檢測數據、在線監測視頻、水質指標信息等物聯網接口，在線、動態監管排水基礎設施運維情況及城市治水業務進展信息，實現排水設施、綜合治水一站式管理，使得河道污染源實地調查的效用最大化。

圖3 排水綜合應用系統

基于移動GIS技術研發掌上排水系統(圖4)，通過移動、在線、現場辦公形式，改變了傳統人員現場勘查、手動更新模式，打通不同作業流程通道，使得日常巡查、問題督辦、責任落實業務一個平臺完成，提高排口、河道巡查辦公效率。水質物聯網監測信息的接入，并按月匯總生成水質報表，形成河道整治一覽表，方便跟蹤河道治理進展。

圖4 掌上排水系統

排水綜合應用系統同時也為前期河道污染源實地調查提供技術支撐(圖5)，利用空間分析功能獲取直通河流的排口信息，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網線路，根據聯通的雨水管網，再利用緩沖區分析功能，可以在圖上高亮顯示可能污染源，從而可以加快污染源普查效率。通過污染源普查工作，可以明確河道污染源分布及污染種類，在排水一張圖上添加與排口動態相關的污染源實體信息，以排口、污染源地理空間實體為圖形化基礎，串聯后期污染源治理計劃，建立城市污染源治理一覽圖，動態監管跟蹤各污染源治理進展。

圖5 信息系統輔助河道污染源實地調查

5 結 語

本文結合常州市武進城區河道污染源調查工作，根據武進區城鎮河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實地調查的流程和技術路線，并提出利用GIS可視化技術實現雨水管線、排口、河道污染源等調查資料一張圖展示，服務于河道污染源持續性監測管理，也為前期河道污染源實地調查提供技術支持。為使得河道污染源普查效用最大化，還需要建立河道污染源巡查、監測制度，利用無人機航飛、移動端等技術輔助河道、排口移動巡查；考慮結合視頻監控、排口浸潤傳感器、水質監測等物聯網設備實現河道、排口、排污的動態監測。