南方某市污水系統(tǒng)提質(zhì)增效外水排查方法與測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用

摘" 要：污水系統(tǒng)提質(zhì)增效日漸重視，不同地區(qū)的外水排查方法不盡相同，該文以南方地區(qū)外水排查實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，從資料收集、現(xiàn)狀調(diào)查、污水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與診斷、外水量測(cè)算、外水類型識(shí)別與分類調(diào)查進(jìn)行闡述，總結(jié)提出測(cè)繪技術(shù)在主要外水類型排查及成果整理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：污水系統(tǒng)；外水排查；測(cè)繪技術(shù)；污水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與診斷；外水量測(cè)算

中圖分類號(hào)：X52" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）21-0170-04

Abstract： More and more attention has been paid to the improvement of quality and efficiency of sewage system， and the methods of external water discharge are different in different areas. This paper summarizes the practice of external water discharge in the south of China. From the aspects of data collection， current situation investigation， sewage system monitoring and diagnosis， external water quantity calculation， external water type identification and classified investigation， this paper summarizes and puts forward the application of surveying and mapping technology in the investigation of main external water types and the arrangement of results.

Keywords： sewage system; external water discharge; surveying and mapping technology; monitoring and diagnosis of sewage system; external water quantity measurement

2019年4月29日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021年）》[1]，為我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)提質(zhì)增效工作指明了方向。2022年3月28日住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展改革委和水利部聯(lián)合印發(fā)了《深入打好城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》（建城〔2022〕29號(hào)），提出了“到2025年，城市生活污水集中收集率力爭(zhēng)達(dá)到70%以上，進(jìn)水BOD濃度高于100毫克/升的城市生活污水處理廠規(guī)模占比達(dá)90%以上”，要求“現(xiàn)有污水處理廠進(jìn)水生化需氧量（BOD）濃度低于100毫克/升的城市，要制定系統(tǒng)化整治方案，明確管網(wǎng)排查改造、清污分流、工業(yè)廢水和工程疏干排水清退、溯源執(zhí)法等措施”。近年，外水排查和污水提質(zhì)增效問(wèn)題研究被重點(diǎn)關(guān)注，城市污水處理廠進(jìn)水濃度偏低是南方城市污水處理廠共同面臨的問(wèn)題，進(jìn)水濃度偏低的現(xiàn)狀既影響廢水主要污染物COD的減排成效，制約水環(huán)境質(zhì)量的改善，也在一定程度上造成城市污水處理工程的投資浪費(fèi)[2]。因此，確定污水管網(wǎng)系統(tǒng)中外水來(lái)源和水量，提出相關(guān)整治方案，通過(guò)工程措施實(shí)現(xiàn)清污分流是污水系統(tǒng)提質(zhì)增效的重要工作之一。

1" 外水排查方法

1.1" 資料收集

收集排查區(qū)域數(shù)字地形圖、地下管線圖、水文地質(zhì)資料、氣象監(jiān)測(cè)資料，以及污水處理廠現(xiàn)有處理規(guī)模、服務(wù)面積、服務(wù)人口、污水排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、日處理量和進(jìn)水濃度等，并對(duì)已有資料進(jìn)行整理和分析。

1.2" 現(xiàn)狀分析

根據(jù)2020年9—11月份污水處理廠的進(jìn)水量數(shù)據(jù)，一期進(jìn)水量最少，其處理規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，實(shí)際進(jìn)水平均值為5.86萬(wàn)m3/d，只達(dá)到了處理規(guī)模的58.6%。二期處理規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，實(shí)際進(jìn)水平均值為12.94萬(wàn)m3/d，已超過(guò)運(yùn)行負(fù)荷。三、四期處理規(guī)模為15萬(wàn)m3/d，9、11月進(jìn)水達(dá)到95.6%～98%，10月份有25 d為超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。一、（三、四）期實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)總體較低，如圖1所示：重鉻酸鹽指數(shù)（CODcr）均值為110.5 mg/L，氨氮（NH3-N）均值為18.5 mg/L，BOD5均值為58.7 mg/L；二期實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)CODcr均值為128.8 mg/L，氨氮均值為23.5 mg/L，BOD5均值為64 mg/L。經(jīng)對(duì)資料進(jìn)行分析，污水處理廠存在的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)。

1）進(jìn)水總量已超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)模，污水廠處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

2）一期進(jìn)水量偏少，只達(dá)到了處理規(guī)模的58.6%。

3）進(jìn)水水質(zhì)濃度CODcr、BOD5波動(dòng)較大，但均值偏低。

1.3" 工作內(nèi)容

開(kāi)展水質(zhì)、流量監(jiān)測(cè)，進(jìn)行水量測(cè)算，掌握排水系統(tǒng)污水排放情況。通過(guò)水源追溯、外水排查、測(cè)繪定位等方法獲取外水入滲入流點(diǎn)的空間位置、水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)，按2000國(guó)家坐標(biāo)系整理匯總成外水排查成果。

1）流量水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要包括首級(jí)監(jiān)測(cè)、次級(jí)監(jiān)測(cè)、專項(xiàng)監(jiān)測(cè)及外水入滲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等。

2）數(shù)據(jù)綜合分析主要包括廠泵水量校驗(yàn)分析、污水收集率分析、源頭典型污水水質(zhì)分析、外水入滲量評(píng)估分析和外水排查方向分析。

3）水源追溯主要包括施工地降水去向調(diào)查、自來(lái)水廠濾池反沖洗水去向調(diào)查、河湖溪水排水去向調(diào)查等。

4）外水排查主要包括：排水管道外水入滲調(diào)查、過(guò)江管入滲調(diào)查、沿江截污管入滲調(diào)查、排口倒灌調(diào)查和自來(lái)水損漏調(diào)查等。

1.4" 系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)

排水系統(tǒng)按照分區(qū)、分層級(jí)開(kāi)展流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)，依次為首級(jí)監(jiān)測(cè)、次級(jí)監(jiān)測(cè)和地塊監(jiān)測(cè)。以污水廠為基本單元，劃分成若干子分區(qū)，將廠、泵、污水主干管道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)性流量水質(zhì)監(jiān)測(cè)，結(jié)合廠泵自行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、片區(qū)供水?dāng)?shù)據(jù)分析識(shí)別片區(qū)外水入滲或污水外溢問(wèn)題，評(píng)估區(qū)域內(nèi)排水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，各主要泵站間水量轉(zhuǎn)輸關(guān)系，初步分析存在異常水量的區(qū)域。次級(jí)監(jiān)測(cè)是在首級(jí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上開(kāi)展進(jìn)一步地精細(xì)化分區(qū)監(jiān)測(cè)，如圖2所示。重點(diǎn)對(duì)水質(zhì)濃度偏低、流量水質(zhì)異常等排水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，掌握分區(qū)的水量構(gòu)成和污水水質(zhì)，分析水質(zhì)水量異常區(qū)域。源頭地塊監(jiān)測(cè)主要對(duì)地塊出水口排污規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握區(qū)域內(nèi)源頭地塊出水水質(zhì)規(guī)律，獲取污水本底值。基于不同層級(jí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，分析污水傳輸過(guò)程中的變化情況，掌握污水匯水現(xiàn)狀規(guī)律，并通過(guò)物料守恒的方法測(cè)算片區(qū)外水入滲量，劃定外水入滲區(qū)域嚴(yán)重等級(jí)，并對(duì)污水處理廠在線水質(zhì)水量數(shù)據(jù)校核，為在線數(shù)據(jù)提供必要的驗(yàn)證。

1.5" 外水量計(jì)算

基于各片區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和排污本底值的分析結(jié)果，確定片區(qū)內(nèi)地塊出水水質(zhì)濃度本底值，采集片區(qū)內(nèi)河水、地下水、自來(lái)水等水體的水質(zhì)濃度作為片區(qū)外來(lái)水水質(zhì)濃度基準(zhǔn)值，以氨氮作為水質(zhì)特征因子，通過(guò)化學(xué)平衡計(jì)算法來(lái)快速測(cè)算調(diào)查區(qū)域內(nèi)外來(lái)水的入滲量。具體測(cè)算方法如下。

1）確定監(jiān)測(cè)區(qū)域，通過(guò)排水管網(wǎng)分區(qū)定量化監(jiān)測(cè)獲取區(qū)域系統(tǒng)（主干管）末端關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水量水質(zhì)（假設(shè)末端監(jiān)測(cè)流量為Qt，檢測(cè)水質(zhì)濃度為Ct）。

2）統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)各地塊的供水?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)各地塊類型的用水量占比，通過(guò)源頭地塊水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)和排污本底值分析，獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的污水水質(zhì)濃度本底值（假設(shè)區(qū)域理論污水排放總量為Qs，本底值為Cs）。

3）對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的河水、地下水、自來(lái)水和施工降水等外水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，根據(jù)算數(shù)平均計(jì)算該區(qū)域內(nèi)的外水水質(zhì)濃度基準(zhǔn)值（假設(shè)區(qū)域外水水量為Qg，基準(zhǔn)值為Cg）。

4）分析掌握區(qū)域污水排放總量、外水入滲（或污水外溢）水量、區(qū)域末端監(jiān)測(cè)污水總量之間的關(guān)系。

5）利用水量平衡及質(zhì)量守恒公式估算外水入滲量，計(jì)算公式（1）和公式（2），可推導(dǎo)出外水量測(cè)算公式（3）（不考慮污水外溢時(shí)）。

Qt=Qs±Qg ，（1）

QtCt=QsCs±QgCg ，（2）

Qg=Qt（Cs-Ct）/（Cs-Cg），（3）

式中：Qt、Ct分別為區(qū)域污水收集系統(tǒng)末端監(jiān)測(cè)水量和檢測(cè)水質(zhì)濃度；Qs、Cs分別為區(qū)域理論污水排放總量和污水水質(zhì)濃度本底值；Qg、Cg分別為區(qū)域外水入滲量和外水水質(zhì)基準(zhǔn)值（不考慮污水外溢時(shí)）。

1.6" 外水類型識(shí)別

根據(jù)現(xiàn)狀摸查，結(jié)合地形、排水資料，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，測(cè)算外水總量，識(shí)別排查范圍內(nèi)進(jìn)入污水系統(tǒng)主要外水影響類型。經(jīng)分析，排查區(qū)域內(nèi)外水類型主要有河水、自來(lái)水、施工水、地下水和水廠濾池反沖洗水等，據(jù)此，按照外水性質(zhì)針對(duì)性地開(kāi)展外水排查工作，形成排查成果，為整改提供數(shù)據(jù)支撐。

1.7" 外水排查技術(shù)手段

1.7.1" 河水倒灌

排查區(qū)進(jìn)廠的三路來(lái)水中有兩路污水主干管網(wǎng)沿河敷設(shè)，部分管道位于河床之下，上游管網(wǎng)系統(tǒng)中也有部分管網(wǎng)穿越河底。主干管網(wǎng)運(yùn)行已超過(guò)十年，受河岸邊坡側(cè)向位移及水力沖刷等原因，難免出現(xiàn)破損、滲漏以及拍門(mén)損害等情況，導(dǎo)致河水進(jìn)入管網(wǎng)，河水進(jìn)入會(huì)對(duì)污水處理廠進(jìn)水濃度造成較大沖擊。

根據(jù)管網(wǎng)資料，對(duì)沿河排口進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并分管段進(jìn)行流量和多時(shí)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)，找出水質(zhì)衰減管道區(qū)間，在用水低峰期進(jìn)行內(nèi)窺調(diào)查，找出河水入滲位置。另外，通過(guò)對(duì)排口截流堰頂高程、河流水面高程進(jìn)行測(cè)量，繪制出堰頂高程與河流水面高程的關(guān)系圖，分析旱天和不同雨情下河水倒灌的可能性，如圖3所示。

1.7.2" 自來(lái)水漏水探測(cè)

根據(jù)各分區(qū)污水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和用水量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，劃分出漏水嚴(yán)重等級(jí)區(qū)域，并對(duì)外水入滲嚴(yán)重的片區(qū)供水管網(wǎng)進(jìn)行重點(diǎn)漏水檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)快速止損，減少自來(lái)水滲漏至污水系統(tǒng)。排查區(qū)域中的A片區(qū)位于老城區(qū)，供水管網(wǎng)埋設(shè)時(shí)間近二十年，且部分為砼管，監(jiān)測(cè)診斷為漏水嚴(yán)重片區(qū)。采用主動(dòng)探漏方式對(duì)漏水嚴(yán)重級(jí)的市政道路兩側(cè)供水管網(wǎng)進(jìn)行漏水檢測(cè)，通過(guò)地面聽(tīng)音法、閥栓聽(tīng)音法、鉆孔聽(tīng)音法和探地雷達(dá)法等多種技術(shù)手段對(duì)A片區(qū)供水管網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，精準(zhǔn)定位供水管漏點(diǎn)。片區(qū)共發(fā)現(xiàn)暗漏點(diǎn)76處，明漏點(diǎn)73處，供水管漏水量約3.1萬(wàn)m3/d，占A片區(qū)測(cè)算外水量的70%，極大地提高了聽(tīng)音探漏和外水排查的針對(duì)性。

1.7.3" 施工降水調(diào)查

施工降水周期長(zhǎng)、水量大，進(jìn)入污水系統(tǒng)后對(duì)污水處理廠造成較大沖擊。需全面摸清施工地?cái)?shù)量，開(kāi)展排查區(qū)內(nèi)施工地詳細(xì)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括：項(xiàng)目名稱、地址、排水類型、排水位置、監(jiān)測(cè)流量和施工地降水工期等。對(duì)于施工降水存在錯(cuò)接的需改接入雨水管道或就近排放入河。

1.7.4" 山水

本類外水主要為水庫(kù)水、山體水通過(guò)泄洪通道排入下游河道或管道，由于中間有生活污水的匯入，在中段或末端進(jìn)行了截污，將混有山水的合流污水截流接進(jìn)市政污水管道，同樣給污水處理廠運(yùn)行帶來(lái)壓力，需對(duì)排查區(qū)內(nèi)所有水庫(kù)、內(nèi)湖、溪水排水去向進(jìn)行調(diào)查。恢復(fù)山水自然入河通道、就近接入雨水明溝；對(duì)總口截污的暗渠，則需建設(shè)污水管道截污。

1.7.5" 水廠濾池反沖洗水

自來(lái)水廠排泥水的來(lái)源是日常的反應(yīng)池、沉淀池、濾池反沖洗水等產(chǎn)生的排放水。廠區(qū)將處理后排泥水直接排入污水管道中，說(shuō)明外水排查中可以關(guān)注自來(lái)水廠的排泥水去向，確定其是否為外水[3]。水廠濾池反沖洗水排水量大、渾濁度高，排水通道由于各種原因未能正常排河，最終進(jìn)入污水系統(tǒng)，造成大量低濃度水長(zhǎng)期進(jìn)入污水系統(tǒng)。對(duì)于此種情況需對(duì)排查區(qū)內(nèi)所有的水廠濾池反沖洗水進(jìn)行排放去向調(diào)查。

1.7.6" 地下水

由于地質(zhì)條件惡劣，污水管道使用年限較長(zhǎng)，管道出現(xiàn)脫節(jié)破損等結(jié)構(gòu)性缺陷導(dǎo)致地下水入滲。參照GB 50014—2006《室外排水水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版），地下水入滲量一般為污水總量的10%～15%。對(duì)于此種情況需對(duì)相關(guān)管段進(jìn)行CCTV或QV檢測(cè)，對(duì)滲流點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)[4]。

2" 測(cè)繪技術(shù)在外水排查中的應(yīng)用

在外水排查工作中，將RS遙感、GPS定位和GIS地理信息進(jìn)行合理的綜合運(yùn)用，可為外水排查工作帶來(lái)極大的便利。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，RS在采集排查面積內(nèi)的地表信息過(guò)程中，除了運(yùn)用遙感探測(cè)功能，還借助了GPS的強(qiáng)大定位功能[5-6]，通過(guò)對(duì)區(qū)域中的河流、湖泊，在建施工地等信息進(jìn)行采集，把采集的地表數(shù)據(jù)反應(yīng)在GIS系統(tǒng)中。GS技術(shù)具有空間數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，可以將排水管網(wǎng)圖、數(shù)字地形圖和已存在的地理信息進(jìn)行合成管理，并進(jìn)行分析處理，以成圖的直觀方式反應(yīng)出來(lái)，排查整改信息可及時(shí)輸入系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)掌握查改進(jìn)展。GPS-RTK和全站儀測(cè)繪定位應(yīng)用更為廣泛，在供水管道探漏中發(fā)現(xiàn)的漏水點(diǎn)進(jìn)行測(cè)繪定位，填寫(xiě)漏點(diǎn)報(bào)告單，繪制探漏范圍及漏點(diǎn)分布圖，為漏水點(diǎn)開(kāi)挖修復(fù)，漏水區(qū)嚴(yán)重等級(jí)劃分提供位置信息；在開(kāi)展沿河排口倒灌調(diào)查中，對(duì)河道常水位、歷史洪水位線、排口底部進(jìn)行坐標(biāo)和高程測(cè)繪，通過(guò)“一張圖”整體呈現(xiàn)、判別排口倒灌風(fēng)險(xiǎn)；在建施工地排查可基于城市最新三維影像圖，識(shí)別統(tǒng)計(jì)排查區(qū)內(nèi)在建施工地?cái)?shù)量，結(jié)合排水管網(wǎng)資料，開(kāi)展水源追溯，對(duì)施工降水進(jìn)入污水管網(wǎng)的接入點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)繪定位，繪制錯(cuò)接點(diǎn)位圖，量取錯(cuò)接管道管徑、管底高程等信息；地下水入滲調(diào)查，由于地質(zhì)條件惡劣，污水管道使用年限較長(zhǎng)，施工質(zhì)量方面原因，管道出現(xiàn)脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷導(dǎo)致地下水入滲，南方地區(qū)地下水位高，管道入滲量大，在監(jiān)測(cè)診斷基礎(chǔ)上，對(duì)入滲高風(fēng)險(xiǎn)管道進(jìn)行CCTV或QV檢測(cè)，識(shí)別出點(diǎn)狀或線狀入滲形態(tài)，在排水管網(wǎng)圖上，以檢查井為基點(diǎn)進(jìn)行距離測(cè)量測(cè)定，標(biāo)出入滲點(diǎn)位置。

3" 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文依托排查區(qū)域已有資料，通過(guò)分區(qū)分級(jí)監(jiān)測(cè)，外水量計(jì)算測(cè)算，劃定外水入滲嚴(yán)重區(qū)域，識(shí)別出外水主要類型，提高了外水排查的針對(duì)性。排查過(guò)程中引入測(cè)繪技術(shù)，可以有效地提高排查的深度，豐富排查成果的內(nèi)涵，為“擠外水”工作提供支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 生態(tài)環(huán)境部 發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021年）的通知[EB/OL].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2019-09/29/cont ent_5434669.htm？eqid=a1bcb034000174a20000000264619e24.

[2] 樊玲鳳，胡家忠，歐亮.城市污水處理廠進(jìn)水濃度偏低原因分析及對(duì)策研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2016，41（3）：132-135.

[3] 王偉，李明，韓建，等.城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)中外水排查方法研究[J].西北水電，2022（6）：54-60.

[4] 陳覃，李翊豪.南方某鎮(zhèn)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效方案外水排查及分析[J].節(jié)能環(huán)保，2022（8）：40-41.

[5] 邢子豐.測(cè)繪技術(shù)在水文領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古水利，2022（2）：61-62.

[6] 宋健.測(cè)繪技術(shù)在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2022（5）：211-213.