基于流量監測和水質分析的城市污水管網外水入滲溯源研究

摘要：隨著城市化進程的加速，污水管網系統面臨外水入滲的嚴峻挑戰。以廣西壯族自治區某市沿海城區為研究對象，通過流量監測和水質分析方法，對兩個典型片區進行了外水溯源和污染負荷評估。結果表明：A區和B區分別有3.5%和12.2%的外水入滲；雨污分流系統存在錯混接現象，A-6點位有38.7%的水量來自雨污連通；潮汐對流量影響顯著；水質污染物濃度偏低且均勻。最后，提出雨污連通改造、系統滲漏檢測、優化管網設計、加強監測及長期改造計劃等措施，以提高污水管網運行效率，減少環境污染。

關鍵詞：污水管網；外水溯源；流量監測；水質分析；管網改造

中圖分類號：X52 文獻標志碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-03

Research on Traceability of External Water Infiltration in Urban Sewage Pipeline Network Based on Flow Monitoring and Water Quality Analysis

LIN Yong1， GAN Runjie2， WEI Guoxiang2

（1.Guangxi Fangchenggang Beitou Environmental Protection Water Co.， Ltd.;

2. Guangxi Fachenggang Beitou Water Co.， Ltd.， Fangchenggang 538021， China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， the sewage pipe network system is facing severe challenges of external water infiltration. Taking the coastal urban area of a city in Guangxi Zhuang Autonomous Region as the research object， external water source tracing and pollution load assessment were conducted on two typical areas through flow monitoring and water quality analysis methods. The results indicate that there is 3.5% and 12.2% external water infiltration in Zone A and Zone B， respectively; There is a phenomenon of misclassification in the rainwater and sewage diversion system， with 38.7% of the water at point A-6 coming from the rainwater and sewage connection; Tides have a significant impact on flow rate; The concentration of water pollutants is low and uniform. Finally， measures such as rain and sewage connection renovation， system leakage detection， optimized pipeline network design， strengthened monitoring， and long-term renovation plans are proposed to improve the operational efficiency of the sewage pipeline network and reduce environmental pollution.

Keywords： sewer network; external water tracing; flow monitoring; water quality analysis; pipeline network renovation

在現代城市的發展中，污水管網不僅承擔著排放和處理城市污水的功能，還起著保障公共健康和維護生態環境的作用。然而，隨著城市化的迅猛推進，城市基礎設施的老化問題逐漸顯現，尤其是污水管網面臨的外水入滲現象日益嚴峻。這不僅給污水處理廠帶來了額外的處理負荷，增加了運行成本，還可能降低污水處理效果，甚至引發次生環境污染問題[1]。在我國眾多城市的老城區中，由于早期的城市規劃和后續管理不完善，雨污分流體系不夠健全，導致大量的外水通過破損的管道、連接縫隙等途徑滲入污水系統。這種情況不僅增加了污水處理的難度，還可能導致污水溢流，威脅水環境質量和城市居民的生活安全[2]。選取廣西壯族自治區某市沿海城區為研究對象，通過流量監測和水質分析方法，對典型片區進行系統的外水溯源和污染負荷評估，旨在探索外水入滲的特征規律，揭示其成因機制，為類似城市的污水管網改造提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于廣西壯族自治區某市沿海城區，屬亞熱帶季風氣候區，年均氣溫為22 ℃，降水量約1 500 mm。該區域人口密集，建筑以老舊住宅和商業建筑為主，污水管網建設年代久遠，部分存在老化、破損問題。管網總長約20 km，包括主干管（6 km）和支管（14 km），服務面積約10 km2，日均污水排放量約50 000 m3。選取的兩個典型片區，凱樂路箱涵片區（A區）和木材廠雨污合流箱涵片區（B區），具有不同的地理位置和水文地質特征，對外水入滲的影響具有代表性，為本研究提供了良好的比較條件。A區位于城市中心區，主要包括居民區和商業區；B區包含工業區和部分居民區。A區和B區均在旱季表現出顯著的外水入滲，對箱涵水量和水質影響顯著。研究目標是識別外水入滲點，評估污染負荷，提出針對性整改建議，以全面反映區域排水特征并指導系統優化。

1.2 監測點位布置

研究區域設置12個監測點，A區9個，B區3個。點位選擇原則包括覆蓋主要管網節點和匯流點、關注疑似外水入滲區域、兼顧上下游及干支管代表性，并保證設備安裝維護的可操作性。

1.3 監測方法

結合便攜式超聲波流量計與固定式電磁流量計進行水流量監測。固定設備安裝于各主干管和重要支管的出入口，連續監測24 h，采樣間隔5 min，以獲取精確的日變化數據；便攜設備則用于短期內密集監測特定支管和疑似滲漏點位，持續3 d，每15 min采集一次數據，并配合當地氣象站的天氣記錄來區分旱雨期流量變化。此外，在監測點上加裝水質監測儀器，實時采集水質數據，以評估外水入滲對水質的具體影響?，F場測定pH值和化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr），其余指標實驗室分析，嚴格遵循相關標準，如《水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399—2007）、《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）。

1.4 數據收集與處理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 26.0以及Origin2021等軟件統計分析相關數據，包括描述性統計、相關性分析和方差分析等。

2 結果與討論

2.1 水量監測結果研究

A區監測數據顯示，A區點作為末端監測點，日均水量為4 012.2 m3/d，其中96.5%來自已知分支，余下3.5%可能源于啟明花園暗渠居民接入或管道滲漏。A-3、A-4及A-6點位貢獻了總水量的84.2%，是主要來水方向。A-6日均水量為1 232.6 m3/d，其中，61.3%來自上游分支，38.7%源于凱樂路北側雨污管連通，顯示雨污分流系統存在較嚴重錯混接問題。

A-1點位3.5%的“未知水”和A-6雨污混接問題可能導致排水效率降低、處理負擔增加及環境污染風險。建議優先解決A-6的雨污連通問題，實現徹底分流，并全面檢查和改造A-3、A-4及A-6點位，進行滲漏檢測，修復滲漏點，清除非法接入源。

B區日均總水量為727.4 m3/d，87.8%來自分支，12.2%來自東興大道東側雨水管及沿線接入點。B-2貢獻了58.1%的水量，水量分布不均或與土地利用、人口密度等因素有關。此外，A-1與B-2在水質濃度無明顯差異，可能存在水力聯系，需進一步研究其對系統運行及污染控制的影響。

2.2 排水規律分析

A區數據顯示，水流的日流量穩定但每小時流量呈晝夜周期變化，05：00—08：00為低谷（最低99.83 m3/h），23：00至次日01：00為晚高峰（最高298.21 m3/h），與居民作息高度吻合。然而，第一天至第3天的10：00—15：00流量出現異常（p＜0.05）。B區日流量亦穩定，低谷期為08：00—09：00（最低18.32 m3/h），高峰期為00：00—02：00（最高40.53 m3/h）。

其晝夜變化規律與A區不同，可能源于商業設施或學校等特殊用水戶。第3天的10：00—16：00流量也出現異常（p＜0.01）。

A區與B區流量模式差異反映了區域用水習慣及特殊需求的多樣性。A區峰谷比約3∶1，B區峰谷比約2.2∶1.0，為優化管網配置、泵站運行及水資源管理提供依據。流量異?？赡苁艹毕饔糜绊懀崾鞠到y與周邊水體存在水力聯系。潮汐或導致排水逆流及地下水位升高[3]，需在沿?；蚺R河地區規劃中納入防潮措施，如防潮閘門，以減小影響。這些發現為排水系統設計及管理提供了重要參考，建議進一步研究潮汐影響機制及用水模式差異原因。

2.3 水質污染負荷研究

A區水質數據顯示，A區末端監測點CODCr濃度為54～83 mg/L，氨氮（NH3-N）濃度為13.43～17.07 mg/L；污水支管末端（A-1）CODCr濃度為72～500 mg/L，NH3-N濃度為47.10～68.19 mg/L；雨水支管末端（A-2等）CODCr濃度為21～210 mg/L，NH3-N濃度為10.09～41.53 mg/L；合流管末端（A-3等）CODCr濃度為17～117 mg/L，NH3-N濃度為5.23～44.46 mg/L。同時，各點位污染物表現出晝夜變化，凌晨和早晨濃度較低，中午和晚上較高，其中A-9濃度始終較低且穩定。低濃度特征提示外水滲入問題，需改進管網密封性以提高污水處理效率[4]。污水支管水質符合生活污水特征，而雨水支管水質具有生活污水成分，合流管水質介于二者之間，可能加劇極端天氣下的城市內澇與水體污染情況[5]。

B區水質均勻性較高，CODCr濃度為37～60 mg/L，NH3-N濃度為15.14～26.02 mg/L，除B-1凌晨CODCr偏高外，水質分布均勻。這反映了良好混合效果，但可能掩蓋局部污染，需增加采樣頻率與點位，捕捉短期或局部波動。建議提升管網密封性，控制非法排放，并探索分級利用水資源的可行性，同時評估對下游水體及污水處理設施的影響。

2.4 改進措施

建議針對A區修復滲漏點并清理非法接入；優化管網設計與泵站運行，采用變量控制提升污水處理效率；強化水質監測，增加采樣頻率以捕捉波動并評估影響；綜合考慮潮汐干擾，安裝防潮設施；推進管網改造，提升其密封性，并探索中水回用等措施提高水資源利用效率。

3 結論

研究區域存在外水入滲問題，降低排水效率并增加處理負擔。雨污分流系統存在混接現象，可能導致未經處理的污水排入自然水體，造成污染。排水系統晝夜流量變化存在區域差異，A區流量與居民作息吻合，B區反映特殊生活習慣。潮汐顯著影響流量，表明排水系統與水體存在水力聯系，需在沿海或臨河地區設計時重點考慮。水質監測顯示污染物濃度低且均勻，暗示雨水、地下水及工業用水混入。

參考文獻

1 鄭凱凱，周 振，周 圓，等.城鎮污水處理廠進水中地下水、河水及雨水混入比例研究[J].環境工程，2020（7）：75-80.

2 HAMIDI A，FARNHAM DJ，KHANBILVARDI R. Uncertainty analysis of urban sewer system using spatial simulation of radar rainfall fields： New York city case study[J]. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment，2018（8）：2293-2308.

3 康瑞鵬，盧 偉，畢東河，等.近海岸城市區域分流制排水管網及水環境特點分析：以汕頭東海岸新城為例[J].環境工程，2024（11）：22-28.

4 HE S， JIA B， LIU Y， et al. Study and practice on pollution control of rain and sewage overflow in old urban area：taking the yangluo old urban areas in wuhan as an example[C]//2019 4th International Conference on Environmental Engineering and Sustainable Development （CEESD 2019）.2019.

5 陸文林，錢鐸懷，黃浩輝，等.東莞市水鄉片區污水管網外水入侵排查及整治對策研究[J].給水排水，2023（增刊1）：433-438.

收稿日期：2024-12-25

基金項目：防城港科技計劃項目（防科AB22013009）。

作者簡介：林勇（1985—），男，廣西南寧人，工程師。研究方向：市政給排水。

通信作者：甘潤杰（1998—），男，廣西南寧人，碩士，工程師。研究方向：水污染控制理論及應用?。