本文由廣東愛科環境科技有限公司譚錦欣技術副總供稿。

城市排水管網作為城市的重要基礎設施，是城市水污染物轉移的生命線。近年來，管道病害嚴重、雨污混接、清污合流、截污不完善等城市排水管網的問題對污水處理造成較大的影響。本文針對排水管網低效運行的突出問題，以中山市火炬開發區西片區為案例，通過管網排查、排水監測系統、GIS管控平臺“三位一體”的綜合手段，大幅提高區域污水系統運行效率，對國內城鎮污水處理提質增效具有較好的借鑒作用。

• 項目名稱：中山市火炬區污水系統提質增效項目
• 項目位置：廣東省中山市火炬開發區
• 承擔單位：廣東愛科環境科技有限公司
• 開始時間：2017年5月
• 驗收時間：2019年1月

1項目區域排水概況

項目區域為火炬開發區西片區，總面積約16km²，排水體制為雨污分流（存在錯接混接），雨、污水管網總長約230km，污水由科技大道DN800~DN1000主干管收集后，與濠頭片區污水匯合，經臨時泵房提升至珍家山污水廠進行處理。項目區域內共有6條河涌、1條暗渠，河寬3~28m不等，總長約11km，由南向北匯入橫門水道，現狀水閘共5個，均建在橫門水道沿岸邊上。

圖1 項目區域排水系統概況示意圖（紅色虛線框內）

Fig.1 Overview of drainage system in project area (in red dotted frame)

項目區域的旱天污水管長期處于高水位的運行狀態，以及進廠水質濃度偏低，CODcr濃度約為60mg/L，遠達不到污水處理廠的設計要求。

圖2 進廠污水管液位和CODcr濃度監測曲線圖

Fig.2 Monitoring curve chart of liquid level and CODcr concentration in inlet sewage pipe

2 項目目標及策略

2.1 項目目標

(1) 對排水系統進行全面排查，包括污水設施功能狀況、錯混接、源頭用戶接入情況等，并總結得出一套系統的管網排查方法。

(2) 構建排水管網在線監測系統并持續運行，對監測數據進行分析，優化布點方案以及提高監測數據的有效性。

(3) 構建GIS管控平臺，對項目域進行持續管控，執行有效的提質增效方案措施。

2.2 項目技術路線

圖3 項目技術路線圖

Fig.3 The Route of project technical

3 管網全面排查

3.1 排查方法

管網排查的具體技術路線：

(1) 對于漲退潮、用水高低峰，臨測關鍵入流點水位及水質；

(2) 摸查關鍵支管與主管連接處；

(3) 對于監測支管發現水量水質異常，優先摸查河水入侵點：涌邊截污管、截污設施（泵、閘）、涌邊小區、市政路的雨污錯接問題

(4) 進行山水入侵判斷；

(5) 進行地下水自來水入侵判斷；

(6) 污染源追溯。

圖4 管網排查技術路線圖

Fig.4 Road map of pipeline network survey tyechnology

3.2 排查內容

為保證管網排查的全面性，本項目將管網排查內容按照污染物的轉移分為以下三個部分：

(1) 源頭：關注污染物產生的單位以及與管網的接入狀態，包括污染源內部立管、支管、接駁設施，以及排水接駁檔案；

(2) 過程：包括雨水、污水管道連接性調查，功能性、結構性檢測；

(3) 末端：主要為排放口、河涌的水量水質。

3.3 排查結果

(1) 常規摸查結果

表1 管網節點數量統計表

Tab.1 Statistical table of number of nodes in pipeline network

項目	雨水口	管線點	窨井	排放口
雨水	5942	2755	4998	208
污水	/	1544	1652	419
合計	5942	4299	6650	627

表2 雨水管管徑分布匯總表

Tab.2 Summary table of diameter distribution of rainwater pipeline

管網屬性	總長度（km）	管徑分布統計（km）
DN600以下	DN600及以上
雨水管（含合流）	168.0	62.4	105.6

表3 污水管管徑分布匯總表

Tab. Summary of distribution of sewer pipe diameter

管網屬性	總長度（km）	管徑分布統計（km）
DN400以下	DN400及以上
污水管	78.2	23.3	54.9

根據以上表格數據可得，本項目區域的存在較多的污水排放口，以及雨水管、合流管所占的比重較大，由此可得，項目區域存在較大的污水直排風險。

（2）管道檢測

對管道進行CCTV、QV檢測，得出以下結果：

表4 管道檢測長度匯總表

Tab.4 Summary of pipeline detection length

項目	CCTV	QV	無法檢測	合共
長度（km）	86	142.8	2.7	231.5

除了壓埋、施工圍蔽等客觀條件限制導致的無法檢測的少數管道外，本項目區域內滿足QV檢測條件的管道長度占總長度的比重較大。

表5 功能性缺陷數量匯總表

Tab.5 Summary of the number of functional defects

缺陷名稱	1級(處)	2級(處)	3級(處)	4級(處)	合計(處)
破裂	120	98	52	60	330
變形	5	32	25	38	100
腐蝕	7	1	1	0	9
錯口	351	172	37	20	580
起伏	4	1	0	0	5
脫節	26	15	10	10	61
接口材料脫落	2	0	0	0	2
支管暗接	154	54	34	0	242
異物穿入	46	29	20	0	95
滲漏	16	18	26	1	61
合計	731	420	205	135	1652
占比(%)	49.2	28.3	13.8	8.7	100

表6 功能性缺陷長度匯總表

Tab.6 Functional defect length summary

缺陷等級	總數（處）	總長（km）	占比（%）
1級	731	15.4	6.6
2級	420	8.1	3.5
3級	205	4.0	1.7
4級	129	1.8	0.8
總計	1485	29.3	12.6

由以上表格可見，項目區域內排水管道功能性缺陷3532處，其中沉積2110處，樹根923處，障礙物387處，殘墻、壩根89處，浮渣21處，結垢2處，總長度為61.8km，占檢測管網長度26.7%。總體而言，項目區的管道缺陷數量多、種類復雜、涉及長度大，管道災害問題較為嚴重。

4 在線監測系統的構建

4.1 在線監測點位布置原則

本項目的在線監測點位布置采取以下原則：

(1) 水量水位突變點：排水系統中污水集中匯流或者降雨中徑流量突然增大的水量突變點；

(2) 滲漏風險大的點：河涌邊截污主干管道等存在滲漏倒灌風險的關鍵節點；

(3)易澇點：立交橋、下凹涵洞、低洼路段等易澇節點；

(4) 氣象雨量監測：采用中山市氣象局提供的氣象雨量數據，選取距離本片區最近的監測點；

(5) 河涌關鍵斷面：支涌、拐點斷面及大合流排放口接入斷面等。

4.2 在線監測系統的構建

本項目的在線監測系統包括支管監測點位4個、主管監測點位4個、河涌監測點位4個，每個監測點位均設有液位計與COD水質分析儀，對監測點位的液位與COD進行全天候在線監測。

圖5 在線監測點位分布圖

Fig.5 On-line monitoring point distribution map

5 構建GIS管控平臺

5.1 GIS管控平臺功能設計

針對國內目前很多城市的排水管網安全監測技術不夠成熟的現狀，對項目區域的排水系統存在的問題以及污水處理提質增效的目標進行綜合分析，進行GIS管控平臺建設，包括綜合診斷、問題定位、輔助決策、效果評估，旨在解決提質增效中要素復雜、問題定位難、決策依據不足、缺乏效果評估等問題，涉及到的具體功能模塊為地圖界面、拓補管理、健康評估、水質報告、排水接駁、溢流內澇、終端監測、模型計算、動態巡檢、實時預警等。

圖6 GIS管控平臺功能示意圖

Fig.6 Functional sketch of GIS management and control platform

5.2 基于GIS管控平臺的問題診斷

（1）支管與主管未拉通診斷

圖7 項目區支管與主管部分監測點位分布圖

Fig7 Location distribution map of monitoring points for branch and supervisor in project area

圖8 項目區支管與主管部分監測點位監測曲線圖

Fig.8 Monitoring curve map of monitoring points of branch and supervisor in project area

通過以上監測曲線可得，本項目區域內的主管（濠泗/景怡）長期處于低水位運行狀態，而支管（桃源明居）始終保持高水位運行，支管水位高于主管水位3m左右，因此可判斷，該點位的主管（濠泗/景怡）與支管（桃源明居）未拉通。

除了以上點位存在支管與主管未拉通的問題，經系統診斷與現場核查，項目區域內共存在4處支管與主管未拉通，包括：

a) 下頃九涌兩側2*DN600截污管與主干管未拉通，涉及水量3100m³/d；

b) 置業路DN600/DN400污水管與主管未拉通，涉及水量1600m³/d；

c) 東河路DN600污水管與主管未拉通，涉及水量800m³/d；

d) 勤業路DN400污水管與主管未拉通，涉及水量700m³/d。

（2）河水入侵診斷

圖9 支管（桃源明居）液位與COD曲線圖

Fig.9 Liquid level and cod curve diagram of branch pipe (TaoYuan MingJu)

河水入侵主要診斷依據為管道內液位與污染物濃度的變化相關性，以支管（桃源明居）點位為例，由以上曲線可得，其液位隨河涌的漲/退潮而升高/降低，并且COD濃度隨著管道液位的升高而降低。進一步地，通過現場定位以及測算水量，同時采樣進行水質檢測，可診斷出該點位存在河水入侵問題，涉及水量3300m³/d，COD平均濃度約20mg/L。

圖10 項目區內河水入侵診斷結果分布圖

Fig.10 Distribution distribution of diagnostic results of river water intrusion in the project area

對項目區域進行全面的河水入侵診斷，成果排查定位河水入侵點9處，其結果分布如上圖所示，包括：

a) 三涌（置業路）2處；

b) 沙邊涌（濠江西路）2處；

c) 石岐河（卡西歐）1處；

d) 濠頭涌截污管1處；

e) 沙邊涌截污蝶閥2處；

f) 濠頭涌截污蝶閥1處

（3）地下水入侵點診斷

地下水入侵點的診斷主要依據地下水位以及管道缺陷的種類和等級，對于污水管道結構性缺陷嚴重以及地下水位高的區域，進行現場排查確認，最終確定是否有地下水入侵，本項目屬于南方降雨較多的地區，地下水位常年較高，因此地下水入侵點的診斷的重點為對結構性缺陷嚴重的污水管道進行排查，經系統分析以及現場排查，成功排查定位存在地下水入侵的點位20處，主要為結構性3、4級嚴重破損的污水管道，具體缺陷種類包括變形、破裂、異物穿入，部分缺陷下圖所示。

圖組11 （從上至下）建業東路變形（4級）、東鎮東一路破裂（4級）、建業東路、異物穿入（3級）

Fig.11 (from top to bottom) Deformation of Jianye East Road (Grade 4), rupture of Dongzhen East Road (Grade 4), Jianye East Road, foreign body penetration (Grade 3)

（4）污染源錯接至雨水管診斷

由于項目區域采用雨污分流的排水體制，污染源錯接至雨水管將導致污染物直接進入河涌，通過管控平臺對項目區域內的排水管道連接關系進行篩選判別以及現場確認，最終定位污水直排口419處、雨污混接雨水排放口8處、雨污混接點614處，追溯河涌受納污水量6200m³/d。

5.3 提質增效方案

針對項目區域內排水管網的問題診斷結果，其提質增效的方案主要包括清污分流、拉通支管、分/截雨污錯混接、調泵閘運行水位、疏管道功能性缺陷、修管道結構性缺陷，具體為：

(1) 清污分流：封堵濠頭涌截污管+關閉沙邊/濠頭截污蝶閥+封堵沙邊涌/三涌外水侵入點；

(2) 拉通支管：拉通置業路南北段，拉通后污水管水位驟降3m左右，且與主管水位變化趨勢一致，水量增加2000m³/d；

(3) 分/截雨污錯混接：對排查出的86處混接點，包括8處排放口存在旱天污水溢流，污水量為6200m³/d，建議采取錯混接改造；

(4)調泵閘運行水位：調節濠頭涌水閘啟閉，水深保持0.6~1.8m；調節沙邊涌水閘啟閉，水深保持0.1~1.0m；調節三涌水閘啟閉，水深保持0.3~1.1m

(5) 疏管道功能性缺陷、修管道結構性缺陷：對于檢測出的56處管道結構性缺陷，其中20處管道結構性3、4級結構性破損，建議優先修復破損等級嚴重以及靠近河涌的缺陷管道。

5.4 提質增效效果評估

（1）清污分流效果評估

表7 清污分流處理水量統計表

Tab.7 Statistical table of water volume for waste cleaning and separation treatment

道路	問題	管徑（mm）	水量（m3/d）	清水來源
卡西歐廠區內部道路	雨污錯接，河水經雨水排放口倒灌至污水系統	300	1500	橫門水道
科技西路	400	2000	濠頭涌
濠江路	400	2000	沙邊涌
置業路	400	2200	三涌
涌口下街	末端截污蝶閥常開，潮位高河水倒灌至污水系統	500	3600	濠頭涌
濠江西路	500	3600	沙邊涌
沙邊村道	500	3000	沙邊涌
濠江路	截污井大量滲水	400	1000	沙邊涌

圖12 清污分流前后污水廠進廠水位及COD曲線圖

Fig.12 Liquid level and cod curve chart of wastewater treatment plant before and after clearance and separation

由上圖可見，通過清污分流，排除外水侵入量18900 m³/d，進廠主管水位下降4m左右，COD最高濃度升高73mg/L左右，清污分流效果顯著。

（2）拉通支管效果評估

表8 拉通支管后水量統計表

Tab.8 Statistical table of water volume after drawing-through branch pipe

道路	問題	管徑	管長(m)	拉通后水量（m3/d）
下頃九涌截污管（火炬路-科技東路）	上游截污管斷頭下游截污管拉斷	DN600	1200	3100
科技東路 （太康精密）	嚴重逆坡	DN800	6
東河路	管道坍塌 且上游標高低于下游約2m	DN600	77	800
勤業路	未拉通主管 斷頭管	DN400	80	700
置業路	未拉通主管 斷頭管	DN600 /400	120	1600

由上表可見，對于支管未拉通區域，拉通后污水量增加6200 m³/d，污水收集率從22.5%升高至53.5%，污水收集率提升顯著。

（3）分/截雨污錯混接效果評估

圖13 項目區內污水溢流點位分布圖

Fig.13 Distribution map of sewage spillover points in the project area

本項目優先截住下頃九涌和三涌的溢流口，截流后的污水量增加4500m³/d，完成所有改造最終污水量增加6200m³/d，截污效果顯著。

6 結論

本項目以中山市火炬開發區西片區為實施區域，著眼于排水管網，通過管網排查-排水監測-GIS管控平臺“三位一體”綜合手段，開展城鎮污水處理提質增效的相關研究及工程措施，得出以下結論：

(1) 對排水系統進行全面排查，排查出排水管道功能性缺陷3532處，并從中成功定位對提質增效影響較大的地下水入侵點位20處，以及總結得出管網全面排查的有效方案，對其它地區的管網排查以及管網修復具有較大的參考作用。

(2) 通過優化布點原則，提高監測點位數據的有效性，對項目區域16km²的管網區域進行在線監測系統的構建，將布點數量降低至20個以內，大大降低了監測成本和提高監測效率。

(3) 通過構建GIS管控平臺，實現提質增效一體化運維，并通過近一年的運維時間，有效地提高了污水處理廠的進水COD濃度和降低了水位、提高了污水收集率以及截流污水量。

(4) 完成所有改造后，項目區域內最終污水量將從4500m³/d增加至 16900m³/d，COD濃度從60mg/L增加至160~180mg/L，提質增效達到較好的水平。