CN115899586A - 一种分流制排水管网系统排查与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分流制排水管网系统排查与检测方法，包括步骤1，对排水管网进行系统普查，对排水管道的信息进行记录，制得区域雨污水排水管网系统图；步骤2，基于所述步骤1制得的区域雨污水管网系统图，对污水管网进行概化处理，形成污水排水管道拓扑关系图；步骤3，基于所述步骤2中形成的污水排水管道拓扑关系图，拟定监测点节点，用于排水管网内的排水信息采集。本发明流程清晰、易于实施、能够充分结合水质水量监测及管网检测的优势，通过水质水量监测形成管网系统初诊，便于掌握排水管网系统问题，经过管网检测详查管网具体问题及点位，实现管网问题快速诊断，极大的提高了排查效率、降低了成本投入、减少了排查周期、保证了排查效果。

Description

一种分流制排水管网系统排查与检测方法

技术领域

本发明涉及排水管网技术领域，具体涉及一种分流制排水管网系统排查与检测方法。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，城市排水系统在城市发展与人们日常的生活中发挥着越来越重要的作用。但由于排水管道使用年限的增加，城市排水管网系统逐渐显现出一些管网病害及管道缺陷问题，如雨水和污水管道混错接、河水倒灌及管道淤积、破损等，都严重影响着排水管网系统的输水能力和污染物的收集效率。因此必须对排水管网进行排查，找出问题，有针对性行的进行管网系统完善。

目前常用的管网问题诊断方法有运行数据监测、排水管网检测等，前者主要包括水量、水质等运行数据的分析测定，后者包括管道闭路电视检测 (CCTV)、潜望镜检测(QV)、激光检测以及声呐检测等。然而，城市排水管网庞大复杂，运行数据监测技术要求高、受环境影响大、无法精准定位问题点位；而排水管网检测不仅费用高，而且费时费力，同时，排水管网检测专注于管段问题，缺乏对排水系统整体运行状况的认识。在提质增效的要求下，目前并没有一个费用合理又高效的管网问题排查诊断方式。

发明内容

本发明的目的是解决上述的不足，提供一种检测费用低又高效的分流制排水管网系统排查与检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种分流制排水管网系统排查与检测方法，包括如下步骤：

步骤1，对排水管网进行系统普查，对排水管道的信息进行记录，制得区域雨污水排水管网系统图；

步骤2，基于所述步骤1制得的区域雨污水管网系统图，对污水管网进行概化处理，形成污水排水管道拓扑关系图；

步骤3，基于所述步骤2中形成的污水排水管道拓扑关系图，拟定监测点节点，用于排水管网内的排水信息采集；

步骤4，基于所述步骤3中拟定的监测点节点，对污水排水管道进行分区划分，并分别进行编号；

步骤5，基于所述步骤3采集的排水信息，绘制污水排水管网水质水量拓扑关系图；

步骤6，基于所述步骤3采集的排水信息，评估区域内排水管网系统的运行状况；

步骤7，对评估的结果进行分级，定位污水排水管网系统重点问题区域，并对重点问题区域，采用设备进行重点排查，精准定位管网系统问题。

进一步的，所述步骤6中评估运行状况的主要指标包括运行风险状况、雨污混接状况、外水入侵状况、管网漫溢风险及片区污水集中收集处理率。

进一步的，所述步骤1中涉及的排水管道的信息包括但不限于排水管道类型、位置、埋深、流向、管径以及空间位置信息。

进一步的，所述步骤3中拟定的监测点节点包括一级节点、二级节点和三级节点。

进一步的，所述监测点节点的设置方法包括：

将污水传输泵站、污水处理厂前的污水检查井设置为一级节点，一级节点服务的排水区域设置为一级分区；

对一级分区进行进一步划分，在一级分区内的主干管网或次干管网汇集检查井处设置二级节点，二级节点服务的排水区域设置为二级分区；

对二级分区进行进一步划分，在二级分区内的次支管网汇集检查井、穿河、湖管前后检查井、施工工地密集区设置三级节点，三级节点服务的排水区域设置为三级分区。

进一步的，所述污水传输泵站或污水处理厂前若为多管道汇入，则在各管道末端检查井均设置一级节点。

进一步的，所述步骤3中采集的排水信息包括但不限于污水流量、液位以及水质。

进一步的，所述的污水排水管网水质水量拓扑关系图中包括但不限于水质数据、水量数据、管网充满度、管径信息、管网形状和排水流向信息。

进一步的，所述步骤7中采用的设备包括但不限于CCTV或QV设备。

对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：通过管网普查摸清本底情况，继而通过节点水质水量监测，诊断区域重点问题，确定问题分级权重，形成区域问题分级清单，经重点问题区域管网检测定位问题点位，从而指导管网修复等排水管网整治项目；

本发明流程清晰、易于实施、能够充分结合水质水量监测及管网检测的优势，通过水质水量监测形成管网系统初诊，便于掌握排水管网系统问题，经过管网检测详查管网具体问题及点位，从而实现管网问题快速诊断，极大的提高了排查效率、降低了成本投入、减少了排查周期、保证了排查效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明分流制排水管网系统排查与检测方法，包括如下步骤：

步骤1，对排水管网进行系统普查，对排水管道的信息包括但不限于排水管道类型、位置、埋深、流向、管径以及空间位置信息进行记录，制得区域雨污水排水管网系统图；

步骤2，基于所述步骤1制得的区域雨污水管网系统图，对污水管网进行概化处理，形成污水排水管道拓扑关系图；

步骤3，基于所述步骤2中形成的污水排水管道拓扑关系图，拟定监测点节点，用于排水管网内的排水信息采集，所述排水信息采集点用于对排水管网内的排水信息进行采集，所述排水信息包括但不限于污水流量、液位以及水质；

步骤4，基于所述步骤3中拟定的监测点节点，对污水排水管道进行分区划分，并分别进行编号；

步骤5，基于所述步骤3采集的排水信息，绘制污水排水管网水质水量拓扑关系图，所述的污水排水管网水质水量拓扑关系图中包括但不限于水质数据、水量数据、管网充满度、管径信息、管网形状和排水流向信息；

步骤6，基于所述步骤3采集的排水信息，评估区域内排水管网系统的运行状况；

步骤7，对评估的结果进行分级，定位污水排水管网系统重点问题区域，并对重点问题区域，采用CCTV或QV设备等进行重点排查，精准定位管网系统问题。

在一实施例中，所述步骤6中评估运行状况的主要指标包括运行风险状况、雨污混接状况、外水入侵状况、管网漫溢风险及片区污水集中收集处理率。

优选的，所述运行风险状况的评估采用如下方式：当流速v≥0.6m/s时，不淤堵；当流速v＜0.6m/s时，存在淤堵风险。

优选的，所述运行风险状况的评估方式还包括计算“过载倍数n”以及“过流能力损耗S”：

过载倍数n＝(液位Y_j-最大设计充满度下液位Y_s)/最大设计充满度下液位Y_s；

过流能力损耗S＝(设计过流能力Q_s-监测过流能力Q_j)/设计过流能力Q_s；

当n≥0且S≥20％时，则判断存在淤积；当n≥0且S＜20％时，则判断基本无淤积或淤积不严重；当n＜0时，需根据现场实际情况判断。

优选的，所述雨污混接状况采用如下评估方式：

Q_RDII＝Q_WWF-Q_DWF

η＝Q_RDII/Q_DWF

其中：

Q_RDII—降雨引起的入流入渗量，m³/d；

Q_WWF—雨天流量，m³/d；

Q_DWF—旱天流量，m³/d；

η—入流入渗率；

采用入流入渗率判断雨天外水入侵的风险程度，可反映混错接风险程度，当η≤0时，为极低风险；0＜η≤0.2时，为低风险；0.2＜η≤0.5时，为中风险；0.5＜η≤1时，为高风险；1＜η时，为极高风险。

优选的，所述外水入侵状况采用如下评估方式：

根据物料守恒，Q_k+1C_k+1＝Q_kC_k+Q_zC_z+Q_wC_w

Qw＝(Q_k+1C_k+1-Q_kC_k-Q_zC_z)/C_w

λ＝Q_w/Q_k+1

Q_k+1—第k+1段以上管网实测总水量，m³/d；

C_k+1—第k+1段以上管网实测污染物浓度，mg/L；

Q_k—第k段以上管网实测总水量，m³/d；

C_k—第k段以上管网实测污染物浓度，mg/L；

Q_z—支管实测水量，m³/d；

C_z—支管污染物浓度，mg/L；

Q_w—外来水流量，m³/d；

C_w—外来水污染物浓度，一般采用当地地下水或地表水浓度，mg/L；

λ—外水入渗比例，％。

采用外水入渗比例判断旱天外水入侵的风险程度，可反映管网缺陷风险程度，当λ≤20％，为极低风险；20％＜λ≤40％，为低风险；40％＜λ≤60％，为中风险；60％＜λ≤80％，为高风险；80％＜λ，为极高风险。

优选的，所述管网漫溢风险采用如下评估方式：

漫溢指数R＝(H_y-H_d)/(H_j-H_d)

R—满溢指数；

H_y—液位，m；

H_d—管顶距井底深度，m；

H_j—井深，m。

采用漫溢指数判断管网漫溢风险程度，R≤0时，为无风险；0＜R≤0.5 时，为低风险；0.5＜R≤0.8时，为中风险；0.8＜R时，为高风险。

优选的，所述片区污水集中收集处理率采用如下评估方式：

片区生活污水集中收集率θ＝(Q_w×C_w)/(P_T×q_人)

Q_w—片区进污水处理厂水量；

C_w—片区进污水处理厂的生活污染物浓度；

P_T—片区用水总人口；

q_人—人均日生活污染物排放量。

在一实施例中，所述监测点节点的设置方法包括：

将污水传输泵站、污水处理厂前的污水检查井设置为一级节点，一级节点服务的排水区域设置为一级分区，所述污水传输泵站或污水处理厂前若为多管道汇入，则在各管道末端检查井均设置一级节点；

对一级分区进行进一步划分，在一级分区内的主干管网或次干管网汇集检查井处设置二级节点，二级节点服务的排水区域设置为二级分区；

对二级分区进行进一步划分，在二级分区内的次支管网汇集检查井、穿河、湖管前后检查井、施工工地密集区设置三级节点，三级节点服务的排水区域设置为三级分区。

一、监测方案

通过在武汉市内划设示范区，基于监测点节点的设置方法，结合行政计划，采用先主次干管、后支管，再街区、社区的方法，制定管控网格单元，包括一级管控网格单元S-1、S-2和S-3，以示范区外排口为起点，沿主干管向上游溯源，其整个汇水范围为一级管控网格单元；二级管控网格单元以次干管汇入主干管的节点为起点，其所承接的支管及街区、社区的管网所收集的范围为二级管控网格单元。

二、监测布点

为了了解片区水量平衡情况，根据片区内排水管网拓扑连接关系和现场勘探情况，分别在污水和雨水主干管与次干管布设27个连续监测点，具体位置列表如表1所示：

表1监测点统计表

三、设备安装

基于监测点设置情况，在监测点位置分别设置27台监测设备，包括27 台在线流量计与11台SS检测仪，设备安装情况如表2所示：

表2设备安装统计表

四、水量核算

基于各监测点流量监测数据和人口-面积估算结果，对建设渠片区进行水量核算，各点位流量统计情况如表3所示：

表3各监测点日均累计流量统计表

通过对比分析各监测点实测流量、各片区人口估算污水量与泵站抽排量，初步推断该片区污水管网存在外来水入侵问题，增加建设渠污水泵站运行负荷，降低污水泵站处理效率与运行效益。

五、一级管控网格单元评估

通过监测各分区出口的水质和水量，结合入渗源的水质数据，建立各级管控网格单元排水系统的水量和水质平衡方程，基于水质和水量联立方程，计算各分区污水量、外来水入流入渗量和入渗比例。

按外来水入渗比例进行片区入流入渗严重等级划分与评价，划分标准如下：

非常严重：大于50％

严重：30％～50％

比较严重：15％～30％

若主干管地下水入渗量小于15％认为是正常范围，暂不考虑修复，可根据地下水入渗严重等级评价的顺序对管网进行详细排查。

根据监测点位实测流量数据与COD化验结果，对三个一级管控网格单元污水管网入流入渗情况进行分析，并利用人口密度和用水定额数据，核算各片区理论污水量，评估各管控网格单元污水收集率，分析结果如表4所示。

表4一级管控网格单元污水管网入流入渗情况结果表

根据污水管网一级管控网格单元入流入渗分析结果可知，一级管控网格单元S-1、S-2与S-3入渗比例均大于30％，为管网入渗严重区域，需进一步精细化识别管网拓扑结构关系，进一步识别外来水入渗的重点区域。

基于一级管控网格单元入渗评估结果，进行二级管控网格单元的细化与定量化评估，有效缩小问题管段范围，找出问题突出的子片区。

根据一级管控网格单元污水收集率评估结果可知，建设渠片区2个一级管控网格单元S-1和S-2污水收集率均较低(均小于65％)，需加快片区污水收集管网建设，消除管网空白区，加大排水许可管理力度，减少雨、污混接现象，并加强管网维护管理，减少管网的漏失，提高建设渠片区管网污水收集率。

六、结论

1、外来水入侵严重，水量过大导致泵站超负荷运行

通过监测数据可知，建设渠片区目前共划分为3个一级管控网格单元，分别为S-1、S-2、S-3，面积分别为1.89km2、1.9km2、2.59km2。根据片区污水管网一级管控网格单元入流入渗分析结果可知，一级管控网格单元S-1、 S-2和S-3入渗比例均大于30％。大量外来水入侵污水管网系统，表明污水收集系统与外部水力联系密切，同时输送量增加也进一步侵害管网的健康，同时造成下游的污水泵站需要提升输送的水量增加，加大了泵站的运行负荷。详细数据如表5所示。

表5各监测点旱季日均累积流量统计表

2、雨污混接问题突出，受纳水体污染负荷增大

根据监测方案，在建设渠片区的雨水管网上布设了两台监测设备，通过监测可知，在监测期间，YS-06和YS-07均发生旱季出流的现象，日均流量分别为1548.65m3和771.23m3；SS的浓度分别为56.79mg/L和77.2mg/L，日均SS负荷分别为34.98kg和54.38kg；COD的平均浓度为169.67mg/L和 112.54mg/L，日均COD负荷为150.61kg和87.91kg。详细数据如下/6所示。

表6雨水监测点旱季流量与污染负荷统计表

监测点	平均日流量	SS平均浓度	SS日均负荷	COD平均浓度	COD日均负荷
						YS-06	1548.65	56.79	34.98	169.67	150.61
YS-07	771.23	77.2	54.38	112.54	87.91

由雨水系统挟带的污染物进入到下游的受纳水体(建设渠)，给建设渠增加了额外的污染物净化和传输的需求，易造成受纳水体的点源污染。

3、管网收集率及覆盖程度有待提高

根据片区污水管网入流入渗分析结果可知，一级管控网格单元S-1、S-2 污水收集率分别为60.85％、41.04％，管网收集率不足七成。在二级管控网格单元中，除WS-10、WS-11外，其他二级管控网格单元的收集率均未达到100％，其中WS-05管控单元的污水收集率仅为42.79％，不足五成。一级管控网格单元S-3的污水收集率为100％，但其二级管控单元WS-19的管网收集率为62.22％，不足七成，表明该区域管网收集率或覆盖程度均有待提高，详细数据如表7所示。

表7片区污水收集率统计表

4、满管流管道占比高，排水能力不足

根据管网布局图以及现场调研，本片区污水管管径集中分布在0.4米～1.5 米之间，其中，主干管管径为1.2米～1.5米，次干管为0.4米～0.6米，按照《室外排水设计规范》规定，如表8所示。

表8不同管径(D)或暗渠高(H)允许最大充满度表

序号	管径(D)或暗渠高(H)(mm)	最大充满度(h/D)
			1	200～300	0.55
2	350～450	0.65
			3	500～900	0.70
4	≥1000	0.75

通过监测数据可知：污水系统23个监测点位中，有17个监测点的充满度均超过《室外排水设计规范》规定，另外，其中11个监测点位的满管运行时间均在10个小时以上，管网运行压力大，详细数据如表9所示。

表9片区各监测点满管运行时间统计表

序号	监测点	平均液位	管径	平均充满度	满管运行时间	是否超标
							1	WS-01	0.46	0.6	0.77	8.89	是
2	WS-02	0.5	0.6	0.83	10.22	是
							3	WS-03	1.08	1.2	0.9	11.02	是
4	WS-04	0.25	0.5	0.5	2.23	否
							5	WS-05	0.28	0.4	0.7	10.47	是
6	WS-06	0.37	0.4	0.9	14.51	是
							7	WS-07	1.39	1.5	0.92	16.87	是
8	WS-08	1.77	1.8	0.77	20.79	是
							9	WS-09	1.61	1.8	0.89	14.27	是
10	WS-10	0.4	0.4	1	24	是
							11	WS-11	0.29	0.4	0.7	0.82	是
12	WS-12	0.2	0.5	0.4	0.99	否
							13	WS-13	0.28	0.4	0.7	0.00	是
14	WS-14	0.39	0.40	0.98	16.63	是
							15	WS-15	0.22	0.40	0.55	0.91	否
16	WS-17	0.39	0.40	0.98	19.81	是
							17	WS-18	0.44	0.50	0.88	0.01	是
18	WS-19	0.48	0.60	0.8	0.01	是
							19	WS-20	0.26	0.40	0.65	0.00	否
20	WS-21	0.20	0.40	0.5	1.38	否
							21	WS-22	0.40	0.40	1	24.00	是
22	WS-23	0.32	0.40	0.8	9.21	是
							23	WS-24	0.28	0.50	0.56	0.04	否

5、流速较低，排水不畅

为保证管道内不发生淤积，我国根据实验结果和运行经验确定了污水管的最小流速为0.6m/s，通监测数据分析可知，23个监测点监测期间平均流速分布在0.04m/s～0.24m/s之间，各监测点七日最大流速平均值分布在 0.08m/s～0.8m/s之间，除WS-19监测点外，其余监测点位均小于0.6m/s的最小流速保证值。另外，选取各监测点监测期间最大的流速值，23个监测点位中只有WS-04、WS-10、WS-19和WS-21四个点位的最大流速超过0.6m/s的要求，其余19个监测点的最大流速均未满足要求，排水不畅问题较为严重，详细数据如表10所示。

表10片区各监测点流速统计表

序号	监测点	平均流速	最大流速	七日最大流速平均值
					1	WS-01	0.21	0.46	0.40
2	WS-02	0.08	0.59	0.29
					3	WS-03	0.08	0.37	0.20
4	WS-04	0.09	0.64	0.31
					5	WS-05	0.12	0.40	0.25
6	WS-06	0.18	0.44	0.36
					7	WS-07	0.08	0.37	0.22
8	WS-08	0.22	0.47	0.43
					9	WS-09	0.15	0.37	0.33
10	WS-10	0.14	0.61	0.42
					11	WS-11	0.06	0.35	0.29
12	WS-12	0.15	0.49	0.37
					13	WS-13	0.04	0.35	0.22
14	WS-14	0.13	0.43	0.32
					15	WS-15	0.09	0.29	0.16
16	WS-17	0.10	0.48	0.34
					17	WS-18	0.04	0.14	0.12
18	WS-19	0.20	0.97	0.80
					19	WS-20	0.24	0.44	0.42
20	WS-21	0.17	0.60	0.55
					21	WS-22	0.04	0.09	0.08
22	WS-23	0.08	0.29	0.26
					23	WS-24	0.21	0.45	0.40

6、管网淤积问题较严重，影响管网过水能力

根据现场调研勘测可知，各监测点位均呈现不同程度的淤泥沉积的状态，淤泥覆盖厚度占管网管径的比例分布在6.67％～75％之间，管道的淤积问题影响了管道的过水面积，另外管道的淤积也影响了管道管壁的糙率进而影响管道的流速，综合影响管道的过水能力。详细数据如表11所示。

表11片区各监测点管道淤积统计表

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，对排水管网进行系统普查，对排水管道的信息进行记录，制得区域雨污水排水管网系统图；

步骤2，基于所述步骤1制得的区域雨污水管网系统图，对污水管网进行概化处理，形成污水排水管道拓扑关系图；

步骤3，基于所述步骤2中形成的污水排水管道拓扑关系图，拟定监测点节点，用于排水管网内的排水信息采集；

步骤4，基于所述步骤3中拟定的监测点节点，对污水排水管道进行分区划分，并分别进行编号；

步骤5，基于所述步骤3采集的排水信息，绘制污水排水管网水质水量拓扑关系图；

步骤6，基于所述步骤3采集的排水信息，评估区域内排水管网系统的运行状况；

步骤7，对评估的结果进行分级，定位污水排水管网系统重点问题区域，并对重点问题区域，采用设备进行重点排查，精准定位管网系统问题。

2.如权利要求1所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述步骤6中评估运行状况的主要指标包括运行风险状况、雨污混接状况、外水入侵状况、管网漫溢风险及片区污水集中收集处理率。

3.如权利要求1或2所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述步骤1中涉及的排水管道的信息包括但不限于排水管道类型、位置、埋深、流向、管径以及空间位置信息。

4.如权利要求1或2所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述步骤3中拟定的监测点节点包括一级节点、二级节点和三级节点。

5.如权利要求4所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述监测点节点的设置方法包括：

将污水传输泵站、污水处理厂前的污水检查井设置为一级节点，一级节点服务的排水区域设置为一级分区；

对一级分区进行进一步划分，在一级分区内的主干管网或次干管网汇集检查井处设置二级节点，二级节点服务的排水区域设置为二级分区；

对二级分区进行进一步划分，在二级分区内的次支管网汇集检查井、穿河、湖管前后检查井、施工工地密集区设置三级节点，三级节点服务的排水区域设置为三级分区。

6.如权利要求5所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述污水传输泵站或污水处理厂前若为多管道汇入，则在各管道末端检查井均设置一级节点。

7.如权利要求1或2所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述步骤3中采集的排水信息包括但不限于污水流量、液位以及水质。

8.如权利要求1或2所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述的污水排水管网水质水量拓扑关系图中包括但不限于水质数据、水量数据、管网充满度、管径信息、管网形状和排水流向信息。

9.如权利要求1或2所述的分流制排水管网系统排查与检测方法，其特征在于：所述步骤7中采用的设备包括但不限于CCTV或QV设备。