城市污水管网排污监测优化布局策略与方法研究分析

查安平 徐红秋

摘    要：智慧化城市建设的提出为城市污水管网信息化管理提出了新的要求。而污水管网监测点的布局直接关系到污水管网的信息化建设水平。对已有研究成果进行查阅，归纳、总结污水管網监测点布局的两种主要方法：统计学法和运筹学方法。在此基础上，本文分析了上述两种研究方法中存在的问题，并提出城市污水管网优化设置的监测点布局策略和方法。

关键词：城市污水管网;排污监测;优化布局策略

1  引言

城市污水管网建设属于城市基础设施建设，因此污水管网排污监测是保障城市污水设施正常运行的基础，是城市水安全的基础，对促进城市信息化管理、提升城市防洪能力等具有积极的作用。现阶段学者对污水管网监测的研究以监测系统设计为主，当前国内外学术界对污水管网监测点的设置问题研究的还很少很少。虽然也有一些研究，但是基本都以简单的定性研究为主，针对监测点布置的定量化研究和技术性研究还有很大不足，不能满足污水管网监测的实际需求。

2  污水管网监测目的

现阶段加强污水管网监测的原因有两点：一方面对污水管网的监测有利于及时发现污水管网体系中存在的问题和风险，及时进行报警，协助城市内涝问题处理;另一方面对污水管网的动态监测数据有利于分析、总结污水管网的运行特点和规律，并对不同地点、不同位置的污水管网功能进行设计和侧重。

2.1  城市内涝预警

一方面气候变化导致地区降水量增大，暴雨增多;另一方面在城市化建设背景下，城市内部硬质化地面增多，雨水渗透难度增大。因此，很多城市的出现了一旦遇到暴雨城市污水管网就会瘫痪的问题。所以，加强对城市污水管网的监测有利于对城市内不同地区的污水状况的了解，有利于及时发现城市污水管网中存在的问题，并进行及时预警处理，保障人民安全。在城市内涝防范预警上，要加强对城市污水管网的监测，监测点的设计也要以数量信息、液位、流量等为重点。

2.2  污水管网动态监测

近年来，我国加大了智慧型城市建设的力度。智慧污水是智慧型城市建设的重要组成。在智慧型城市建设背景下，传统的污水管网防涝监测预警已经不能满足城市发展的需求。因此如何实现污水管网监测的动态化和时时化是智慧污水建设的重点，也是智慧型城市建设的重点。要实现污水管网监测的动态化和日常化就必须做好监测点设置工作，只有合理设计监测点才能对全市的污水管网体系进行全面的监测和控制，才能确保全市污水管网信息的全面性和准确性，才能真正的服务社会。

3  污水管网监测点布局策略

城市污水管网监测的目的不同，所采取的监测点布局策略和方法也就不同，在最终监测点的确定上也会存在不同。现阶段，学术上针对污水管网监测点布局的研究以理论研究为主。整体来看，污水管网监测点布局的方式包括统计学方式和运筹学方式两种。

3.1  统计学布局策略

当前学术上从统计学角度对污水管网监测点布局的研究较少，不过在实际应用上以聚类分析为基础的污水管网监测点布局已经应用较广。首先构建模糊矩阵，对监测点与监测指标进行初步筛选;其次，矩阵数据进行标准化处理;在此基础上建立模糊相似矩阵;再次构建模糊等价矩阵;最后进行聚类分析。

3.2  运筹学布局策略

通过前文分析可以看出，污水管网监测点布局设计方法选择上运筹学要优于统计学，考虑了不确定因素。另外，我国不同地区的降雨量、降雨时间、降雨季节等都存在一定的差异性，因此不同地区的污水管节点水质、水量必然存在一定的差异;同时，现阶段我国的污水系统采用的是雨污混流方式，所以污水的进入也必然会使管网内部水质、水量发生变化。所以，城市污水管网监测点的局部也要考虑这些不确定的因素。

4  研究不足和展望

4.1  研究不足

首先，污水管网监测点的布局必须以实际监测数据为基础，但是当前国内污水管网监测工作相对较弱，监测数据片面性强、连续性差。现阶段我国污水管网监测数据相对零散，基本以间断性的时间监测数据和简单的流量数据为主，缺乏连续性的、可以作为节点的相关性数据。现有的污水管网监测数据基本是针对某一天或者某些特殊时间点与时间段进行的，缺乏对整体污水量与污水水质的监测。而污水管网的监测点确定之后可以实现24小时不间断的时时监测，监测的数据更加全面、准确，为日后污水处理工作提供数据基础。

其次，污水管网监测点的布局受个人主观因素影响较大。传统的统计学污水管网监测点布局中，即使在监测点确定时采用了聚类原则，不过受个人主观因素的影响较大，聚类点与指标的选择仍以人为主观判断为主。所以，污水管网监测点的布局受个人主观因素影响比较严重。

4.2  研究展望

本文以前文研究为基础，针对学术上已有研究成果中的不足，借助统计学方法对污水管网监测点布局进行设计。

在上图1中，首先，污水管网模型在构建时就对常见小型降雨、污水管网改造控制要求、极端大型降雨等多种降雨情景进行模式;在此基础上，对不同降雨情景下的节点状态曲线进行确定;其次，利用聚类法对相关性节点进行确定;再次，根据监测目标数目确定节点分类，并对确定节点的代表性进行检验，只有满足检验要求的节点才是最终节点;最后，制定监测方案。

上述模型的实施需要考虑以下几点：

第一，不同降雨情景数据获取。在不同降雨情景数据取得上，有部分学者采用了SWMM模型，通过情境模拟对相关数据进行检测。这种方式对实际监测中可能没有测量到的一些极端情境下的数据进行了补充。

第二，曲线综合分析。上述模型考虑了节点测试数据在时间上的累积，通过节点时间数据曲线图形来对节点的相关性进行研究。这样，通过曲线图形可以对节点的水量的最大值、最小值和平均值等进行了解。同时，通过不同节点曲线图形可以更好的选择代表性的节点，有利于后期监测数据的准确性和完整性。

第三，重视自动识别。污水管网监测点体系的建设不但关系到污水信息化体系的建设，也直接关系到海绵城市的建设。所以，在污水管网监测点布局上要尽量以监测到的数据为基础，避免人为指标和节点的选择，避免不必要的人为因素影响，增强污水管网监测点的客观性。

第四，重视定量研究。污水管网监测点分布的研究要逐渐由定性研究向定量研究方向转变，逐渐建立定量化的评价方案和体系。

5  结论

在我国城镇化建设的背景下，城市给污水网络的完善与监测成为各界关注的重点。污水管网监测的实施有利于市内洪涝预警机制的实施，有利于全方位、全时段的监测污水管网运行情况。现阶段污水管网监测点布局的设计方法大体上包括统计学方法与运筹学方法两种。不过，从学术上已有研究成果来看，学者对污水管网监测点分布的理论研究相对较少，且具有很大的局限性。例如监测数据以简单的某一时间段或某一些时间段位主，缺乏整体的、连续性的监测数据;在节点相关性数据选择上仍以人员主观判断为主，个人主观因素影响较大;监测点的优化主要针对已有监测点进行，缺乏对未开发领域和地区的研究，监测点设计难以集成化、规模化。所以，上述问题即使当前污水管网监测点布局中存在的主要问题，也是未来污水管网监测点布局研究的重点和方向。在未来污水管网监测点布局上要重视定量分析、重视模型的模拟和应用、尽量以实际监测数据为主，避免人为因素干扰。

参考文献：

[1] 王美秋.污水管网信息管理系统设计[D].上海：同济大学，2007.

[2] 允爽，刘志强，李娜.城市内涝实时监测系统初探[J].防灾科技学院学报，2009（3）：38～41.

[3] 何嘉莉.城市内涝在线监控与信息服务数字化系统设计及监测点优化布置研究[D].广州：华南理工大学，2014.

作者简介：

查安平（1985—），男，曲阜师范大学，本科，工程师，研究方向：环境监测、环境工程、环境影响评价。