城镇排水系统预诊断技术及在六安市某区域的应用研究

王礼兵

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122；2.浙江省华东生态环境工程研究院，杭州 311122）

1 引言

当前，城镇排水系统普遍面临着管网渗漏缺陷、高水位运行和污水处理厂进水污染物浓度低、运行效能低的问题[1]。排水系统预诊断实质是对完整的厂网一体排水系统的本底调查分析。在排水管网普查基础上，采用流量比较、水质分析、人工排查等方式定性分析排水系统，采用节点流量水质监测手段，通过对上下游节点水质水量比对、穿河管段污染物浓度调查等手段进行初步分析诊断，判定外水侵入的主要类型，估算外水渗入量，聚焦外水入侵严重区域。通过雨天及旱期的流量比对，初步判定区域的雨污混接程度，聚焦混接污染严重区域。

2 城镇排水系统预诊断的目的与方法

2.1 了解项目范围内厂管一体化系统的运行情况

系统分析污水厂地理位置、设计规模、现状日进水量、进水水质情况等，以及泵站地理位置、现状运行情况等。

2.2 初步判断片区混接、错接程度

通过雨天及旱期的流量比对，初步判定区域的雨污混接程度，聚焦雨污混接污染严重区域。

2.3 定量、半定量分析外水入网的类型、占比

通过对上下游节点水质水量比对、穿河管段污染物浓度调查等手段对排水系统存在的问题进行初步分析诊断，判定外水侵入的主要类型，估算区域内外水渗入的基础流量。

2.4 对检测实施提供参考

在排水管网普查成果的基础上开展排水系统管网预诊断工作，有利于更详细地了解排水系统的整体运行情况及问题所在，明确下一步管网排查工作及管网整治工作的重点，同时有利于检验管网整治工作的效果。

2.5 为修复设计提供参考

预诊断成果可为设计人员提供清晰的管网拓扑关系图，根据高水位和外水入网分析结果，可为设计人员的系统性设计和问题解决提供参考。

2.6 为修复评估提供背景值

水质水量监测是预诊断的重要工作内容之一，通过监测数据的分析，可了解区域内管网系统存在的问题，同时，也为管网的修复设计后评估以及提质增效工程实施的效果提供水质水量本底值。

预诊断的工作流程如图1所示。

图1 排水管网预诊断工作流程

3 预诊断在六安市某区域排水系统中的应用

3.1 六安市某区域排水系统现状

六安市经过多年努力，建成了较为完善的城市排水系统，具备较强的排水能力，且河渠沟塘众多，蓄滞雨水能力较强。但排水系统尚存在雨污混接、管网高水位运行、河湖水倒灌、排口直排等问题未得以彻底改善，混接、错接、渗漏等问题较为普遍。

3.2 区域用水量及厂站运行数据分析

3.2.1 区域用水量分析

CB区居民小区及事业单位合计392家，2019年总用水量约为2.143×107t，合计58 721 t/d。JK区的用水单位共有27家，年总用水量为8.86×105t，日均用水量为2 428 t/d。

3.2.2 污水厂水量水质数据分析

CB区污水处理厂设计处理量为8×104m3/d，根据规划污水厂二期规模扩建到1.6×105m3/d。2017—2019年，月平均处理量分别为2.46×106t、2.53×106t和2.41×106t，污水量变化不大，且污水厂已满负荷运行。JK区污水厂设计处理量为2×104m3/d，处理量变化较大，相比2017年，2019年平均处理量增长近2倍。

CB区污水厂2017—2019年进水COD浓度月变化波动情况不大，均在160～260 mg/L；从月平均浓度来看，2017年（241.3 mg/L）浓度相对较高，2018年（203.7 mg/L）和2019年（209.4 mg/L）相对较低，说明2018年和2019年外水入侵情况较2017年严重。

TN的变化趋势情况总体与COD相似，TN的变化范围在25～35 mg/L，月平均浓度2017年（34.1 mg/L）＞2018年（30.9 mg/L）＞2019年（26.0 mg/L），说明外水入网情况逐年加重，间接反映了CB区管网质量和健康情况在恶化。

JK区污水厂2017年和2018年COD浓度月变化波动情况相对较低，均在90～160 mg/L，2019年变化较大，波动范围在70～240 mg/L，说明2019年外水入侵情况较之前更严重，但COD月平均浓度2019年（164.9 mg/L）＞2017年（137.6 mg/L）＞2018年（116.7 mg/L），说明2019年工业排量增加，与污水厂处理量分析结果相符。

氨氮统计分析结果与COD一致，2019年的波动相比于2017和2018年较大，氨氮月平均浓度2019年（21.28 mg/L）＞2017年（16.08 mg/L）＞2018年（14.3 mg/L）。根据分析结果，2019年外水入网情况比2017和2018年严重，导致了污水厂处理水量波动较大，间接反映了JK区管网质量和健康情况也在恶化。

3.2.3 施工工地排水入网分析

研究区域内共有24个大型工地，考虑到各工地在施工规模、项目进度、施工场地等方面的差异，导致工地排水规律不清晰，因此，结合其他工程经验，取每个工地的日涌水量150 m3/d来估计，整个调查区域内的施工降水入网量为3 600 m3/d。其中，CB区3 000 m3/d，JK区600 m3/d。在同时排水的情况下，施工降水分别仅占污水处理厂设计负荷的3.75%和3%。

3.2.4 工业废水排放分析

CB区8家排水大户2017年日均排水量约为1 759 m3，JK区4家排水大户2017年日均排水量为1 516 m3，两区域的总日均排水量为3 275 m3。两区工业废水排放量占相应的两个污水厂设计总负荷的3.28%。

3.3 管网外来水入渗入流分析

由上文可知，两座污水厂进水水质均未达到其水质设计标准，且呈现出逐年下降的趋势，而进水量却逐年上升，考虑到研究区域污水管网运行水位高的特点，可分析得知，两区污水管网可能存在地下水入渗及河湖水倒灌等现象。因此，首先根据管道物探技术对污水管网地下水渗漏点、雨水排口倒灌点进行摸排，再结合水质水量取样监测结果对管网水质突变点进行捕捉，实现管网外来水入流入渗的定性检测，最后根据现有数据解析管网外来水量，并对其严重程度进行分级评估。

3.3.1 基于管网检测的地下水渗入分析

采用QV或CCTV设备对两区污水厂和收水范围内的市政雨污水管网及设施进行功能性、结构性缺陷检测评估。截至2020年8月，两个调查区域雨、污管线共检测出缺陷25 807处，其中CB区污水管线4 186处，雨水管线18 108处，JK区污水管线2 757处，雨水管线756处。

以CB区为例，CB区污水管线共检测出结构性缺陷3 557个。其中3级、4级缺陷共467处，占比为13.12%；从缺陷类型上看，共检测出错口1 000处，占比最大，为28.11%，其次为破裂和变形，分别占21.62%和18.53%。CB区污水管线共检测出功能性缺陷629个，其中3级、4级缺陷共183处，占比为29.09%；从缺陷类型上看，共检测出障碍物426处，占比最大，为67.73%，其次为沉积和树根，分别占13.99%和9.06%。

基于两片区管道检测数据，可发现污水管道内存在大量渗漏点，其中CB区179处，JK区86处，分别占到两区域结构性缺陷总数的5.03%和3.4%。其中，3级渗漏34处、4级渗漏2处。渗漏点的存在会导致地下水等外来水的入渗，还会造成对管道结构的破坏和周围土体的侵蚀。

3.3.2 基于排口调查成果的倒灌点分析

全区共查明雨水管道排水口316处，其中有32处在旱季处于淹没状态。此外，2020年6月，分别明确了3处显著的排口倒灌位置，并测量了倒灌流量，日均倒灌流量分别为169.6 m3/d、292.7 m3/d、973.6 m3/d，其他未定倒灌点需在后续调查开展后，才能确定其流量。

3.3.3 基于节点水质监测的外来水入流入渗分析

区域源头污水的浓度监测中，对两区内共5个批次，86个采样点的水质检测数据按其性质分类，全面地分析了区域内污水浓度的特征情况。对CB区3个典型居民小区出水的监测显示，原生生活污水电导率、硬度、COD、氨氮均值分别为836 μS/cm、80 mg/L、250 mg/L、53 mg/L，明显高于污水厂进水水质，表明污水管网流行过程中存在外水入网情况。

对两区内涉及4种行业的8家排水大户的废水进行监测结果显示，由于行业生产性质和工艺流程的差异，导致不同工厂废水浓度之间差异显著，整体上所调查的工业废水COD和氨氮指标低于原生生活污水水质，也低于污水厂进厂浓度，但由于工业废水水量占比较小，仅为3.28%，因此，对污水厂进水水质无显著影响。

过河管道上下游及相关地表水水质的监测表明，4段穿河管段的上下游节点水质测值并没有大幅度变化，表明该4处管段无明显渗漏现象；另外，淠河总干渠测点水质状况明显优于淠河，表明淠河测点临近水域可能存在污水直排污染现象。

两区3条污水主干管沿程水质都呈现出先降低、后陡增的变化趋势，结合分析表明，水质下降段可能与外来水稀释有关，而突增部分可能由较高浓度污水接入造成。

3.4 基于水量监测的雨污混接状况分析

3.4.1 水量监测分析

对两区共计11个点位进行连续3个旱天和1个雨天的流量检测，采用DX-LSX-2便携式多普勒超声波流量计进行管道流量的测量。根据监测结果，站前泵站24 h连续运行，3个旱天和1个月天的流量变化趋势基本相同；高峰时段和低峰时段基本一致；雨天降雨时段的平均流量为0.123 m3/s，旱天对应时段的数据分别为：0.108、0.108、0.103 m3/s，均值为0.106 m3/s。

3.4.2 雨水入网评价

根据泵站监测数据及关键点位的监测结果，在各泵站收水范围和关键点位的控制范围内，通过雨天、旱天降雨时段数据对比，雨水入网占比按式（1）计算：

式中，λ为雨水入网占比，%；Q雨天为雨天时泵站流量，m3/d；Q旱天为旱天时泵站流量，m3/d。

不同区域间，由于管网健康状况和运行负荷差异，导致雨水入侵情况不同；通过对雨水占比量的赋值，可对区域雨水入网的严重程度进行分析。雨水占比小于15%，雨污混接状况为一般；占比为15～35%，则为严重；占比为35～55%，则为较严重；占比超过55%，则为非常严重。

根据上述分析和赋值情况，可得到区域内不同区块雨水入网状况。由于分析结果受降雨强度和监测数据质量影响较大，不同场次的降雨量可导致分析结果有差异，评价结果可作为定性分析参考。

4 结语

本研究讨论了城镇排水系统预诊断的目的与方法，并在六安市某区域污水系统的排查整治工程实践中，应用了排水系统预诊断技术。对六安市城区污水系统现状进行分析，收集并分析了区域用水量与污水厂运行数据，对污水系统的运行现状开展初步分析。在此基础上，采用管网监测、排口调查、节点水质监测等手段分析了管网外来水的入渗情况。最后通过水量监测的方法分析评价了管网系统的雨污混接状况。通过预诊断技术，对案例中排水系统存在的管网高水位运行、污水厂进水浓度低的问题进行了诊断评估，分析了管网外来水入渗和雨污混接情况，为进一步高效开展污水系统的排查与整治提供了技术指导。

本研究可为长江大保护项目及其他地区排水系统排查整治工作提供参考借鉴。