本文由广东爱科环境科技有限公司谭锦欣技术副总供稿。

城市排水管网作为城市的重要基础设施，是城市水污染物转移的生命线。近年来，管道病害严重、雨污混接、清污合流、截污不完善等城市排水管网的问题对污水处理造成较大的影响。本文针对排水管网低效运行的突出问题，以中山市火炬开发区西片区为案例，通过管网排查、排水监测系统、GIS管控平台“三位一体”的综合手段，大幅提高区域污水系统运行效率，对国内城镇污水处理提质增效具有较好的借鉴作用。

• 项目名称：中山市火炬区污水系统提质增效项目
• 项目位置：广东省中山市火炬开发区
• 承担单位：广东爱科环境科技有限公司
• 开始时间：2017年5月
• 验收时间：2019年1月

1项目区域排水概况

项目区域为火炬开发区西片区，总面积约16km²，排水体制为雨污分流（存在错接混接），雨、污水管网总长约230km，污水由科技大道DN800~DN1000主干管收集后，与濠头片区污水汇合，经临时泵房提升至珍家山污水厂进行处理。项目区域内共有6条河涌、1条暗渠，河宽3~28m不等，总长约11km，由南向北汇入横门水道，现状水闸共5个，均建在横门水道沿岸边上。

图1 项目区域排水系统概况示意图（红色虚线框内）

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

项目区域的旱天污水管长期处于高水位的运行状态，以及进厂水质浓度偏低，CODcr浓度约为60mg/L，远达不到污水处理厂的设计要求。

图2 进厂污水管液位和CODcr浓度监测曲线图

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

2 项目目标及策略

2.1 项目目标

(1) 对排水系统进行全面排查，包括污水设施功能状况、错混接、源头用户接入情况等，并总结得出一套系统的管网排查方法。

(2) 构建排水管网在线监测系统并持续运行，对监测数据进行分析，优化布点方案以及提高监测数据的有效性。

(3) 构建GIS管控平台，对项目域进行持续管控，执行有效的提质增效方案措施。

2.2 项目技术路线

图3 项目技术路线图

Fig.3 The Route of project technical

3 管网全面排查

3.1 排查方法

管网排查的具体技术路线：

(1) 对于涨退潮、用水高低峰，临测关键入流点水位及水质；

(2) 摸查关键支管与主管连接处；

(3) 对于监测支管发现水量水质异常，优先摸查河水入侵点：涌边截污管、截污设施（泵、闸）、涌边小区、市政路的雨污错接问题

(4) 进行山水入侵判断；

(5) 进行地下水自来水入侵判断；

(6) 污染源追溯。

图4 管网排查技术路线图

Fig.4 Road map of pipeline network survey tyechnology

3.2 排查内容

为保证管网排查的全面性，本项目将管网排查内容按照污染物的转移分为以下三个部分：

(1) 源头：关注污染物产生的单位以及与管网的接入状态，包括污染源内部立管、支管、接驳设施，以及排水接驳档案；

(2) 过程：包括雨水、污水管道连接性调查，功能性、结构性检测；

(3) 末端：主要为排放口、河涌的水量水质。

3.3 排查结果

(1) 常规摸查结果

表1 管网节点数量统计表

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

项目	雨水口	管线点	窨井	排放口
雨水	5942	2755	4998	208
污水	/	1544	1652	419
合计	5942	4299	6650	627

表2 雨水管管径分布汇总表

Tab.2 Summary table of diameter distribution of rainwater pipeline

管网属性	总长度（km）	管径分布统计（km）
DN600以下	DN600及以上
雨水管（含合流）	168.0	62.4	105.6

表3 污水管管径分布汇总表

Tab. Summary of distribution of sewer pipe diameter

管网属性	总长度（km）	管径分布统计（km）
DN400以下	DN400及以上
污水管	78.2	23.3	54.9

根据以上表格数据可得，本项目区域的存在较多的污水排放口，以及雨水管、合流管所占的比重较大，由此可得，项目区域存在较大的污水直排风险。

（2）管道检测

对管道进行CCTV、QV检测，得出以下结果：

表4 管道检测长度汇总表

Tab.4 Summary of pipeline detection length

项目	CCTV	QV	无法检测	合共
长度（km）	86	142.8	2.7	231.5

除了压埋、施工围蔽等客观条件限制导致的无法检测的少数管道外，本项目区域内满足QV检测条件的管道长度占总长度的比重较大。

表5 功能性缺陷数量汇总表

Tab.5 Summary of the number of functional defects

缺陷名称	1级(处)	2级(处)	3级(处)	4级(处)	合计(处)
破裂	120	98	52	60	330
变形	5	32	25	38	100
腐蚀	7	1	1	0	9
错口	351	172	37	20	580
起伏	4	1	0	0	5
脱节	26	15	10	10	61
接口材料脱落	2	0	0	0	2
支管暗接	154	54	34	0	242
异物穿入	46	29	20	0	95
渗漏	16	18	26	1	61
合计	731	420	205	135	1652
占比(%)	49.2	28.3	13.8	8.7	100

表6 功能性缺陷长度汇总表

Tab.6 Functional defect length summary

缺陷等级	总数（处）	总长（km）	占比（%）
1级	731	15.4	6.6
2级	420	8.1	3.5
3级	205	4.0	1.7
4级	129	1.8	0.8
总计	1485	29.3	12.6

由以上表格可见，项目区域内排水管道功能性缺陷3532处，其中沉积2110处，树根923处，障碍物387处，残墙、坝根89处，浮渣21处，结垢2处，总长度为61.8km，占检测管网长度26.7%。总体而言，项目区的管道缺陷数量多、种类复杂、涉及长度大，管道灾害问题较为严重。

4 在线监测系统的构建

4.1 在线监测点位布置原则

本项目的在线监测点位布置采取以下原则：

(1) 水量水位突变点：排水系统中污水集中汇流或者降雨中径流量突然增大的水量突变点；

(2) 渗漏风险大的点：河涌边截污主干管道等存在渗漏倒灌风险的关键节点；

(3)易涝点：立交桥、下凹涵洞、低洼路段等易涝节点；

(4) 气象雨量监测：采用中山市气象局提供的气象雨量数据，选取距离本片区最近的监测点；

(5) 河涌关键断面：支涌、拐点断面及大合流排放口接入断面等。

4.2 在线监测系统的构建

本项目的在线监测系统包括支管监测点位4个、主管监测点位4个、河涌监测点位4个，每个监测点位均设有液位计与COD水质分析仪，对监测点位的液位与COD进行全天候在线监测。

图5 在线监测点位分布图

Fig.5 On-line monitoring point distribution map

5 构建GIS管控平台

5.1 GIS管控平台功能设计

针对国内目前很多城市的排水管网安全监测技术不够成熟的现状，对项目区域的排水系统存在的问题以及污水处理提质增效的目标进行综合分析，进行GIS管控平台建设，包括综合诊断、问题定位、辅助决策、效果评估，旨在解决提质增效中要素复杂、问题定位难、决策依据不足、缺乏效果评估等问题，涉及到的具体功能模块为地图界面、拓补管理、健康评估、水质报告、排水接驳、溢流内涝、终端监测、模型计算、动态巡检、实时预警等。

图6 GIS管控平台功能示意图

Fig.6 Functional sketch of GIS management and control platform

5.2 基于GIS管控平台的问题诊断

（1）支管与主管未拉通诊断

图7 项目区支管与主管部分监测点位分布图

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

图8 项目区支管与主管部分监测点位监测曲线图

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

通过以上监测曲线可得，本项目区域内的主管（濠泗/景怡）长期处于低水位运行状态，而支管（桃源明居）始终保持高水位运行，支管水位高于主管水位3m左右，因此可判断，该点位的主管（濠泗/景怡）与支管（桃源明居）未拉通。

除了以上点位存在支管与主管未拉通的问题，经系统诊断与现场核查，项目区域内共存在4处支管与主管未拉通，包括：

a) 下顷九涌两侧2*DN600截污管与主干管未拉通，涉及水量3100m³/d；

b) 置业路DN600/DN400污水管与主管未拉通，涉及水量1600m³/d；

c) 东河路DN600污水管与主管未拉通，涉及水量800m³/d；

d) 勤业路DN400污水管与主管未拉通，涉及水量700m³/d。

（2）河水入侵诊断

图9 支管（桃源明居）液位与COD曲线图

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

河水入侵主要诊断依据为管道内液位与污染物浓度的变化相关性，以支管（桃源明居）点位为例，由以上曲线可得，其液位随河涌的涨/退潮而升高/降低，并且COD浓度随着管道液位的升高而降低。进一步地，通过现场定位以及测算水量，同时采样进行水质检测，可诊断出该点位存在河水入侵问题，涉及水量3300m³/d，COD平均浓度约20mg/L。

图10 项目区内河水入侵诊断结果分布图

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

对项目区域进行全面的河水入侵诊断，成果排查定位河水入侵点9处，其结果分布如上图所示，包括：

a) 三涌（置业路）2处；

b) 沙边涌（濠江西路）2处；

c) 石岐河（卡西欧）1处；

d) 濠头涌截污管1处；

e) 沙边涌截污蝶阀2处；

f) 濠头涌截污蝶阀1处

（3）地下水入侵点诊断

地下水入侵点的诊断主要依据地下水位以及管道缺陷的种类和等级，对于污水管道结构性缺陷严重以及地下水位高的区域，进行现场排查确认，最终确定是否有地下水入侵，本项目属于南方降雨较多的地区，地下水位常年较高，因此地下水入侵点的诊断的重点为对结构性缺陷严重的污水管道进行排查，经系统分析以及现场排查，成功排查定位存在地下水入侵的点位20处，主要为结构性3、4级严重破损的污水管道，具体缺陷种类包括变形、破裂、异物穿入，部分缺陷下图所示。

图组11 （从上至下）建业东路变形（4级）、东镇东一路破裂（4级）、建业东路、异物穿入（3级）

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）污染源错接至雨水管诊断

由于项目区域采用雨污分流的排水体制，污染源错接至雨水管将导致污染物直接进入河涌，通过管控平台对项目区域内的排水管道连接关系进行筛选判别以及现场确认，最终定位污水直排口419处、雨污混接雨水排放口8处、雨污混接点614处，追溯河涌受纳污水量6200m³/d。

5.3 提质增效方案

针对项目区域内排水管网的问题诊断结果，其提质增效的方案主要包括清污分流、拉通支管、分/截雨污错混接、调泵闸运行水位、疏管道功能性缺陷、修管道结构性缺陷，具体为：

(1) 清污分流：封堵濠头涌截污管+关闭沙边/濠头截污蝶阀+封堵沙边涌/三涌外水侵入点；

(2) 拉通支管：拉通置业路南北段，拉通后污水管水位骤降3m左右，且与主管水位变化趋势一致，水量增加2000m³/d；

(3) 分/截雨污错混接：对排查出的86处混接点，包括8处排放口存在旱天污水溢流，污水量为6200m³/d，建议采取错混接改造；

(4)调泵闸运行水位：调节濠头涌水闸启闭，水深保持0.6~1.8m；调节沙边涌水闸启闭，水深保持0.1~1.0m；调节三涌水闸启闭，水深保持0.3~1.1m

(5) 疏管道功能性缺陷、修管道结构性缺陷：对于检测出的56处管道结构性缺陷，其中20处管道结构性3、4级结构性破损，建议优先修复破损等级严重以及靠近河涌的缺陷管道。

5.4 提质增效效果评估

（1）清污分流效果评估

表7 清污分流处理水量统计表

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

道路	问题	管径（mm）	水量（m3/d）	清水来源
卡西欧厂区内部道路	雨污错接，河水经雨水排放口倒灌至污水系统	300	1500	横门水道
科技西路	400	2000	濠头涌
濠江路	400	2000	沙边涌
置业路	400	2200	三涌
涌口下街	末端截污蝶阀常开，潮位高河水倒灌至污水系统	500	3600	濠头涌
濠江西路	500	3600	沙边涌
沙边村道	500	3000	沙边涌
濠江路	截污井大量渗水	400	1000	沙边涌

图12 清污分流前后污水厂进厂水位及COD曲线图

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

由上图可见，通过清污分流，排除外水侵入量18900 m³/d，进厂主管水位下降4m左右，COD最高浓度升高73mg/L左右，清污分流效果显著。

（2）拉通支管效果评估

表8 拉通支管后水量统计表

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

道路	问题	管径	管长(m)	拉通后水量（m3/d）
下顷九涌截污管（火炬路-科技东路）	上游截污管断头下游截污管拉断	DN600	1200	3100
科技东路 （太康精密）	严重逆坡	DN800	6
东河路	管道坍塌 且上游标高低于下游约2m	DN600	77	800
勤业路	未拉通主管 断头管	DN400	80	700
置业路	未拉通主管 断头管	DN600 /400	120	1600

由上表可见，对于支管未拉通区域，拉通后污水量增加6200 m³/d，污水收集率从22.5%升高至53.5%，污水收集率提升显著。

（3）分/截雨污错混接效果评估

图13 项目区内污水溢流点位分布图

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

本项目优先截住下顷九涌和三涌的溢流口，截流后的污水量增加4500m³/d，完成所有改造最终污水量增加6200m³/d，截污效果显著。

6 结论

本项目以中山市火炬开发区西片区为实施区域，着眼于排水管网，通过管网排查-排水监测-GIS管控平台“三位一体”综合手段，开展城镇污水处理提质增效的相关研究及工程措施，得出以下结论：

(1) 对排水系统进行全面排查，排查出排水管道功能性缺陷3532处，并从中成功定位对提质增效影响较大的地下水入侵点位20处，以及总结得出管网全面排查的有效方案，对其它地区的管网排查以及管网修复具有较大的参考作用。

(2) 通过优化布点原则，提高监测点位数据的有效性，对项目区域16km²的管网区域进行在线监测系统的构建，将布点数量降低至20个以内，大大降低了监测成本和提高监测效率。

(3) 通过构建GIS管控平台，实现提质增效一体化运维，并通过近一年的运维时间，有效地提高了污水处理厂的进水COD浓度和降低了水位、提高了污水收集率以及截流污水量。

(4) 完成所有改造后，项目区域内最终污水量将从4500m³/d增加至 16900m³/d，COD浓度从60mg/L增加至160~180mg/L，提质增效达到较好的水平。