排水管网信息化建设方案

一、城市排水模型建设是响应国家政策需要，也是城市排水数 字化、信息化发、展的必然选择。 基于非恒定流模拟技术的水力模型是一门集城市排水工程、计 算机技术、自动化技术为一体的信息化技术。排水管网水力模型是 指将管网物理属性数据、地理信息系统（GIS）与圣维南方程组、曼 宁公式等一系列相关联的水文学、水力学的理论公式抽象出的一整 套数学模型，包含降雨模型、地表产汇流模型、节点入流模型和管 道转输模型等，各模块之间有机结合，是一个时间序列函数组合， 可以延时仿真模拟排水管网中真实准确的水流状况。 排水管网水力建模技术在国外的设计和运行管理中已经得到广 泛的应用。对于雨水管网规划设计，欧盟EN752 中规定推理公式 法只适用于汇水面积小于 200 公顷或汇水时间小于 15 分钟的区 域；对于较大区域，必须采用随时间变化的设计降雨，利用水力模 型进行规划设计。美国要求规划新建区域排水系统必须采用水力模 型模拟复核。日本东京已经建立起了整个城市污水管网水力模型。 新加坡、日本、美国等欧美发达国家的大型排水工程建设、运行过 程中都是基于水力模型计算分析得出。 二、监测思路 总体监测思路问题导向、追本溯源，分期建设。 （1）进厂浓度偏低问题 在大监测框架下首先整体掌握各片区流量、水质情况，结合各 片区周围服务区域现状及设计值，初步找到出现异常的特定片区， 针对特定片区，在掌握主要排污干管的监测数据下，预估沿线小型 管网污水流量，由末端逐级递推，直到找到异常排污干管、排污片 区、排污点，进而找到进厂水质浓度偏低实际原因。 （2）截留倍数与 CSO 溢流污染 合流制排水管网截留倍数 n0 作为截留式合流制排水管网系统 的重要设计参数，是指溢流井溢流时截留干管所截留的雨水与设计 旱流流量之比。截流倍数的合理选取对截留式合流制管网的成功改 造起着关键作用。从环境保护角度出发，为减少污水排放量，应当 采用较大的截留倍数值。但从经济方面考虑，截留倍数过大，会大 大增加截留管、提升泵站以及污水处理厂的规模和投资，同时造成 进入污水厂的污水水质在晴天和雨天的差别甚大，给运行管理带来 相当大的困难。当截留倍数超过其合理范围时，加大截流倍数使工 程总投资与运行费用成倍增加，但城市水质质量的提高作用表现非 常有限，由此带来的环境效益和增加的投资不成正比，实际上造成 工程投资的不合理性和资金浪费。截流倍数直接影响到合流制排水 系统雨天溢流量、溢流污染负荷、工程投资和工程社会效益。因此 科学、合理的确定截流倍数事关工程的环境效益和经济效益的发 挥。 一般城市的合流制排水系统中，截流倍数的确定尚无统一的精 确算法，大多采用经验和计算相结合的方法，造成截流倍数的选择 具有很大的主观性和片面性。截流倍数优化确定需定量计算截留管 溢流污染负荷，但合流制溢流污染受降雨、溢流量、地表污染物积 累及冲刷等诸多因素影响，因此截流倍数确定及研究多以主观经验 判断为主，采用定量化研究较少，致使选择具有很大的随意和片面 性。 为此，可根据城市地表径流水力水质模型基本原理，构建城市 管网水力水质模型，通过在线雨量、流量监测数据对模型进行校准 和检验，利用所建模型模拟不同截流倍数时截流干管溢流过程，计 算不同截流倍数条件下溢流量及污染负荷。结合污染负荷、不同截 流倍数对应的工程投资、运行环境费用，选择最优取值。 针对污水收集处理系统，由于溢流口多分布在大公桥片区，长 远来看建议利用本次监测点及后期增加点对大公桥中途泵站片区构 建城市管网水力水质模型，通过在线雨量、流量、水质监测数据对 模型进行校准和检验，利用所建模型模拟不同截流倍数时截流干管 溢流过程，计算相应溢流量及污染负荷，一方面结合不同截流倍数 对应的工程投资、运行环境费用，可选取最优截污倍数值，一方面 可掌握沿线各溢流口溢流污染总负荷，以此制定相应措施。 在总体思路下，建设思路如下 （1）末端设施重点监控。末端设施主要指污水处理厂及污水泵 站，是掌握大、小污水系统运行情况的重要指示物。通过收集、分 析、对比污水处理厂出入水的流量与水质，泵站的抽排量及水质， 能较好判定各系统情况。 （2）区域节点准确把握。现有污水收集系统主要收集4 个片 区污水，西坝污水截流片区、大公桥污水泵站系统管网片区、万寿 桥污水泵站系统管网片区、洋坝污水泵站系统管网片区，在每个片 区主要排污干管处进行水量、水质监测。 （3）溢流排口选择监测。溢流排口众多，存在的污水溢流或混 流直排的问题也普遍存在，适当选择重要排口作为监测对象。在污 水系统尚未建设完成的情况，通过适当选择重要湖泊港渠的主要排 口作为监测对象，能较好反映系统逐步完善所带来的环境正效应。 三、监测点布置 通过项目需求以及实际需要，以尽可能合理的监测点进行布 设，共确定流量计 29 套，水质一体柜 4 套，在后期获得监测数据 后在需要的点处进行人工检测。 四、监测实施技术路线 监测实施技术路线一般可分为选择监测区/段、选择监测点和设 备安装三个阶段。首先确定监测的目标，根据排水管网分布及发现 的问题，分析各要素间关联特点，并合理的选择监测区/段，初步制 定监测点方案；然后结合现场勘查，进一步确定满足监测设备安装 要求的监测点；接着在选定的监测点安装液位、流量、水质等监测 设备，并对监测设备取得的数据进行分析判别，从而进一步确认监 测点选取的合理性，并进行监测指标、监测频率、监测时间，甚至 监测点位的调整，终形成科学合理的监测实施，进行长时间的数据 监测。 五、 水质自动检测及人工采样对比 目前水质监测主要分为实时在线检测与采样后实验室检测两种 手段。人工采样存在数据量小、不连续、反应之后等缺陷，且不能 满足实时监测的需要，数据不可靠。水质在线自动检测与手工采样 相比，具有采样频次高、采样量准确的特点，能实时、准确、可靠 的得到水体的水质指标，但是所需建置和维护费用较高。综合两种 方案，建议选取典型指标进行自动化验，其他指标采取实验室化验 的方式进行检测。 由于降雨径流和污废水中往往含有大量SS，通常排放的悬浮物 不仅会携带大量各类污染物，其排入水体中还会导致河流和湖泊底 泥淤积，水生生态环境恶化，是重要的监测指标，因此选择SS 作为 指示性指标，选择在关键点安装在线 SS 检测仪，进行 SS 水质自动 化验，对于其他指标，包括 pH 值、化学需氧量（CODCr）、氨氮 （NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）等，先进行取样，然后将 水样送往当地化验部门进行水质化验分析。这种方式具有采样频次 高、数据准确的特点，同时节省了大量费用。 六、监测选型原则 为了满足野外监测需要，避免取市电不方便、破路、可用地面 积少等问题，供电系统采用太阳能加蓄电池的方式，现场的监测设 备在满足量程、精度、分辨率等要求的前提下，一般选取功耗低、 体积小、占地少、供电电压小（不超过26VDC）的类型。 由于野外监测不方便采用有线（光纤、网线、数据通信线等） 的方式进行数据传输，一方面施工协调难，工期长，另一方面成本 高，网络费用高。实际上，前端监测的传输数据量并不大，对实时 性要求不高，采集频率在 5min/次以上，并且 GPRS 无线通信方式 覆盖范围广、资费低、稳定可靠，完