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首先确定监测服务目标、收集基础资料,初步确定监测点位。对初次定点进行现场踏勘核实,选择满足设备安装条件的点位部署在线流量监测设备。获取污水管网动态监测数据,对管道进行运行负荷、淤积情况、地下水入渗、降雨入流等分析。根据监测数据分析反馈,结合进一步的现场调研,缩小监测范围,迭代监测布点方案,轮换监测设备,从而达到精细化的入流入渗定位和定量诊断分析的目标。
2.监测方案
泵站上游共有3个支路汇入,通过前期调研可知,北侧片区外来水汇入最为严重。该区域主要为工业区,总面积约5.0km²,管道578条,总长度约18.1 km。选择污水泵站北侧片区布置在线流量计进行分阶段短期监测,逐步缩小监测范围,识别管网污水排放规律、诊断管网运行问题。
1)第一阶段
经过现场勘查确定第一次监测布点方案,在区域内泵站上游干管和重要支管共布设8个监测点安装在线流量计,进行为期2个月的监测,并在区域内安装1台雨量计,同步监测实时降雨量,辅助诊断分析。
2)第二阶段
根据第一阶段的评估结果,识别降雨影响下流量增加情况显著的点位,表明其上游收水区内存在雨水引起的外来水汇入的情况,相应地缩小研究范围。根据新的研究范围,调整设备位置,进行二次布点,开展为期一个月的监测。
对于可能存在河水入流的情况的穿河管段,通过水质采样,来定量监测区内的旱天河水入渗的情况。水质采样点主要设置在各管道通过河道上下游井口,以及所通过河道上游5m左右的地方,主要化验指标为总氮(TN),总磷(TP)和化学需氧量(CODCr)。
3.数据分析
通过根据两个阶段的分步动态监测和数据统计分析,得到有效结论如下:
1)试点片区管网受短历时降雨的影响不大,而持续性强降雨对管网则产生了很大的压力。在强降雨条件下,各管道内均不同程度的存在雨水入流现象,尤其以#1、#2、#7、#8四个监测点雨水入流情况明显。
2) 纵二路、横六路以及纵三路靠近河流管段的管道过载状况严重,且存在着较大的溢流风险。而淤积风险分析发现,所有管段流速远低于不淤流速,影响排水安全。
3)纵三路近横七路上游管道的基础入渗量最为严重,为232.6m³/(km•d)。这不仅远大于我国验收标准,也高于美国城市的允许渗入量以及日本26个排水区域的实际入渗量统计结果的上限值。说明该管段存在明显的老化或裂损的情况。
4) 监测期内10月6日开始,发生了持续长达近60个小时的降雨事件,累积降雨量达到了141.2mm。在此期间,8个监测点的液位均有明显响应,但只有#1、#2、#7、#8等4个监测点的流量出现明显的增加,由于流量随雨量响应的速度较快,可判断为降雨引起的入流。四个监测点污水日流量较正常情况下分别增加了0.16万吨,0.69万吨,0.24万吨以及1.11万吨,且降雨停止后,还有大量雨污水在排除中。
5) 污水泵站造成冲击主要是来自于持续性降雨。根据拟合计算,每10mm降雨,会为泵站带来约1300吨水的额外负担,进一步印证雨水引起的入流主要发生在#1、#2、#7、#8等4个监测点上游区域。
6)#10、#11、#12、#13监测位点上游管道存在雨水入流现象最为严重,建议对上游管道破损或雨污混接的情况进行检查。
7) #14、#15、#16监测点附近穿河管处均有不同程度的河水入渗的情况,且#14监测点处情况最为严重,同时工作日的入渗情况高于周末。
四、达成效果
1. 通过动态监测+数据分析结合的方法,定量识别了外来水混入量以及问题管段,针对诊断出的管网问题,提出以下建议:
1) 对于结论中指出的淤积现象严重的管段,建议加大维护力度,避免因排水不利而在强降雨情况下造成溢流的发生。
2) 对于地下水入渗严重的管段,尤其是纵三路近横七路上游,管段渗入量偏大的主要原因可能为管龄较长、地下水位很高,管材与接口技术陈旧以及维修养护投入不足。可以采用柔性接口管材,柔性接口的装配式窨井等技术措施,减少排水系统的地下水渗入量。
3) 对于雨水入流严重的管段(如图6红色实线管道),以及利用水质指标分析的三处河道管道交叉口,建议结合人工排查(必要时可借助CCTV等工具)找到错接位置、河水倒灌、管道损毁验证的点。
4) 由于管道内环境恶劣对监测设备的准确性造成影响,建议有条件的情况下,一周对设备进行人口清洗作业,以保证监测设备的正常工作。
2. 根据建议对锁定的问题管网进行CCTV检测:
1) 采用CCTV对监测分析诊断出的问题管道进行排查,发现横三路段、横四路段,纵一路段存在管道破损;
2) 人工排查并修复的管道长度仅占片区管道总长的22%,减少65%的外来水。
五、借鉴意义
采取动态监测+数据分析结合的方法,对于区域入流入渗量化诊断和问题管段定位具有普适性,且设备动态轮换的服务模式大大节约了成本,在其他城市地区饱受外来水汇入问题困扰的排水分区可广泛复制。
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