技術分享|污水管網系統“入滲入流”診斷方法與實踐
來源：劉龍志，崔諾 中國給水排水
技術指導：劉龍志、劉廣奇、劉緒為
團隊負責：崔 諾
技術負責：趙 鵬、周廣宇
團隊成員：胡馨月、顧毅杰、王李琳、羅娜
導語
2019年4月，為全面貫徹落實全國生態環境保護大會、中央經濟工作會議精神和《政府工作報告》部署要求，加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板，住房和城鄉建設部、生態環境部、發展改革委印發《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》，以期實現地級及以上城市建成區基本無生活污水直排口，基本消除城中村、老舊城區和城鄉結合部生活污水收集處理設施空白區，基本消除黑臭水體，城市生活污水集中收集效能顯著提高的目標。
管網提質增效大目標，重點難點也是首要問題即“清污分流”，不僅是要在雨天的雨水和污水的分流，更是在旱天地下水、河水等客水在污水管網中與污水的分流。針對此類情況，中國工程建設協會發布了《城鎮分流制系統雨污混接調查及治理技術規程》的征求意見稿，對分流制混接調查方法進行了詳細的描述，但是缺少對合流制排水體制及分流制污水體系的提質增效入滲入流的調查研究方法，目前為止，我們在這方面已經開展了提質增效入滲入流的調查研究方法，并在玉溪、拉薩、天津及多個長江大保護試點城市進行了案例實踐，故在此寫成技術路線方法與實踐案例總結分享，與大家探討交流。管網提質增效的另一個戰略技術路線是“一廠一策”，最大可能避免對所有水廠“一刀切”的絕對路線，保證最大限度體現出提質增效帶來的明顯效果。歸根結底，“一廠一策”體現在水廠，核心在管網，我們也在多個城市開展了“一廠一策”技術路線的實踐，之后會與大家共同討論交流。
我國污水系統現狀
目前，根據我國城市每年發布的環境公報可以看出，各地污水處理率基本都在90%以上，污水收集處理率和歐美國家接近，但是城市水體水質差距較大。原因是大量地下水或其他客水排入污水處理廠，虛高了城市污水處理率。截至2015年底，我國城市排水管道總長度達到54×104km，其中26.1×104km的排水管網使用時間在10年以上。由于污水腐蝕、侵蝕、沖刷、沉積及地面荷載等影響，污水管道破損嚴重的問題在我國城市普遍存在。敷設在地下水位以下的排水管道，地下水進入污水管網，擠占了污水管網的輸送容量，降低了污水處理廠的進水濃度，我國4000多座污水處理廠中約有1000座進水COD在150mg/L以下，污水處理廠設計進水COD是350 mg/L，兩者相比說明污水處理廠處理的并不全是污水，污水系統存在入滲入流現象。
入滲入流預判
診斷區域內污水系統存在以下現象時，可初步判斷該污水系統存在入滲入流現象：
- 在雨天或河道水位增加時污水系統內流量大幅度增加；
- 污水系統晴天輸送污水的水質濃度偏低。
入滲入流診斷資料收集
入滲入流診斷資料收集主要包括管網資料、河道水位標高、地下水位標高、污水廠和泵站運行情況、區域用水量。
（1）管網資料
管網資料包括污水管網系統的平面位置、高程、埋深、走向（流向）、規格、材質以及管線附屬構筑物的信息。
（2）河道水位標高
河水主要通過排口倒灌、穿河管或埋河管破損、公園等地景觀引水后排入市政管網等方式進入污水系統。對于排口倒灌或管道滲漏導致的河水入侵，可通過調查不同季節的河道水位變化來判斷。
（3）地下水水位標高
地下水主要通過工地基坑排水、管道破損等方式進入污水系統。對于管道破損導致地下水入滲的管段，可通過比對區域內地下水位與管道管內底標高來初步判斷。
（4）污水廠、泵站運行情況
包括污水廠地理位置、設計規模、現狀日進水量、進水水質情況等，泵站地理位置、現狀運行情況等。
（5）區域用水量
包括整個診斷區域排水戶的接管情況以及接入市政管網內用戶的用水量信息。
入滲入流區域劃定
入滲入流區域的劃定原則：
（1）根據管網劃分診斷排水分區
首先應根據管網走向與連接關系將診斷區域劃分為幾個面積或管網長度相近的診斷排水分區，每個診斷排水分區都應有一個末端監測點可以代表整個分區的排水情況。
（2）診斷分區晴天末端水質濃度偏低
劃分診斷排水分區后對應每一個末端監測點進行晴天連續水質監測，水質濃度低則可初步判斷該區域為入滲入流區域。
（3）診斷分區雨天末端流量增加
劃分診斷排水分區后對應每一個末端監測點進行連續流量監測（至少包含一次降雨），若出現雨天末端流量明顯增加現象，則可初步判斷該區域為入滲入流區域。
（4）診斷分區內河道水位增加導致末端流量增加
若診斷區域內存在可能發生倒灌的排口、穿河管或埋河管，需根據該區域內河道水位年際變化情況初步判斷管道或排口是否有河水入侵的可能，在河道水位增加時段內安裝流量計，若末端流量隨河道水位增加，則可初步判斷該區域為入滲入流區域。
入滲入流點的調查和診斷
入滲入流調查與診斷的技術路線：
（1）本底水質調查以及特征因子的確定
本底水質調查包括診斷區域內生活污水（灰水、黑水）、河水、地下水、自來水。通過本底水質檢測確定至少兩種水質特征因子作為相互校核以及驗證。
特征因子用以指示某種水類型區別于其他類型的物理、化學指示因子。用于入滲入流診斷的水質特征因子選擇應滿足以下4個條件：
- 不同類型的水質特征因子濃度有較為明顯的差別；
- 水質特征因子在排水管道內基本無沉降、無降解；
- 水質特征因子在同一類型水質中檢出值較為穩定，差異性較小；
- 分析方法簡單且檢測限、測試精度、安全性和重視性均較為理想。
根據現階段已完成診斷區域的本底調查結果顯示，在常規指標中NH3-N在排水管道中較為穩定且在生活污水中較其他類型水質濃度差異較為明顯，可作為理想的生活污水水質特征因子；在非常規指標中一些陰離子、陽離子在地下水中較其他類型水質濃度差異較為明顯，在部分地區可作為理想的地下水水質特征因子。
（2）現場勘察優化監測方案
對于根據診斷排水分區末端的監測結果可以初步判斷存在入滲入流的區域，然后進行關鍵節點的流量水質監測。根據資料調查以及現場勘察優化監測節點布置方案，優化布置應滿足以下原則：
- 資料調查以及現場勘查區域應覆蓋診斷分區內所有管段交叉節點；
- 通過標高比對去除不可能發生入滲入流管段區域的監測點；
- 通過現場調查確定晴天檢查井無流量、檢查井上游管段不會發生地下水入滲或河水入侵現象；
- 根據現場調查情況為監測節點確定監測等級，按照一級監測點–二級監測點–三級監測點的監測順序優先確定診斷區域內的主要問題。
（3）基于監測結果流量水質分析
根據優化監測節點方案進行流量水質監測，其中流量監測要結合現場情況確定連續流量監測點與短時流量監測點，水質監測要根據每個監測節點第1天的流量監測結果確定高峰與低峰排水時段的取樣時間，流量水質監測要滿足以下要求：
通過流量水質監測結果，有以下監測結果可認為該管段有入滲入流情況發生：
- 晴天管段上下游節點流量水質發生突變：下游節點低峰時段流量較上游節點低峰時段流量大幅度增加，且下游節點水質濃度明顯低于上游節點水質濃度；
- 雨天時監測點流量發生突變：流量較晴天監測流量明顯增加；
- 河道水位增加時流量發生突變：流量較河道水位低于管內底標高或排口標高時明顯增加。
（4）綜合手段找到客水入侵點位
根據流量水質監測分析結果對確定入滲入流管段進行綜合手段排查，如管道潛望鏡檢測（QV）、聲吶檢測、管道閉路電視檢測（CCTV）等，找到客水入侵點位。各種檢測手段的適用條件如下表所示：
（5）客水入侵點位流量水質監測
對已經確定的客水入侵點位進行流量水質監測，根據該檢測結果結合末端流量水質情況對診斷區域進行整體水質水量平衡測算。
入滲入流成效分析及評估
（1）污水系統入滲入流程度評估
①各個監測分區滲入流量測算：
根據監測分區按入滲入流量分成3個嚴重等級：
1級：大于30%
2級：20%~30%
3級：15%~20%
小于15%認為是正常范圍，暫不考慮修復，可根據入滲入流量等級評價的順序對管網進行詳細排查。
②管網破損程度綜合評價：
按照1級–2級–3級的順序對監測分區的管段進行逐段排查，對管網破損程度進行判定，管網破損指數m可表示為：
m=q/q0
式中：q為管道實際客水入侵量；q0為管道允許客水入侵量（按照管道中監測水量的15%考慮）。
m≤1：管網基本不破損；1＜m≤2：管網輕度破損；m＞2：管網嚴重破損。
根據管網破損程度排查結果制作污水管網破損程度綜合評價圖，可根據該成果圖依據管網破損程度對該區域管網進行檢測與修復。
（2）診斷區域水質水量平衡測算
污水系統旱天水量來源為生活污水和其他客水，通過監測手段獲得管網中關鍵節點的流量水質，可建立整個管網系統的水量和化學質量平衡方程：
QJ=QS+QK
QJCJ=QSCS+QKCK
式中：QJ為管網監測點流量；CJ為管網監測點水質特征因子濃度；QS為管網中生活污水水量；CS為管網中生活污水水質特征因子濃度；QK為管網中客水水量；CK為管網中客水水質特征因子濃度。
根據上述方程解析可得：
QS=QJ(CJ－CK)/(CS－CK)
QK=QJ(CS－CJ)/(CS－CK)
客水比例m=(CS－CJ)/(CS－CK)
案例1：玉溪市海綿城市試點建設項目管網診斷
玉溪市海綿城市建設試點區包括老城區和近期規劃向北新拓展的新城區，城市診斷區域存在大量地下水入滲現象，需通過管網診斷技術定性定量地下水入滲點位，為城市黑臭水體治理、污水系統提質增效以及海綿城市建設提供改造建議與技術支持。
- 重度滲漏管段8處，地下水總滲入量為3.3×104m3/d，嚴重淤積管道18km；
- 通過混接區域進行改造，恢復現狀5條雨水主箱涵和1條蓋板河道功能，節省12km新建雨水箱涵，節約投資2.4億元；
- 重新梳理分流改造和海綿化改造項目，減少不必要的海綿化改造項目42個，減少不合理的分流改造區域3.6km2，降低投資3.6億元（扣除增加的調蓄池費用）；
- 優化截污方案，減小截污管長度和管徑，降低投資1.3億元；
- 對主要漏損管道進行修復，減少進入污水廠的地下水量2.6×104m3/d，每年節省運行費支出860萬元；
- 通過設計優化，在保證海綿城市各項考核目標的前提下，工程投資降低約20%。
案例2：拉薩市主城區合流制管網客水入侵診斷
根據拉薩市在主城區排水管網診斷需求以及“十三五”規劃提出的建設要求，本次排水管網診斷工作在管線勘察成果的基礎上進行管網校核，并綜合采用在線流量監測、水質化驗、視頻監測等手段獲取準確數據，通過數據分析結果對客水入侵問題進行量化診斷和評估，為管網改造設計、管網信息化平臺建設提供重要的數據支撐，逐步實現“城鎮污水處理設施全覆蓋” “基本消除黑臭水體”的建設目標。
通過合流制管網末端水質水量監測與化學平衡質量測算，客水入侵比例為26.8%~27.6%。
結語
污水系統提質增效核心在管網診斷，管網診斷不僅僅要選擇有效的科學方法，更要秉承行業良心，沒有花哨的捷徑可走，穩扎穩打步步為營，就如同繡花針，管網要一段接一段、小區要一個挨一個，只有這樣細致的排查與踏實作業，方可一點一滴的實現管網提質增效的大目標。
編輯：劉貴春
微信制作：劉劍書
審核：李德強
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