重慶市城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系構建

蒲貴兵，古 霞，向星光

(重慶市市政設計研究院有限公司，重慶 400020)

近年來，重慶市城鎮(zhèn)化飛速發(fā)展，各方面設施逐漸完善。但“重地上、輕地下”“重建設、輕管理”的問題長期存在，導致城鎮(zhèn)地下排水管網(wǎng)系統(tǒng)不夠完善，對管網(wǎng)情況尤其是運維情況不明已經(jīng)成為排水系統(tǒng)提質增效的瓶頸，雨污合流、清污合流、管渠淤積、污水溢流、管網(wǎng)破損、管網(wǎng)實際排水能力、毒害氣體濃度等具體情況不清已經(jīng)成為當前污水處理提質增效、城市水環(huán)境改善以及城市水安全改善[1]的重要制約因素。當前，對排水管網(wǎng)的監(jiān)測研究較多[1-7]，但普遍系統(tǒng)性不強，且多集中在平原地區(qū)。針對重慶市這樣特殊的山地城市，排水管網(wǎng)監(jiān)測研究僅有陳朝暉等[7]、段軍[8]的少量成果，且主要針對結構災害。為此，急需建立一套可行的監(jiān)測指標體系，以及時掌握管渠運行工況，科學指導管渠的正常運行。

1 城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測現(xiàn)狀

1.1 國家層面對排水管網(wǎng)監(jiān)測的相關要求

1.1.1 政策層面的基本要求

2015年4月，國務院印發(fā)《水污染防治行動計劃》(國發(fā)〔2015〕17號)，明確提出“到2017年，直轄市、省會城市、計劃單列市建成區(qū)污水基本實現(xiàn)全收集、全處理，其他地級城市建成區(qū)于2020年底前基本實現(xiàn)”。2019年4月，經(jīng)國務院同意，住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)《關于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)的通知》(建城〔2019〕52號)，提出“加快補齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設施短板，盡快實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理”。掌握收集的污水水量和污染物量,對評估“污水全收集”目標的實現(xiàn)程度意義重大。

1.1.2 技術體系層面的基本要求

(1)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB 50318—2017)要求：城市雨水、污水系統(tǒng)應設置監(jiān)控系統(tǒng)。在排水管網(wǎng)關鍵節(jié)點宜設置液位、流量和水質的監(jiān)測設施，并明確接入河道、湖泊的排出口是關鍵節(jié)點。

(2)《室外排水設計規(guī)范》(GB 50014—2006)(2014年版)要求：排水管網(wǎng)關鍵節(jié)點應設置流量監(jiān)測裝置，流量的監(jiān)控宜采用自動控制系統(tǒng)。并明確排水管網(wǎng)關鍵節(jié)點指排水泵站、主要污水和雨水排放口、管網(wǎng)中流量可能發(fā)生劇烈變化的位置等。

(3)《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)對排入下水道的污水水質提出了46項水質控制要求。

(4)《城鎮(zhèn)排水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)技術要求》(CJ/T 252—2011)對城鎮(zhèn)排水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)的構成及功能、系統(tǒng)的總體要求、水樣抽取及分配、水質水量檢測、數(shù)據(jù)采集存儲于傳輸?shù)茸鞒隽艘螅攸c強調了儀器儀表等設備的選型、安裝、調試等。

(5)《城鎮(zhèn)污水排入排水管網(wǎng)許可管理辦法》(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部令第21號)要求：排入市政管網(wǎng)的排水戶，其排放污水水質應符合國家或者地方的污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準等有關標準。

(6)《下水道及化糞池氣體監(jiān)測技術要求》(GB/T 28888—2012)對下水道及化糞池氣體監(jiān)測的種類、監(jiān)測系統(tǒng)結構、要求、監(jiān)測終端試驗方法和規(guī)則等作出了規(guī)定。

(7)《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》(CJJ 181—2012)對排水管道的結構性及功能性屬性檢測與缺陷評估作出了規(guī)定，并要求結構性普查宜按5～10年為1個周期進行。

(8)《排污許可證申請與核發(fā)技術規(guī)范 水處理(試行)》(HJ 978—2018)對污水處理廠進出廠水提出了監(jiān)測要求，對入河排水口許可排放限值作出了規(guī)定。

此外，《城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)與泵站運行、維護及安全技術規(guī)程》(CJJ 68—2016)、《城鎮(zhèn)排水設施氣體的檢測方法》(CJ/T 307—2009)等相關標準對排水管網(wǎng)的監(jiān)測也有少量技術規(guī)定。

1.2 重慶市地方層面對排水管網(wǎng)監(jiān)測的相關要求

在政策層面，落實國家水污染防治相關政策的基礎上，2019年9月，重慶市印發(fā)《重慶市城鎮(zhèn)污水處理提質增效三年行動實施方案(2019—2021年)》，明確提出，要強化對排污單位自行監(jiān)測情況的監(jiān)管，加強對污水處理設施排水、入河排污口排水等的水質抽查，確保污水達標排放。要建立完善臭氣及易燃易爆氣體監(jiān)測體系，逐步加強對排水管網(wǎng)、污水處理設施、污泥處置設施的污染物監(jiān)測。

在技術體系層面，重慶市對城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)的監(jiān)測以執(zhí)行國家技術要求為主，尚未制定相關地方標準。

2 重慶市排水管網(wǎng)監(jiān)測體系構建的背景及過程

2.1 排水管網(wǎng)監(jiān)測體系存在問題

2.1.1 排水管網(wǎng)監(jiān)測技術體系未標準化

縱觀國家及重慶市對污水、合流管網(wǎng)監(jiān)測的相關技術要求，主要集中在對排水戶及排污單位的要求。對中間過程的管渠系統(tǒng)，其監(jiān)測點位、監(jiān)測指標、監(jiān)測頻次、監(jiān)測方式等尚無明確規(guī)定；對雨水管網(wǎng)尚缺乏城鎮(zhèn)雨水管渠系統(tǒng)監(jiān)測的相關規(guī)定；對排水管網(wǎng)中的氣體監(jiān)測，《下水道及化糞池氣體監(jiān)測技術要求》中明確了監(jiān)測指標，但監(jiān)測點位、監(jiān)測頻次等缺乏相關規(guī)定。綜上可知，目前排水監(jiān)測體系碎片化，暫無與城市排水管網(wǎng)監(jiān)測技術標準相關的國家、行業(yè)或地方標準來指導重慶市城市排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設。

2.1.2 當前監(jiān)測體系下監(jiān)測指標過多

當前，城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)上監(jiān)測要求最多的是針對排水戶排放的水量和水質。其中，排水戶排水水質按排水許可的要求，執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》提出的46項水質控制指標，很多指標對以城鎮(zhèn)生活污水為主的排水戶而言實際監(jiān)管意義不大，但所需的監(jiān)測經(jīng)費非常大。對排水管網(wǎng)中的氣體而言，《下水道及化糞池氣體監(jiān)測技術要求》明確了7項監(jiān)測指標，但其適用性和經(jīng)濟性有待進一步商榷。

2.2 排水管網(wǎng)監(jiān)測體系構建的背景

隨著“海綿城市”及“智慧排水”的相繼提出，2020年3月6日,《重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會 關于統(tǒng)籌推進城市基礎設施物聯(lián)網(wǎng)建設的指導意見》(渝建〔2020〕18號)(以下簡稱《意見》)中明確了近期發(fā)展重點為“物聯(lián)網(wǎng)+智慧排水”，因此，需要城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系指導城市排水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設。

2.3 排水管網(wǎng)監(jiān)測體系構建的歷程

重慶市城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系建成前未形成完善的監(jiān)測體系，主要參考國家及重慶市監(jiān)測相關技術規(guī)定，僅對排水管網(wǎng)源頭和末端進行了相關規(guī)定，未對中間過程進行規(guī)定。2020年3月6日，《意見》指出， “物聯(lián)網(wǎng)+智慧排水”需要排水管網(wǎng)監(jiān)測體系指導建設，2020年3月19日，重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會發(fā)布《重慶市城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測技術導則(試行)》，用于加快城市智慧排水建設。至此，重慶市排水管網(wǎng)監(jiān)測體系初步建成，后續(xù)隨著城市智慧排水的建設運營不斷完善，重慶市城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系不斷優(yōu)化。

3 重慶市排水管網(wǎng)監(jiān)測體系構建

3.1 監(jiān)測體系構建目的

為指導智慧排水的建設，加強城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)運行狀態(tài)的管理，提高城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)運營維護水平，科學判定污水處理提質增效成效，實現(xiàn)城市排水系統(tǒng)的災情預判、應急處置、輔助決策等功能，倒逼問題管網(wǎng)整改，擠出干凈水，拒絕高濃度水，避免鳩占鵲巢，對排水管網(wǎng)系統(tǒng)關鍵點位進行適當監(jiān)測，可以起到事半功倍的作用。

3.2 監(jiān)測體系構建原則

合理設置監(jiān)測點位，科學設置監(jiān)測指標及監(jiān)測頻次，采取可靠、安全、適用、經(jīng)濟的監(jiān)測技術，以在線與人工監(jiān)測相結合的方式，在線監(jiān)測為主，人工監(jiān)測為輔，并視情況逐步推行在線監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測體系主要內(nèi)容

在現(xiàn)有國家相關技術要求的基礎上補空缺，主要對排水管網(wǎng)中的介質(污水、雨水水位水量、污泥積泥深度、氣體)、管道結構安全及井蓋等監(jiān)測點位、監(jiān)測指標、監(jiān)測頻次及監(jiān)測方式等進行明確(表1)。監(jiān)測點設置、監(jiān)測指標、監(jiān)測頻次等監(jiān)測內(nèi)容應根據(jù)排水戶排水情況、雨(清)污分流情況、排水管網(wǎng)養(yǎng)護情況及管網(wǎng)維護監(jiān)管實際需要等綜合確定，并根據(jù)持續(xù)監(jiān)測結果動態(tài)調整。

表1 城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系Tab.1 Monitoring System of Urban Drainage Pipelines Network

城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系中在線監(jiān)測方式的建立不僅是構建城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)監(jiān)測體系的核心點，也是實現(xiàn)整個城市排水管理工作的智慧化方式轉變的關鍵點。要使在線監(jiān)測方式監(jiān)測可行和費用節(jié)省，監(jiān)測點位和監(jiān)測指標的選擇至關重要。

當前，排水管網(wǎng)中水位/流量在線監(jiān)測方式相對成熟，費用相對不高，通過排水管網(wǎng)關鍵節(jié)點處設置監(jiān)測點位，可實現(xiàn)覆蓋排水區(qū)域源頭-過程-末端全過程的水位/流量監(jiān)測，實時監(jiān)測排水管網(wǎng)運行水量情況，及時發(fā)現(xiàn)管道雨污水混流、外水入滲、溢流、泵站運行狀態(tài)、管道破損等情形以及造成水量突變的情況，同時，通過水位/流量監(jiān)測可以間接反映排水管道的淤積情況等。排水管網(wǎng)中水質在線監(jiān)測方式當前應用較少，且單個監(jiān)測站點造價很高、運行維護麻煩，因此，水質監(jiān)測站點的監(jiān)測點位設置要少、監(jiān)測指標選擇要精，無需做到全覆蓋。目前，只需在重點排水戶、污水主干管上的關鍵節(jié)點、污水廠等關鍵節(jié)點處設置即可，助推重點排水戶和提質增效的監(jiān)測。排水管網(wǎng)的氣體、井蓋、易澇點的在線監(jiān)測主要是實現(xiàn)排水管網(wǎng)的安全監(jiān)管作用。

3.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)應用

對超過指標閾值的數(shù)據(jù)進行在線報警和人工上報，便于管理部門或相關企業(yè)及時掌握管網(wǎng)系統(tǒng)實際情況，監(jiān)測指標閾值如下。

(1)污水管網(wǎng)內(nèi)運行水位發(fā)生突變及超過最大設計充滿度對應的水位時，作為超過閾值的判定。

2. 污水主干管指承接兩條或兩條以上干管來水，收集服務片區(qū)污水量，并將污水輸送至污水處理廠(站)的污水管道，常沿江河岸線或沿江(河)濱江路敷設；

3. 沖溝涵洞指地塊開發(fā)建設時采取截彎取直、加蓋硬化等人工措施對自然溝渠進行改造而形成的既有排水涵洞；

4. 重要雨水排水口指管渠斷面大于1 m(含1 m)的雨水排水口；

5. 一般雨水排水口指管渠斷面小于1 m的雨水排水口；

6. 重點排水戶指污染物排放對城鎮(zhèn)排水設施正常運行影響較大及納入排水許可重點排水戶名錄的排水戶；

7. 一般排水戶指污染物排放對城鎮(zhèn)排水設施正常運行影響一般及未納入排水許可重點排水戶名錄的排水戶；

8. T90指當測量氣體濃度發(fā)生階躍變化時，監(jiān)測終端顯示值達到穩(wěn)定值的90%時所需的時間

(2)雨水管渠(重要雨水排水口)內(nèi)旱季水位突變時,作為超過閾值的判定。

(3)排水管網(wǎng)積泥深度閾值為管內(nèi)徑或渠凈高度的1/5。

(4)水質的閾值標準如下。

① 污水排入下水道、污水管網(wǎng)內(nèi)水質指標參考《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)、《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)，并適當優(yōu)化，指標閾值如表2所示。其中，上限值參考《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》，主要將高濃度工業(yè)廢水擠出市政管網(wǎng)；下限值參考《污水綜合排放標準》，主要將已達環(huán)評達標排放環(huán)境要求的工業(yè)廢水擠出市政管網(wǎng)。

表2 污水管網(wǎng)水質控制指標閾值Tab.2 Water Quality Control Index Threshold of Sewage Pipelines Network

② 沖溝涵洞內(nèi)NH3-N閾值為8 mg/L。

③ 旱季重要雨水排水口及溢流口處SS、pH值、CODCr、NH3-N閾值分別為100 mg/L、6～9、100 mg/L、8 mg/L。

④ 旱季一般雨水排水口處SS、pH值、NH3-N閾值分別為100 mg/L、6～9、8 mg/L。

⑤ 氣體：管網(wǎng)內(nèi)氣體允許濃度和爆炸范圍應符合《城鎮(zhèn)排水管道維護安全技術規(guī)程》(CJJ 6—2009)的規(guī)定，含氧量不得低于19.5%。

此外，監(jiān)測數(shù)據(jù)還可用于排水管網(wǎng)現(xiàn)狀系統(tǒng)診斷、污水收集率核算、清污分流、排水戶管理、應急預案的觸發(fā)、城市內(nèi)澇預報、流域水質預測、管網(wǎng)調度、排水規(guī)劃等。

4 結論及展望

城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)建成投用以來，大多敷設于地下，且重視程度不夠，其運行工況普遍不清。通過形成排水管網(wǎng)監(jiān)測體系，合理設置監(jiān)測點位、監(jiān)測指標、監(jiān)測頻次，采取在線和人工監(jiān)測相結合的方式，對排水管網(wǎng)中的雨水、污水、混流水水位、水量、水質、氣體、管網(wǎng)結構安全、井蓋等進行監(jiān)測，能夠及時掌握管網(wǎng)運行工況，及時發(fā)現(xiàn)并解決亂排、混接、溢流、淤積、管網(wǎng)結構破壞等相關問題，保障井下作業(yè)安全，助推污水處理提質增效。

目前，國家新基建的大幕正要徐徐拉起，隨著物聯(lián)網(wǎng)+、5G技術的快速發(fā)展，結合排水管網(wǎng)監(jiān)測體系，可以構建從源頭到末端全過程的排水設施物聯(lián)網(wǎng)?？蓪崿F(xiàn)前端信息及時采集、信息平臺數(shù)據(jù)綜合應用，推動排水管理“從粗放向精細、從被動到主動、從治標向治本”的轉變，實現(xiàn)整個城市排水管理工作的數(shù)字化、動態(tài)化、智慧化、精細化。