沿河截污干管河水入侵问题的多场景综合分析诊断—智慧排水之乱弹(138)

尹飞 李萌
2024-12-10

小编按:如果沿河截污干管中存在明显的河水入侵问题,怎样才能客观准确的分析河水入侵点、贡献大小及产生的原因。靠单一的手段和措施,不仅效率低下,也有可能会产生误判。本文将液位流量在线固定监测、人工水质采样、便携式仪表快速瞬时监测、QV可视化排查多种方法结合,科学有效地分析了截污干管的问题成因。这种综合方法值得借鉴和推广         

河流作为城市中不可或缺的水体循环组成部分,常常被迫(我不是故意的图片承担着城市污水排放的吸纳角色。以往,由于城市排水体系建设尚不成熟,众多未经处理的污水直接涌入河流,引发了严重的水污染问题。为了扭转这一局面,沿河岸线构建的污水截流主干管道成为关键举措,它能够有效拦截这些污水,阻止其直接排入河流,进而守护河流的水质清洁,保障城市水生态系统的健康稳定。

随着我国城镇污水处理行业的蓬勃进步,污水处理设施的建设与运维已取得了长足发展。然而,此时沿河铺设的污水截流管道却面临诸多挑战,例如雨污分流不彻底,导致雨季期间大量雨水混入截流管道。此外,受城市规划局限或施工条件制约,部分地区的沿河截流管道布局不尽合理,影响了污水收集效率及管道维护的便利性。更为严重的是,一些早期建设的沿河截流管道因材料老化、磨损或遭遇自然灾害(如洪水、地震)等因素而受损,不仅可能引发污水外泄,污染河流生态系统,还可能发生河水倒灌,增加污水处理厂的运行负荷,削弱污水处理效能。因此,在当前追求污水处理提质增效的大背景下,加强对沿河截流管道水质水量的监测与管理,显得尤为迫切与重要。

1、监测概况  

某南方城市存在一条5km左右的沿河岸线敷设的截污箱涵,由于建设期较早,随着城市的不断发展,人口的不断增加,原箱涵因年代久远、老化及破损,已难以满足当前排水系统的需求。为此,相关部门在箱涵内部增设了一条新的截污干管用以缓解排水压力。但在日常箱涵管养维护过程中,工作人员发现该箱涵仍大范围在河道正常运行水位下被河水淹没,河水入侵等问题十分严峻。鉴于截污干管的改造与修复工程不仅难度巨大,而且成本高昂,因此,是否需要对箱涵采取工程措施,乃至是否需要对整条箱涵进行全面干预,成为了一个需要综合多方面因素进行审慎考量的问题。

毫无疑问的,在众多考量的因素中水质水量是起决定性作用的。然而,单纯依赖传统的技术手段,我们无法准确量化其对整个排水系统所带来的具体影响。而且,若要通过常规方法确定具体哪一段管道存在问题,往往需要逐段进行人工封堵排查,这一过程既耗时又费力,效率低下。解决这一难题,小编采用了在线流量仪固定监测+人工水质采样化验检测+手持式监测仪监测+QV潜望镜相结合的方式全方位、多角度地对问题进行深入排查。【小编:多种量化方法的有效组合使用,对于日趋复杂的排水管网问题排查可以起到很好的作用,通过多种方法的互补搭配,可以更为准确全面的反映现场的问题,从而支持量化分析和科学诊断。   

针对截污干管的调查,共布设在线监测点位6个,分别为截污干管的最上游监测排水户排水量的监测点1及截污干管上的监测点2、监测点3、监测点4、监测点5与监测点6,其余汇入截污干管的支管采用手持机临测的方式开展调查。

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图1 监测情况示意图

根据河道水位的变化情况,以监测点3为基准,将河水完全淹没箱涵定义为河道高水位(水面完全淹没监测点3),此时90%以上的检查井都被河水淹没;将河水基本与箱涵顶端齐平定义为河道中水位(水面距离监测点3约0.3m),此时约50%的检查井被河水淹没;将河水位于箱涵底部以下定义为河道低水位(水面距离测点3约1.5m),此时仅有不到10%的检查井被河水淹没。   

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图2 三种河道水位情况

2、三种河道水位下的数据分析  

2.1 河道处于高水位状态  

沿河截污干管沿程基本无支管接入,但各点位水量持续增加,水量不平衡。根据水质检测结果,发现截污干管沿线监测点位随着流量的不断增加,COD浓度均呈现持续下降的趋势。计算各监测点位间管段的入流入渗率,各管段间均发生了不同程度的外水入侵现象,由入流入渗计算表,在河道处于高水位时,各管段入流入渗均十分明显。

表1 高水位情况下各管段入流入渗计算表  
监测点位
监测点流量(m³/d)
监测点水质COD(mg/L)
入渗量(m³/d)
上游监测点位流量差(m³/d)
入渗率(%)
监测点1
1069
183
271
1069
25.32%
监测点2
3841
137
1531
2772
55.24%
监测点3
4726
129
588
885
66.39%
监测点4
5749
113
931
1023
91.03%
监测点5
8291
100
1956
2542
76.96%
监测点6
9015
96
623
724
86.07%

2.2 河道处于中水位状态   

沿河截污干管沿程基本无支管接入,与高水位情况相同,各点位水量持续增加但增加幅度较小,水量仍不平衡。

根据水质检测结果,截污干管自上游至下游,其沿程COD浓度与高水位一致仍保持持续下降的趋势,但下降幅度相比较小。

由入流入渗计算表,在河道6图78955处于中水位时,各管段仍存在有外水入流入渗的情况。

表 2 中水位情况下各管段入流入渗计算表
监测点位
监测点流量(m³/d)
监测点水质COD(mg/L)
入渗量(m³/d)
上游监测点位流量差(m³/d)
入渗率(%)
监测点1
1259
180
330
1259
26.25%
监测点2
2964
148
903
1705
52.96%
监测点3
3629
145
331
665
49.72%
监测点4
4919
137
740
1290
57.37%
监测点5
6062
136
568
1143
49.69%
监测点6       
7055
124
852
993
85.83%

2.3 河道处于低水位状态  

由于河道液位降低至截污干管以下,使得截污干管检查井基本裸露在外。
因此各固定监测点位间的检查井采用手持式流量仪开展水量核查,其结果如下:
表 2低水位情况下各监测点位流量情况表         
监测点位
监测点流量(m³/d)
监测点1
1365
监测点1-1
1660
监测点1-2(汇入截污干管的支管)
782
监测点2
2877
监测点2-1
3034
监测点2-2
3126
监测点3
3532
监测点3-1
3735
监测点3-2(汇入截污干管的支管)
34
监测点3-3
3849
监测点4
4041
监测点5
4102
监测点5-1(汇入截污干管的支管)
899
监测点5-2
5064
监测点6
5129

根据上表,在河道低水位情况下,各固定监测点流量相比于之前两种情况有明显降低,结合手持式流量仪的水量监测结果,发现其上下游流量差基本在5%以内,上下游水量保持平衡。   

3、三种河道水位情况下的比较  

3.1 高中低水位情况下的液位曲线对比  

通过比较5处截污干管固定监测点位的液位曲线,不难看出,随着河道水位由高到低,相应地,各点位的液位也在不同程度上随之减少。

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图 3 不同河道水位下的各监测点液位曲线对比图

3.2 高中低水位情况下的流量曲线对比  

通过比较5处截污干管固定监测点位的流量曲线,不难看出,随着河道水位由高到低,相应地,各点位的流量也在不同程度上随之减少。   

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图 4 不同河道水位下的各监测点流量曲线对比图

3.3 高中低水位情况下的流量及入流入渗情况对比

由下表可以清晰地发现,位于截污干管上的固定监测点位2-6的流量及外水入流入渗量随着河道水位的降低呈现出逐渐降低的趋势,而其COD检测值河道水位的降低呈现出逐渐升高的趋势,进一步说明河水对截污干管的入侵现象十分明显。

表3 不同水位情况下各监测点位流量、水质、入渗量对比情况表

监测点位

监测点流量(m³/d

监测点水质CODmg/L

入渗量(m³/d

河道高水位

河道中水位

河道低水位

河道高水位

河道中水位

河道高水位

河道中水位

监测点1

1069

1259

1365

183

180

271

330

监测点2

3841

2964

2877

137

148

1531

903

监测点3

4726

3629

3532

129

145

588

331

监测点4

5749

4919

4041

113

137

931

740

监测点5

8291

6062

4102

100

136

1956

568

监测点6

9015

7055

5129

96

124

623

852

   4、QV潜望镜排查情况

依据前述分析结果,可以清晰地获取整条截污箱涵的外水入侵情况及筛选出问题严重的区域,而后对该截污干管沿程检查井开展QV潜水镜检测寻找外水侵入位置,从检测结果看,截污干管的管道状态良好并未发现明显问题。

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图5 QV潜望镜观测管道现状

5、结论  

通过日常监测及运维发现,该截污干管的检查井仍为最初建设的混凝土检查井,存在池墙渗漏、检查井与管道连接处密封橡胶圈老化脱落、部分管段沉积、变形等问题。结合前述各节的量化数据进行多维度分析,判断该截污箱涵河水入侵的主要位置为在运行水位下位于河水水面以下的检查井。   

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图 6 截污干管检查井现状

在河道处于高水位时,与低水位相比,约多出4000m³/d左右的河水,约占当地污水处理厂处理水量的10%,对整个排水系统的冲击十分严重,大大增加了污水处理厂的负担,降低了污水处理效率。因此,解决该截污干管的河水入侵问题仅需对该截污干管的检查并采取相应的工程措施,即可对提质增效取得事半功倍的效果。   

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