河道与管网液位流量相关性诊断分析—智慧排水之乱弹（147）

卢顺
2025-03-17

小编按：如果河道的水位变化和沿河管网的水位变化规律不相关，我们就能判断管网不受河道的影响吗？答案是不确定的。本文结合一个具体案例，分析了在河道与管网水位规律不相关的前提下，却发现河道和部分管网节点的流量呈现明显的正相关关系，从而辅助定位管网问题并发现入侵的具体原因。该方法可为河道与管网的水量分析提供参考。

基于在线监测对河水入侵管网问题的诊断分析

在城市化进程中，污水收集与处理系统的效能直接关系到生态环境质量和城市的可持续发展。然而，管网老化、外水入侵等问题常导致污水处理设施进水浓度偏低，不仅增加运维成本，还可能引发溢流污染风险。本文所述项目聚焦于某中型城市某污水泵站上游服务片区，针对泵站进水浓度低、外水入侵严重的问题，创新性地结合河道液位与管网液位及流量数据进行相关性分析，揭示了河道与管网的存在的联动性规律，精准锁定外水入侵的问题管段。后续还通过工程排查证实了分析结论的可靠性和实用价值，为排水管网改造提供了科学定量的依据。
下文将详细阐述河道、管网相关性分析的方法，以期为类似城市排水系统问题提供可复用的技术路径与实践经验。

1.项目背景

本项目位于某中型城市某污水泵站上游服务片区，现阶段存在的主要问题为泵站进水浓度低，外水入侵情况较为严重。主要需求为对外水入侵问题进行量化诊断，分析泵站低浓度主要成因，定位主要问题管段。
项目范围内主要水系为自西向东的A沟，A沟北侧截污干管是污水泵站的主要水量来源。截污干管沿线与河道并行，易发生外水入渗的现象，可能是外水入侵的主要来源，应进行河道与管网的相关性分析。沿A沟主河道共计布设4个液位监测点，在截污干管沿线主要支管汇入点布设9个流量、液位监测点，形成短期临测的在线监测网络，监测布点位置及管网拓扑关系图如下所示。   
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图 1 监测布点拓扑关系图

2.河道液位与管网液位相关性分析  

河道、管网相关性分析的对象为河道监测点与其附近管网监测点，对上述监测点位选取同一时间段对比分析其黄海液面数据，对比图如下图所示，选取的监测期为10月11日~10月31日。从图中可以看出，河道的水位变化规律和各个管网监测节点的水位变化规律并没有明显的相关性。
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图 2 河道与管网黄海液位对比图
为了进一步验证相关性，对上述点位数据通过皮尔逊相关系数‌（Pearson r）进行河道、管网液位相关性检验，具体结果如下表所示，可以发现河道液位与管道液位相关性较低。
表1 河道、管网液位相关性统计表
河道监测点
管网监测点
相关系数（r）
显著性（p）
结论
HD-1
WS-1
0.15
＜0.01
无相关性
WS-4
-0.03
＜0.01
无相关性
WS-5
-0.03
＜0.01
无相关性
HD-3
WS-7
-0.11
＜0.01
无相关性
WS-17
-0.11
＜0.01
无相关性
HD-4
WS-8
-0.02
＜0.01
无相关性
HD-5
WS-9
-0.06
＜0.01
无相关性
WS-11
0.03
＜0.01
无相关性

3.河道液位与管网流量相关性分析  

为进一步分析河道液位与管网的关联性，对截污干管监测点流量与其附近河道液位也做了相关性分析，对比图如下图所示。可以发现截污干管上游监测点WS-11的日累计流量与附近河道监测点HD-5的液位的变化趋势非常一致，推测截污干管上游管段有河水入侵；而截污干管末端监测点WS-1的日累计流量与附近河道监测点HD-1的液位变化趋势的一致性不强，推测截污干管下游至污水泵站范围内应无明显河水倒灌或入侵现象。【小编：当前，河道与管网直接有大的连通管的现象大部分已经被治理，因此河道和管网的水位并不呈现明显的相关关系，但是部分局部节点的联通，则会导致河道水位和管道流量呈现明显的相关变化。通过不同点位之间的相关性分析，可以在沿河截污管道上定量诊断，发现问题管段，指导下一步的精细排查。】

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图 3 河道液位与管网流量对比图

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图 4 河道液位与管网流量相关性图

4.诊断结论  

通过对河道监测点的液位变化规律与其附近管网监测点的液位、流量规律进行关联性分析，诊断结论如下：
(1)河道液位与管道液位相关性不强，排除长期直接联通的可能性；
(2)截污干管上游管道监测点的流量与附近河道液位的变化趋势一致，推测沿线河道与.上游管道存在一定的复杂联通关系。

5.现场验证  

工作后续，通过监测诊断的问题清单对疑似联通区域进行了精细的排查工作，在截污干管上游管段成功排查出了外水入渗点，入渗点现场视频如下所示。验证结果表明，通过在线监测成功为后续施工改造指明了方向，为精细排查诊断提供了定量参考，大大减少了大范围排查的人工成本。
                                               


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