排水管网在线监测布点数量的确定.doc

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1、排水管网在线监测布点数量的确定摘要：排水管网在线监测对城市排水智慧化管理、系统优化调度、在线预警报警等工作的开展起到重要的支撑作用，需要在一定的经济成本约束下，制定合理有效的排水管网在线监测方案。其中，在线监测布点数量的确定是制定方案的基础工作，但目前主要依赖于人为主观判断，缺少定量化的方法。提出了排水管网分级监测的思路，根据整体、分区和源头三个层级的监测思路，量化不同层级下最优监测布点的数量及不同监测点数量设置下可实现的最优监测效能，可指导排水管网在线监测布点数量的确定。将该方法分别在城市雨水系统和污水系统监测点数量确定中进行应用，能够支持监测方案的量化评价、监测方式和指标的筛选等。排水管网

2、对于城市安全运行起着重要的保障作用，但由于排水管网工程本身的隐蔽性强、分布范围广，导致其运行状态不清、管理难度较大，对管网混接、入流入渗等问题的分析诊断困难。利用排水管网在线监测可以支持排水系统问题的定量诊断与分析，支持排水系统的智能化管理；而数据的可靠性、准确性及有用性则是排水管网分析诊断的基础。对所有排水管网节点进行在线监测布点，能够全面掌握排水管网的运行动态，但节点数量众多，监测成本过高；在经济成本的约束下，需要根据监测需求和目的，制定科学有效的监测布点方案，筛选最具代表性的节点，以尽可能少的监测点获取尽量全面的排水管网信息，形成兼顾代表性和经济性的可行监测方案。对于特定区域，排水管网在

3、线监测方案应涵盖监测指标、监测布点数量、监测位置以及监测时间等多项内容。其中，监测设备的数量在监测方案制定的初期是最为关键的指标，为区域问题的整体规划设计提供制定预算的依据，推进项目的执行。目前，排水管网在线监测布点数量的确定，主要依靠人为主观经验判断，尚没有统一的方法和标准，造成布点数量的不确定性，降低了项目资金使用的有效性。针对排水管网监测布点定量化确定的问题，基于排水管网特征、运行规律、监测需求，研究按照整体监测、分区监测和源头监测三个部分，提出分层级的排水管网监测思路，以水量监测为基础，建立监测点数量定量化的制定方法。01 排水管网监测基础对于目标区域排水管网，监测点数量的确定需要考虑

4、对排水关键要素的覆盖、监测指标的筛选以及区域开展监测的目的。排水管网是一种典型的网络系统，具有很强的上下游关联性，从排放源到分支管网、主干管网、泵站、污水厂及最终的受纳水体，形成完整的排水系统。以污水排放系统为例，在监测点位的设置上，共可分为6个部分，如图1所示。排放源。对污水系统而言，主要为片区内重点企业或典型小区，作为排水户，向市政管网系统排入生产及生活污水；在排口应进行水量和水质的实时监测，对偷排漏排起到监管作用。对雨水系统而言，则为低影响开发项目，排口的监测可直接支持项目达标性的分析。分支节点。对于污水系统，分支节点反映多个排水户的情况，可掌握一个小片区整体的排污情况。对于雨水系统，分

5、支节点的监测主要针对历史易涝点，可对城市内涝问题进行实时监测与动态预警。主干节点。无论污水系统还是雨水系统，主干节点都起着重要的连接作用，通过流量和典型水质指标的联合监测，可作为上游问题验证、下游合理调度的依据。调蓄设施。针对调蓄控制的流域，体现上下游、排水系统联合调度的关系。污水厂。污水系统的控制终端，通过进、出水的监测，对排水情况进行监测与预警，评估污水厂收水范围内的整体情况。排口。排水管网系统的末端，体现对城市水环境质量的影响。1.2 排水管网在线监测指标设置排水监测指标整体上可分为水量和水质两大方面，同时需对降雨进行监测，作为排水分析的背景信息与基础。雨量。利用在线雨量计，监测片区内的

6、降雨信息。流量。水量监测的主要指标，可以支持定量分析。液位。水量监测的辅助性指标，监测成本较低，可提供定性分析。水质。在线监测主要选择简单的单项指标，对水质进行整体掌握；其中雨水管网系统可选择悬浮物（SS）；污水管网系统可选择电导率；受纳水体可选择SS和溶解氧（DO）。1.3 排水管网在线监测目的不同区域排水管网系统面临的问题不同，因而排水管网在线监测的目的也有所差异，需要根据各自具体的监测目的，进行监测点位置和监测指标的选择。不同监测目的下监测点设置分析如表1所示。02 监测点量化确定的依据对排水管网监测布点数量进行定量化的制定，需要满足排水管网监测布点的要求，并根据不同要素的重要程度进行优

7、先级的排序，从而在一定经济成本约束下，确定最优的监测点数量。2.1 监测布点位置要求2.1.1 雨水系统排放口雨水排放口在旱季不应有水流排放，若旱季存在排水则应进行重点监测，支持区域的偷排漏排管理；在降雨期间对雨水径流排放进行监测，可对片区整体的径流水量及水质情况进行评估。可根据排口大小，选择具备监测条件的雨水排口进行在线监测：DN300以下，雨水径流量小（一般小于3.2m3/min），对水体影响有限，可不监测；DN300DN600中等排水口，对城市水体影响明显，需监测流量；DN600及以上是主排口，降雨期间排入水体的水量大，对城市水体影响显著，需进行流量及水质监测。2.1.2 合流制溢流口在

8、合流制体制下，混合污水的流量超过截污干管的输水能力时，部分污水会发生溢流直接进入受纳水体；部分排口在旱季甚至存在污水直排的现象，通过对合流制溢流排口的监测可评估区域整体溢流污染情况，对点源污染进行有效的监管。由于在降雨强度较大时，混合污水流量超过截流干管输水能力，合流制排口存在污水排入水体的可能，所有排口均有监测的需求。所有排放口均优先保障流量监测，对于重点排口（DN600及以上），若发生污水直排对城市水环境影响显著，有条件时应进一步补充水质监测。2.1.3 雨水管网选择下游主干管节点进行流量监测，可支持对应分区的径流总量控制率评估；历史积水点及易涝点进行液位监测，对城市内涝进行预警并评估水安

9、全情况。2.1.4 合流制及污水管网在管道主干节点进行流量监测，可支持水量平衡、管网运行规律的识别；对入流入渗、雨污混接等管网问题进行诊断分析。选择带压运行压力较高的节点进行液位监测，为运行评估及风险预警提供在线动态依据；在泵站、调蓄池、污水厂等主要设施的进出水口进行流量监测，为排水系统的整体运行调度提供依据。2.2 节点布置优先原则无论是源头、管网还是排口，作为排水系统的组成部分，都有监测的需求；污水和雨水也都应同步开展监测，但在经济成本有限、监测点数量设置不够的情况下，无法完全满足监测点布置的需求，考虑不同监测点的重要性，应对重要节点优先进行监测。排口管网源头排口作为排水管网系统的终端，对

10、城市水环境有显著影响，应优先监测；管网节点是排水系统的过程部分，起着承上启下的联通作用；源头是排水系统的源头端，个别排水户/项目对整体排水系统的影响相对有限。污水雨水目前大多数城市的分流制排水体系，从排放时间角度，污水持续存在而雨水径流仅在降雨期间产生；从城市监管角度，污水的排放更需要进行合理有效的组织与管理。03 排水管网分级监测方法为支持排水管网监测布点数量的量化确定，在监测方案制定过程中采用分级监测的技术体系，逐级完善排水管网在线监测。3.1 整体技术体系分级监测技术体系以区域监测目的为基础，包括整体监测、分区监测和源头监测3个层级，不同层级所涵盖的监测要素不同，能实现的监测目的也有所差

11、异，如表2所示。 整体监测整体监测主要是对区域整体情况的掌握，覆盖程度相对有限，仅针对管网的主要节点，管网布点密度较低。整体监测针对的是区域最重要的节点，能够掌握区域排水的基本负荷情况，支持基础性管理工作的开展，建议进行长期固定监测。 分区监测结合区域汇水关系和管网存在的问题，对区域进行划分，基于网格化的思维模式，将各分区作为监测单元，对排水系统进行合理的分解。在分区监测层级下，可对各分区的排水问题进行诊断分析，形成相对精细化的管理模式，可支持大部分排水管网问题的管理，但由于未涉及排水源头部分的监测，无法进行污染溯源，不能对排水户进行追责，不能评价雨水管控项目的效果。 源头监测污水系统主要针对

12、企业、居民小区等排水户，雨水系统则主要针对各类低影响开发项目。源头监测在分区监测层级上进一步细化，可支持溯源分析并进行追责，可辅助排水管理，落实排水许可制度的动态监管，将在线监测数据进行集成，对污染排放源进行预警预报，实时更新状态。对低影响开发改造项目，则可支持项目达标分析，根据评估结果可对存在的问题进行持续改进与优化。3.2 分级监测定量评分曲线为支持监测点数量的定量化确定，需要对监测效能进行量化评分，确定不同监测点数量设置下所能实现的最佳监测效能，并通过分数进行刻画，从而形成分级监测定量评分曲线。3.2.1 最佳监测效能的确定同样数量的在线监测点位设置，布置于不同的监测点位置、监测不同的监

13、测要素，所能实现的监测效能则有所差异。对于尚未开展监测的区域而言，优先在排口布置在线监测点，能够掌握区域内对应汇水范围的整体情况，但仅布置在单独源头排水户的排口，所能获取的信息则大幅减少，对应的监测效能降低。在一定数量的点位设置下，应按照节点布置的优先原则进行监测位置的筛选，将有限的监测设备布置在重要的监测要素上，获取关键信息。3.2.2 各层级最优监测数量设定以项目区域的面积、管网长度、排口数量等信息为基础，依据监测目标，对不同层级下最优方案监测点的数量进行设定。将整体监测最优数量对应的评分设为100分，分区监测和源头监测在整体监测的基础上，能够更进一步了解排水系统情况，支持排水系统的诊断分

14、析和智慧化管理，对应的分值逐级增加，将分区监测最优数量得分设为200分，源头监测最优数量得分设为300分；不同层级对应的监测目的不同，对各要素监测覆盖的比例要求也就有所差异，以水量监测布置的最优数量为例，需依据区域内各要素节点数量进行确定，如表3所示。根据目前对城市排水系统的要求，污水不能直接排入受纳水体，许多城市对污水直排口进行了封堵和改造，但仍留有合流制溢流口，属于重点监测要素，在整体监测层级下，应尽可能进行监测覆盖；区域内雨水排口数量远多于排污口，尤其是河流水系密布的区域，大小排口沿河分布，在整体监测和分区监测层级下仅需要覆盖主要排口，达到源头监测层级后，才需对所有具有监测需求的雨水排口

15、进行覆盖。在管网节点监测布置部分，整体监测层级最优数量仅覆盖管网系统核心的节点；以整体监测为基础，考虑区域排水分区的划分情况，识别排水管网的关键节点，在主干节点的基础上覆盖分支节点，虽然分区监测层级下，最优监测点数量增加有限，但可支持大部分排水管网问题的诊断与分析；在源头监测层级下，由于污水系统的排水户以及雨水系统的地块类项目数量巨大，最优监测数量大幅增加。在各层级内，由监测点数量设置的覆盖比例确定基础得分，并根据布点的要求、优先原则、监测点覆盖的重要程度，进行分数的调整，对应分值均为该监测点数量下所能实现的最佳监测效能。分级监测体系下在线监测点数量定量评分曲线如图2所示。04 监测点数量量化

16、确定的应用基于分级监测体系，利用定量化评分曲线，对于特定区域，可根据基本的排水管网资料和监测需求，对监测点数量进行初步的量化确定，并根据经济约束条件，确定监测方式，形成区域初步的监测布点方案，并能够指导监测方案的优化与调整。4.1 雨水系统监测以某海绵试点区的监测为例，根据海绵城市考核评估的需求，按照降雨径流的汇集过程，从源头到过程到末端，建立全过程系统性的监测体系，全面掌握海绵试点区的雨水径流排放情况，能够支持多个排水分区的精细化管理及问题诊断，对源头低影响开发项目进行达标评价与分析并督促优化整改。该海绵试点城市位于我国东部地区，对海绵试点区的雨水管网系统进行基本资料的收集：试点区域面积共计25.24 km