4.李萌-智慧排水管網分區監測量化診斷的技術方法與實踐.pdf

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1、智慧排水管網分區監測量化診斷的技術方法與實踐浙江清環智慧科技有限公司北京清環智慧水務科技有限公司 李萌 技術咨詢負責人給水排水高級工程師/項目管理師 內容提要1.為什么做管網分區量化診斷？現狀問題分析、政策文件背景、監測診斷挑戰2.怎么做管網分區量化診斷？任務難點、整體思路、數據保障3.管網分區量化診斷的效果如何？整體-分區-源頭診斷案例1.1排水設施問題頻發，需要管網診斷醫生水生態破壞灰綠耦合系統尚未建立河網與管網邊界不清，相互侵占海綿城市建設成效需量化評估水環境污染眾多排口監管難度大管網入流入滲狀況不清初期雨水污染、合流制溢流污染突出水安全嚴峻城市排水設施能力需量化評價缺乏分布式的內澇監測

2、預警手段易澇點系統整治的科學性有待提高城 市 病在排水管網的規劃、設計、運行、改造、評價的多個環節中，準確數據與科學診斷是剛性需求1.1現階段污水治理的關鍵核心在于管網來源：徐敏等關于城鎮污水處理廠相關問題的探討盡管。但是。高污水集中處理率難掩低進水濃度 該收的沒收進來，直排河道 不該收的收進來，降低效能 該處理的沒處理，污染轉移雨水控制水環境污水廠1.2國家政策對管網整治要求的不斷提升和深化水污染防治行動計劃2015年9月2015年4月2018年9月2019年4月2020年7月2021年11月2022年3月城鎮污水處理提質增效三年行動方案（2019-2021年）深入打好城市黑臭水體治理攻堅戰

3、實施方案城市黑臭水體治理攻堅占實施方案城市黑臭水體整治工作指南關于打好污染防治攻堅戰的意見2022年2月關于開展汛期污染強度分析推動解決突出水環境問題的通知2022年5月 2015.4 拉開水環境綜合治理行動的序幕。2015.9 分區、分期治理，治理與管理兼顧，截污優先，污染源治理和生態修復相結合。2019.4 全面排查污水管網等設施功能狀況、錯接混接等基本情況及用戶接入情況。2022.5 綜合治理、系統治理、源頭治理（一是建成區內污水管網空白區，存在破損、混錯接.）。先治標后治本城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案“十四五”城市黑臭水體整治環境保護行動方案1.3排水管網整治工作，需要“看

4、得見”排水管網運行風險怎么樣？運營管理的“眼睛”需要多點位、分布式、可靠穩定的動態監測，在線及時提醒風險等級排水管道里到底有多少水？量化診斷的“眼睛”需要代表性強、一致性高、準確可用的流量監測，定量診斷分區問題新建或改建管網績效如何？效果評價的“眼睛”投資幾千萬、幾個億建設的管網，是否達到最初的水量水質控制效果投入資產價值1%的費用安裝監測儀表，讓隱蔽系統可定量感知、可主動預警1.3排水管網在線監測的核心問題表征準確性有待提高現有監測設備低液位、低流速檢出能力不足。多數現有監測設備無法監測逆流、淺流。多臺設備監測數據的一致性有待提高?？煽啃噪y以保證現有流速監測設備普遍采用點流速法，代表性不足，

5、偶然性強，可信度低?，F有設備對于測量噪音、復雜環境干擾識別不足?，F有設備信號采集處理能力較弱，測量信息量較小，可靠性不強。穩定性急需改善現有監測設備故障率高，難以實現以年為單位的持續穩定運行?，F有污水管道監測數據容易出現跳變或斷點，數據穩定性不足?，F有監測設備運行功耗較高，持續運行成本高。內容提要1.為什么做管網分區量化診斷？現狀問題分析、政策文件背景、監測診斷挑戰2.怎么做管網分區量化診斷？任務難點、整體思路、數據保障3.管網分區量化診斷的效果如何？整體-分區-源頭診斷案例2.1任務難點：管網資產龐大，現狀底數不清我國：661個城市、80.27萬公里管網、571.4億立方米污水排放量、261

6、8座污水處理廠02040608010020062008201020122014201620182020排水管道長度（萬公里）5001000150020002500300020062008201020122014201620182020污水處理廠座數（座）80.27來源：2020年城鄉建設統計年簽2618增加到3.1倍增加到3.2倍 長期“重地上、輕地下”，管齡長、管養差等，不健康管網占比偏高 管網總量高，仍有空白區欠賬，且存在混接問題，污水收集率偏低 管網檔案資料老舊，信息化程度低，無法及時更新并實現共享 管網排查能力不足，缺乏有效的工具及手段，未摸清現狀缺陷病灶資產底數不清，質量不高，管理不

7、足；缺少準確反映現狀設施的一張圖污水年處理量VS進廠BOD濃度2.1任務難點：管網深埋地下，運行狀態不清亟需給我國各個城市的排水管網系統裝上“眼睛”看得見 看得清 看的全超過 400 臺流量計，在1990年已是世界上最大的流量監測網絡 14天完成 156 臺流量計的安裝通過監測診斷節約了非必要的工程開支至少500萬美元發達國家對排水管網進行在線監測診斷是常態工作，國內發展嚴重滯后悉 尼加州圣地亞哥加州圣巴巴拉市缺少定量化的長期數據，管網運行狀態無法有效評估 預警報警不足，管理模式落后被動，事故往往事后處置 沒有長期可靠的連續監測數據，無法全面進行定量診斷分析 不能進行旱、雨天管網運行風險、溢流

8、、效能低的成因分析 缺少進行系統優化調度的反饋跟蹤動態數據2.1任務難點：區域大問題散，調查研究不精重調查、輕研究；重操作、輕分析 歷史資料與研究成果收集難，成果解讀的專業性不高 沒有經過現場細致核對，與管養單位溝通不足 調研手段簡單低效，沒有充分利用有利工具開展工作 缺少對成因、關鍵問題、實施路徑等內容的研究2.1任務難點：管網特征復雜，評估診斷不易缺乏系統化的管網診斷方法：缺乏對規劃、設計、運行、改造全過程的準確支撐 不能科學回答運行現狀不清、問題成因不明、風險管控手段 多尺度的復雜問題并發，沒有進行有效的分析診斷問題尺度城市/片區級：地塊級：管線級：問題表現污水廠低效運行；管網運行狀況不

9、清；廠站調控管理；規劃設計缺乏可靠的現狀評估；小區雨污混接改造；泵站進水存在異常水量；檢查井污水冒溢；重點排水戶監控；排口污水直排；支持管網長期運維診斷方法的要求：適應多尺度問題解析；結果可靠性高；管理直觀便捷除此以外，還面臨不同氣象條件、不同地理環境、不同用水需求、不同排水體制、不同建設年代、不同管養水平等等多種尺度的影響。2.2整體思路：明確排水管網診斷的具體需求動態感知評估管網運行狀況 排水管網運行的動態變化、風險、整體情況 排水管網長期運行規律的持續監測與解讀 排水管網持續數據分析及規律統計高效識別診斷排水系統問題 污水直排 入污混接 河水倒灌 入流入滲 排水戶錯排 持久運行的監測及時

10、在線的報警排水管網在線監測2.2整體思路：定量診斷支持從規劃到運維全過程規劃階段設計階段建設評估階段運維管理階段排水系統健康狀況整體評價，明確主要問題和方向診斷需求診斷思路監測布點數據應用管網問題清單及其水量水質定量影響，按嚴重程度排序修復改造類工程的效果評價，問題是否解決分區監控管理，問題即查即排分區診斷，水量水質評估溯源排查，在線監測結合現場檢測基于工程目的開展針對性診斷分區核心指標監控，預報預警分區節點監測精細化溯源監測工程區段監測分區節點監測排水規律運行風險水量平衡入流入滲沉積降解雨污混接質量評估目標可達2.2整體思路：分區定量診斷的分析思路“收污水”“擠外水”“治雨水”問題點優先排查

11、區域范圍廣、結構復雜的管網分區監測排查、縮小排查范圍、工程效果評估分區全面普查水質水量分區監測視范圍大小開展多級分區，縮小范圍精細的靶向診斷水量水質加密監測+現場臨測摸排+CCTV/QV源頭監測排查問題點：錯節點、破損點、滲入點綜合應用經濟有效定量驗證2.2整體思路：分區診斷的技術路線和十二步驟一、基于數據的現狀評估二、分區問題診斷識別三、綜合手段專業評估手持機調查1.1.重視現場數據調查重視現場數據調查：地圖分享與數據導入+手持機調查2.2.快速分析現狀情況快速分析現狀情況：分區與布點依據、初步判斷問題目標3.3.管網拓撲簡圖繪制管網拓撲簡圖繪制：便于布點及分析1.1.細查水量平衡細查水量平

12、衡：關注上下水量缺口2.2.源頭分類診斷源頭分類診斷：水量水質影響不同3.3.問題節點補測問題節點補測：手持機覆蓋空白區、核實結論疑點1.1.策略定量評估對比：策略定量評估對比：多情景分析+整治方案評價2.2.QVQV補充檢測與證明補充檢測與證明：核實問題點、提供直觀結論3.3.改造后效果評估改造后效果評估：量化達標情況模型診斷分析QV管道檢測識別水量平衡缺口核查快速水量水質采集問題疑點補測改造后效果評估拓撲簡圖繪制2.3數據保障：工況復雜多變，需要可靠設備 現場工作環境惡劣，設備防護等級要求高 工況復雜多變，準確測量難度大、干擾多 多點散布，安裝運維成本較高 監測點可能會發生變化和遷移偏心高

13、水位表層淤泥板結，下層流動跌落垃圾阻斷過水斷面井室存在大坡度 防潮、防水、防爆、防腐，經久耐用 優良傳感器件、專業適用算法、實際工況修正 高穩定性、低故障率、長時間持續工作 可移動性，便捷安裝，不斷流、不破路需要專業化、高質量、高品質的監測產品2.3數據保障：液位儀的穩定、持續、準確、及時1.覆蓋液位監測全場景：地面積水、雨水篦、雨水井、污水井、排水口、集水池、河道均適配2.針對復雜工況調算法：高頻次多次快速測量（數據穩定）、相位分析及補償（提高精度）、受限空間信號干擾識別（防止數據跳變）、多種傳感器匹配及自動融合（工況適應、避免盲區）3.穩定可靠長壽命：狀態自診斷及運行策略動態調整（低功耗）

14、、獨特結構設計及耐用材料（整機5年以上壽命）、多重保護及高質量保障（低維護成本，1年1-2次）TWE微型液位儀預警水位、小尺寸、高密度TWP全工況液位儀探頭可選、持續穩定連續監測THC全量程超聲液位儀無盲區、一體化、非接觸式THC薄壁雷達液位儀貼壁安裝、管道維護無需拆卸2.3數據保障：流量儀的代表性、準確性、一致性1.平均流速可靠測量：避免單點測速局限性，利用自研斷面掃描技術，基于大數據量和高速信號采集處理電路，充分反映斷面流速分布規律，保證實測流速為監測斷面的平均流速，提高數據代表性。2.小尺寸、流線型，減少介入干擾：設計高度約2cm、流線型、復合傳感器，實現液位、流速、水溫的同步監測，滿足

15、低水位、淺流工況下的安裝要求，降低附著或懸掛垃圾的可能性。3.高靈敏度、高可靠性保障：自研低流速增益與分辨率優化、噪聲頻譜估計及復雜環境抗干擾等關鍵技術，提升探頭信噪比，提高低流速檢測分辨率，增強污染環境下探測能力，選用防腐耐用材料提高耐用性。TWQ多普勒流量儀斷面掃描、極小探頭、高靈敏度TWQ雷達流量儀非接觸、趨勢監測、滿管多普勒TWH便攜式流量儀實時采集、瞬時監測及現場校核2.3數據保障：水質儀的適配探頭和監測采樣模式1.耐污防漂移自研探頭：充分考慮復雜水力條件及垃圾影響，針對性進行水質探頭的結構設計、光路改進、特征信號提取、算法優化等工作，抗污能力強，測量干擾小，防止數據漂移，減少異常數

16、據。2.原位監測和分流監測相結合：基于水質監測代表性、可靠性和實時性要求，選擇低功耗、耐用性指標開展快速原位監測，支持水質變化規律監測和突變識別；通過定時分流監測獲得更準確可靠的監測數據。3.在線監測和采樣化驗相結合：綜合考慮性價比及數據時效性，建立“指示性指標原位監測+光學指標分流監測+水樣自動采集+試驗室人工化驗”的組合策略，提高水質監測采樣工作的成效。TWT原位水質儀自研電導率、pH、SS、COD多種探頭適應排水復雜工況，持續穩定TWM分流水質儀“原位監測+分流監測+留樣取證”集成緊湊、井內安裝TWS原位采樣儀定時定量采樣、聯動等比例采樣投入式快速部署、靈活采樣策略2.3數據保障：THW

17、ater其他設備多功能在線監測一體機擴展性強，選配多種水量、水質、氣象傳感器及攝像頭地下水多指標水質監測儀地下水測井多種水質和水位同步長期持續在線監測與超限報警?？伸`活選擇懸浮物、電導率、溶解氧、氧化還原電位、pH值、COD UV254、氨氮等多種水質監測指標。智慧氣象監測儀防滯留涂層，可擴展多項氣象參數。采集分鐘級降雨過程數據，支持排水風險預警預報和降雨事件回溯分析。2.3數據保障：數據質量的全過程控制底層研發原理可靠性傳感采集及處理電路數據代表性保障策略多種復雜工況算法調優生產檢驗儀表品質原材料甄別和入廠品控多種功能驗證與測試儀表準確度檢驗校準現場安裝安裝匹配度安裝經驗和工況適應性安裝規范

18、化作業標準安裝相關軟硬件工具運行維護運行連續性異常數據驅動現場維護儀表故障診斷及處置定期巡查與清淤校準應用反饋數據應用價值自動統計數據采集情況數據質量滿足分析需要監測數據應用價值評估5個技術環節均做到位，才可能獲得高質量、有價值的在線監測數據。內容提要1.為什么做管網分區量化診斷？現狀問題分析、政策文件背景、監測診斷挑戰2.怎么做管網分區量化診斷？任務難點、整體思路、數據保障3.管網分區量化診斷的效果如何？整體-分區-源頭診斷案例3.1應用案例1：整體監測支持現狀評估晴天雨天 晴天高負荷管道：占比16.3%，管道總長23.08 km說明管道排水不暢，反映管道中的功能性缺陷 雨天高負荷管道：占比

19、69.5%，管道總長98.39 km，反映以雨水入污為主的管道結構性缺陷3.1應用案例2：整體監測支持水量平衡分析數據篩選：連續非降雨日數據：4.5-4.9輔助手段：空白區流量補測排查數據篩選：發現同一根管道的下游流量較上游漏失 0.6萬方/日，經現場沿線查找后發現一污水直排口。23分流制區域分流制區域PP422211718WWTP201916WWTP主干管路分布主干管路分布JHJH-1 1JHJH-2 2JHJH-3 3JHJH-4 4JHJH-5 542120P3224243394440溝渠河道溝渠河道PWWTP污水處理廠污水處理廠泵站泵站雨水管線雨水管線污水管線污水管線合流管線合流管線1

20、第一批監測點第一批監測點日均流量日均流量(m m3 3/d d)309451第二批監測點第二批監測點1第三批監測點第三批監測點45和平泵站和平泵站天星堤泵站天星堤泵站3836417893335941953120169371404346710841030016811380013921011768261724421729450183625418355*虛線引出的數據為手持流量計在3月17日測量的瞬時流量，單位為 m/d221WWTP丹桂路丹桂路北二環北二環九九華華大大道道現場普查無檢查井現場普查無檢查井3檢查井破損檢查井破損天星堤泵站天星堤泵站P2017294431693726172441404通

21、過排查“丟失”的流量，找到污水直排口位置3.1應用案例3：分區監測鎖定管網問題嚴重片區 通過在線監測數據和人工檢測數據統計分析，共發現3636個監測點位個監測點位，涉及1717個路段個路段，存在入滲率大于大于15%15%的問題，這些路段多位于區域人口密集處及河流沿線。針對17個路段開展的CCTV檢測工作，共共37.9km37.9km，優先進行CCTV檢測，共發現管道缺陷管道缺陷399399處處。其中，管節錯口為已檢測管道的主要病害，占比45.6%；其次為殘墻、壩根等引起的管道內壁滲漏病害，占比11.3%。3.1應用案例4：分區監測評估重點RDII問題片區3月2日3月8日數據要求：旱天+連續降雨

22、流量數據，雨量監測數據發現3塊雨水入污問題嚴重的管網混接區域，管網區域面積共 7.78 km2，中雨（25mm）條件下造成 12.89萬m雨水進入污水管網中，說明70%的雨水入污來自僅20%的管網里監測點編號服務面積(km2)中雨的雨水入污量/萬方164.140.92 172.173.29 181.70.06 362.680.09 381.10.49 390.230.04 44.835.47 192.260.20 210.784.13 401.080.28 410.660.57 441.491.15 206.491.50 20.10.03 32.410.12 223.360.33 3.1應用案

23、例5：分區監測分析非管道因素的外水入侵找重點找重點山水、施工降水、地下水等清水占比高山水、施工降水、地下水等清水占比高清水入流清水入流/入滲率入滲率=本分區清水量本分區清水量/本分區理論污水量。本分區理論污水量。2626個污水分區：清水入流嚴重并進行分級，個污水分區：清水入流嚴重并進行分級，7 7個污水分區問題嚴重；個污水分區問題嚴重；7 7個旱天清水入滲重度分區具體情況個旱天清水入滲重度分區具體情況3.1應用案例6：分區監測支持“診斷-修復-評估”閉環日均流量 10200 m3入滲量 2570 m3入滲率 25.2%日均流量減少 13%入滲量減少 1320 m3入滲率降低至 14.8%市政管

24、道入滲點排查封堵倒虹管專項滲漏檢測市政管道淤積管段清理識別重點問題片區開展現場維護清理工作檢測修復問題點3.1應用案例7：源頭監測支持污染溯源進小區 雨水排口排放污水形成水體黑臭，徹底根治需要逐級溯源至小區 在雨水接駁井進行流量臨測，定量診斷小區是否排放混接污水，根據排污規律判斷來源 案例：排口監測-雨水管節點監測 小區監測，層層溯源旱季污水來源雨水排口晴天有污水排河黑臭污染溯源監測 排口-雨水管網關鍵節點-小區雨水接駁井雨水管日流量呈現生活用水規律性，深入小區排查混接點通過微信公眾號不斷思考細分技術的進步掃一掃關注結合實際案例總結排水監測應用的典型案例軟硬一體 智能報警 便捷安裝 云端在線北 京 清 環 智 慧 水 務 科 技 有 限 公 司BeijingBeijing TsingHuanTsingHuan SmartSmart WaterWater TechTech CoCo LtdLtdT H W a t e r 智 慧 排 水 在 線 監 測 設 備 及 解 決 方 案辦公地址：北京市海淀區硅谷亮城8號樓6層西區工廠地址：寧波市鄞州區姜山鎮雁湖路721號辦公電話：010-86463977 Email：網站：http:/掃一掃關注