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4.李萌-智慧排水管网分区监测量化诊断的技术方法与实践.pdf

编号：161098

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1、智慧排水管网分区监测量化诊断的技术方法与实践浙江清环智慧科技有限公司北京清环智慧水务科技有限公司李萌技术咨询负责人给水排水高级工程师/项目管理师内容提要1.为什么做管网分区量化诊断？现状问题分析、政策文件背景、监测诊断挑战2.怎么做管网分区量化诊断？任务难点、整体思路、数据保障3.管网分区量化诊断的效果如何？整体-分区-源头诊断案例1.1排水设施问题频发，需要管网诊断医生水生态破坏灰绿耦合系统尚未建立河网与管网边界不清，相互侵占海绵城市建设成效需量化评估水环境污染众多排口监管难度大管网入流入渗状况不清初期雨水污染、合流制溢流污染突出水安全严峻城市排水设施能力需量化评价缺乏分布式的内涝监测

2、预警手段易涝点系统整治的科学性有待提高城市病在排水管网的规划、设计、运行、改造、评价的多个环节中，准确数据与科学诊断是刚性需求1.1现阶段污水治理的关键核心在于管网来源：徐敏等关于城镇污水处理厂相关问题的探讨尽管。但是。高污水集中处理率难掩低进水浓度该收的没收进来，直排河道不该收的收进来，降低效能该处理的没处理，污染转移雨水控制水环境污水厂1.2国家政策对管网整治要求的不断提升和深化水污染防治行动计划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月城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2021年）深入打好城市黑臭水体治理攻坚战

3、实施方案城市黑臭水体治理攻坚占实施方案城市黑臭水体整治工作指南关于打好污染防治攻坚战的意见2022年2月关于开展汛期污染强度分析推动解决突出水环境问题的通知2022年5月 2015.4 拉开水环境综合治理行动的序幕。2015.9 分区、分期治理，治理与管理兼顾，截污优先，污染源治理和生态修复相结合。2019.4 全面排查污水管网等设施功能状况、错接混接等基本情况及用户接入情况。2022.5 综合治理、系统治理、源头治理（一是建成区内污水管网空白区，存在破损、混错接.）。先治标后治本城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案“十四五”城市黑臭水体整治环境保护行动方案1.3排水管网整治工作，需要“看

4、得见”排水管网运行风险怎么样？运营管理的“眼睛”需要多点位、分布式、可靠稳定的动态监测，在线及时提醒风险等级排水管道里到底有多少水？量化诊断的“眼睛”需要代表性强、一致性高、准确可用的流量监测，定量诊断分区问题新建或改建管网绩效如何？效果评价的“眼睛”投资几千万、几个亿建设的管网，是否达到最初的水量水质控制效果投入资产价值1%的费用安装监测仪表，让隐蔽系统可定量感知、可主动预警1.3排水管网在线监测的核心问题表征准确性有待提高现有监测设备低液位、低流速检出能力不足。多数现有监测设备无法监测逆流、浅流。多台设备监测数据的一致性有待提高。可靠性难以保证现有流速监测设备普遍采用点流速法，代表性不足，

5、偶然性强，可信度低。现有设备对于测量噪音、复杂环境干扰识别不足。现有设备信号采集处理能力较弱，测量信息量较小，可靠性不强。稳定性急需改善现有监测设备故障率高，难以实现以年为单位的持续稳定运行。现有污水管道监测数据容易出现跳变或断点，数据稳定性不足。现有监测设备运行功耗较高，持续运行成本高。内容提要1.为什么做管网分区量化诊断？现状问题分析、政策文件背景、监测诊断挑战2.怎么做管网分区量化诊断？任务难点、整体思路、数据保障3.管网分区量化诊断的效果如何？整体-分区-源头诊断案例2.1任务难点：管网资产庞大，现状底数不清我国：661个城市、80.27万公里管网、571.4亿立方米污水排放量、261

6、8座污水处理厂0204060802001620182020排水管道长度（万公里）500025003000200620082001620182020污水处理厂座数（座）80.27来源：2020年城乡建设统计年签2618增加到3.1倍增加到3.2倍长期“重地上、轻地下”，管龄长、管养差等，不健康管网占比偏高管网总量高，仍有空白区欠账，且存在混接问题，污水收集率偏低管网档案资料老旧，信息化程度低，无法及时更新并实现共享管网排查能力不足，缺乏有效的工具及手段，未摸清现状缺陷病灶资产底数不清，质量不高，管理不

7、足；缺少准确反映现状设施的一张图污水年处理量VS进厂BOD浓度2.1任务难点：管网深埋地下，运行状态不清亟需给我国各个城市的排水管网系统装上“眼睛”看得见看得清看的全超过 400 台流量计，在1990年已是世界上最大的流量监测网络 14天完成 156 台流量计的安装通过监测诊断节约了非必要的工程开支至少500万美元发达国家对排水管网进行在线监测诊断是常态工作，国内发展严重滞后悉尼加州圣地亚哥加州圣巴巴拉市缺少定量化的长期数据，管网运行状态无法有效评估预警报警不足，管理模式落后被动，事故往往事后处置没有长期可靠的连续监测数据，无法全面进行定量诊断分析不能进行旱、雨天管网运行风险、溢流

8、、效能低的成因分析缺少进行系统优化调度的反馈跟踪动态数据2.1任务难点：区域大问题散，调查研究不精重调查、轻研究；重操作、轻分析历史资料与研究成果收集难，成果解读的专业性不高没有经过现场细致核对，与管养单位沟通不足调研手段简单低效，没有充分利用有利工具开展工作缺少对成因、关键问题、实施路径等内容的研究2.1任务难点：管网特征复杂，评估诊断不易缺乏系统化的管网诊断方法：缺乏对规划、设计、运行、改造全过程的准确支撑不能科学回答运行现状不清、问题成因不明、风险管控手段多尺度的复杂问题并发，没有进行有效的分析诊断问题尺度城市/片区级：地块级：管线级：问题表现污水厂低效运行；管网运行状况不

9、清；厂站调控管理；规划设计缺乏可靠的现状评估；小区雨污混接改造；泵站进水存在异常水量；检查井污水冒溢；重点排水户监控；排口污水直排；支持管网长期运维诊断方法的要求：适应多尺度问题解析；结果可靠性高；管理直观便捷除此以外，还面临不同气象条件、不同地理环境、不同用水需求、不同排水体制、不同建设年代、不同管养水平等等多种尺度的影响。2.2整体思路：明确排水管网诊断的具体需求动态感知评估管网运行状况排水管网运行的动态变化、风险、整体情况排水管网长期运行规律的持续监测与解读排水管网持续数据分析及规律统计高效识别诊断排水系统问题污水直排入污混接河水倒灌入流入渗排水户错排持久运行的监测及时

10、在线的报警排水管网在线监测2.2整体思路：定量诊断支持从规划到运维全过程规划阶段设计阶段建设评估阶段运维管理阶段排水系统健康状况整体评价，明确主要问题和方向诊断需求诊断思路监测布点数据应用管网问题清单及其水量水质定量影响，按严重程度排序修复改造类工程的效果评价，问题是否解决分区监控管理，问题即查即排分区诊断，水量水质评估溯源排查，在线监测结合现场检测基于工程目的开展针对性诊断分区核心指标监控，预报预警分区节点监测精细化溯源监测工程区段监测分区节点监测排水规律运行风险水量平衡入流入渗沉积降解雨污混接质量评估目标可达2.2整体思路：分区定量诊断的分析思路“收污水”“挤外水”“治雨水”问题点优先排查

11、区域范围广、结构复杂的管网分区监测排查、缩小排查范围、工程效果评估分区全面普查水质水量分区监测视范围大小开展多级分区，缩小范围精细的靶向诊断水量水质加密监测+现场临测摸排+CCTV/QV源头监测排查问题点：错节点、破损点、渗入点综合应用经济有效定量验证2.2整体思路：分区诊断的技术路线和十二步骤一、基于数据的现状评估二、分区问题诊断识别三、综合手段专业评估手持机调查1.1.重视现场数据调查重视现场数据调查：地图分享与数据导入+手持机调查2.2.快速分析现状情况快速分析现状情况：分区与布点依据、初步判断问题目标3.3.管网拓扑简图绘制管网拓扑简图绘制：便于布点及分析1.1.细查水量平衡细查水量平

12、衡：关注上下水量缺口2.2.源头分类诊断源头分类诊断：水量水质影响不同3.3.问题节点补测问题节点补测：手持机覆盖空白区、核实结论疑点1.1.策略定量评估对比：策略定量评估对比：多情景分析+整治方案评价2.2.QVQV补充检测与证明补充检测与证明：核实问题点、提供直观结论3.3.改造后效果评估改造后效果评估：量化达标情况模型诊断分析QV管道检测识别水量平衡缺口核查快速水量水质采集问题疑点补测改造后效果评估拓扑简图绘制2.3数据保障：工况复杂多变，需要可靠设备现场工作环境恶劣，设备防护等级要求高工况复杂多变，准确测量难度大、干扰多多点散布，安装运维成本较高监测点可能会发生变化和迁移偏心高

13、水位表层淤泥板结，下层流动跌落垃圾阻断过水断面井室存在大坡度防潮、防水、防爆、防腐，经久耐用优良传感器件、专业适用算法、实际工况修正高稳定性、低故障率、长时间持续工作可移动性，便捷安装，不断流、不破路需要专业化、高质量、高品质的监测产品2.3数据保障：液位仪的稳定、持续、准确、及时1.覆盖液位监测全场景：地面积水、雨水篦、雨水井、污水井、排水口、集水池、河道均适配2.针对复杂工况调算法：高频次多次快速测量（数据稳定）、相位分析及补偿（提高精度）、受限空间信号干扰识别（防止数据跳变）、多种传感器匹配及自动融合（工况适应、避免盲区）3.稳定可靠长寿命：状态自诊断及运行策略动态调整（低功耗）

14、、独特结构设计及耐用材料（整机5年以上寿命）、多重保护及高质量保障（低维护成本，1年1-2次）TWE微型液位仪预警水位、小尺寸、高密度TWP全工况液位仪探头可选、持续稳定连续监测THC全量程超声液位仪无盲区、一体化、非接触式THC薄壁雷达液位仪贴壁安装、管道维护无需拆卸2.3数据保障：流量仪的代表性、准确性、一致性1.平均流速可靠测量：避免单点测速局限性，利用自研断面扫描技术，基于大数据量和高速信号采集处理电路，充分反映断面流速分布规律，保证实测流速为监测断面的平均流速，提高数据代表性。2.小尺寸、流线型，减少介入干扰：设计高度约2cm、流线型、复合传感器，实现液位、流速、水温的同步监测，满足

15、低水位、浅流工况下的安装要求，降低附着或悬挂垃圾的可能性。3.高灵敏度、高可靠性保障：自研低流速增益与分辨率优化、噪声频谱估计及复杂环境抗干扰等关键技术，提升探头信噪比，提高低流速检测分辨率，增强污染环境下探测能力，选用防腐耐用材料提高耐用性。TWQ多普勒流量仪断面扫描、极小探头、高灵敏度TWQ雷达流量仪非接触、趋势监测、满管多普勒TWH便携式流量仪实时采集、瞬时监测及现场校核2.3数据保障：水质仪的适配探头和监测采样模式1.耐污防漂移自研探头：充分考虑复杂水力条件及垃圾影响，针对性进行水质探头的结构设计、光路改进、特征信号提取、算法优化等工作，抗污能力强，测量干扰小，防止数据漂移，减少异常数

16、据。2.原位监测和分流监测相结合：基于水质监测代表性、可靠性和实时性要求，选择低功耗、耐用性指标开展快速原位监测，支持水质变化规律监测和突变识别；通过定时分流监测获得更准确可靠的监测数据。3.在线监测和采样化验相结合：综合考虑性价比及数据时效性，建立“指示性指标原位监测+光学指标分流监测+水样自动采集+试验室人工化验”的组合策略，提高水质监测采样工作的成效。TWT原位水质仪自研电导率、pH、SS、COD多种探头适应排水复杂工况，持续稳定TWM分流水质仪“原位监测+分流监测+留样取证”集成紧凑、井内安装TWS原位采样仪定时定量采样、联动等比例采样投入式快速部署、灵活采样策略2.3数据保障：THW

17、ater其他设备多功能在线监测一体机扩展性强，选配多种水量、水质、气象传感器及摄像头地下水多指标水质监测仪地下水测井多种水质和水位同步长期持续在线监测与超限报警。可灵活选择悬浮物、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH值、COD UV254、氨氮等多种水质监测指标。智慧气象监测仪防滞留涂层，可扩展多项气象参数。采集分钟级降雨过程数据，支持排水风险预警预报和降雨事件回溯分析。2.3数据保障：数据质量的全过程控制底层研发原理可靠性传感采集及处理电路数据代表性保障策略多种复杂工况算法调优生产检验仪表品质原材料甄别和入厂品控多种功能验证与测试仪表准确度检验校准现场安装安装匹配度安装经验和工况适应性安装规范

18、化作业标准安装相关软硬件工具运行维护运行连续性异常数据驱动现场维护仪表故障诊断及处置定期巡查与清淤校准应用反馈数据应用价值自动统计数据采集情况数据质量满足分析需要监测数据应用价值评估5个技术环节均做到位，才可能获得高质量、有价值的在线监测数据。内容提要1.为什么做管网分区量化诊断？现状问题分析、政策文件背景、监测诊断挑战2.怎么做管网分区量化诊断？任务难点、整体思路、数据保障3.管网分区量化诊断的效果如何？整体-分区-源头诊断案例3.1应用案例1：整体监测支持现状评估晴天雨天晴天高负荷管道：占比16.3%，管道总长23.08 km说明管道排水不畅，反映管道中的功能性缺陷雨天高负荷管道：占比

19、69.5%，管道总长98.39 km，反映以雨水入污为主的管道结构性缺陷3.1应用案例2：整体监测支持水量平衡分析数据筛选：连续非降雨日数据：4.5-4.9辅助手段：空白区流量补测排查数据筛选：发现同一根管道的下游流量较上游漏失 0.6万方/日，经现场沿线查找后发现一污水直排口。23分流制区域分流制区域PP422211718WWTP201916WWTP主干管路分布主干管路分布JHJH-1 1JHJH-2 2JHJH-3 3JHJH-4 4JHJH-5 542120P3224243394440沟渠河道沟渠河道PWWTP污水处理厂污水处理厂泵站泵站雨水管线雨水管线污水管线污水管线合流管线合流管线1

20、第一批监测点第一批监测点日均流量日均流量(m m3 3/d d)309451第二批监测点第二批监测点1第三批监测点第三批监测点45和平泵站和平泵站天星堤泵站天星堤泵站3836495343467804225418355*虚线引出的数据为手持流量计在3月17日测量的瞬时流量，单位为 m/d221WWTP丹桂路丹桂路北二环北二环九九华华大大道道现场普查无检查井现场普查无检查井3检查井破损检查井破损天星堤泵站天星堤泵站P20726172441404通

21、过排查“丢失”的流量，找到污水直排口位置3.1应用案例3：分区监测锁定管网问题严重片区通过在线监测数据和人工检测数据统计分析，共发现3636个监测点位个监测点位，涉及1717个路段个路段，存在入渗率大于大于15%15%的问题，这些路段多位于区域人口密集处及河流沿线。针对17个路段开展的CCTV检测工作，共共37.9km37.9km，优先进行CCTV检测，共发现管道缺陷管道缺陷399399处处。其中，管节错口为已检测管道的主要病害，占比45.6%；其次为残墙、坝根等引起的管道内壁渗漏病害，占比11.3%。3.1应用案例4：分区监测评估重点RDII问题片区3月2日3月8日数据要求：旱天+连续降雨

22、流量数据，雨量监测数据发现3块雨水入污问题严重的管网混接区域，管网区域面积共 7.78 km2，中雨（25mm）条件下造成 12.89万m雨水进入污水管网中，说明70%的雨水入污来自仅20%的管网里监测点编号服务面积(km2)中雨的雨水入污量/万方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应用案

23、例5：分区监测分析非管道因素的外水入侵找重点找重点山水、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/入渗率入渗率=本分区清水量本分区清水量/本分区理论污水量。本分区理论污水量。2626个污水分区：清水入流严重并进行分级，个污水分区：清水入流严重并进行分级，7 7个污水分区问题严重；个污水分区问题严重；7 7个旱天清水入渗重度分区具体情况个旱天清水入渗重度分区具体情况3.1应用案例6：分区监测支持“诊断-修复-评估”闭环日均流量 10200 m3入渗量 2570 m3入渗率 25.2%日均流量减少 13%入渗量减少 1320 m3入渗率降低至 14.8%市政管

24、道入渗点排查封堵倒虹管专项渗漏检测市政管道淤积管段清理识别重点问题片区开展现场维护清理工作检测修复问题点3.1应用案例7：源头监测支持污染溯源进小区雨水排口排放污水形成水体黑臭，彻底根治需要逐级溯源至小区在雨水接驳井进行流量临测，定量诊断小区是否排放混接污水，根据排污规律判断来源案例：排口监测-雨水管节点监测小区监测，层层溯源旱季污水来源雨水排口晴天有污水排河黑臭污染溯源监测排口-雨水管网关键节点-小区雨水接驳井雨水管日流量呈现生活用水规律性，深入小区排查混接点通过微信公众号不断思考细分技术的进步扫一扫关注结合实际案例总结排水监测应用的典型案例软硬一体智能报警便捷安装云端在线北京清环智慧水务科技有限公司BeijingBeijing TsingHuanTsingHuan SmartSmart WaterWater TechTech CoCo LtdLtdT H W a t e r 智慧排水在线监测设备及解决方案办公地址：北京市海淀区硅谷亮城8号楼6层西区工厂地址：宁波市鄞州区姜山镇雁湖路721号办公电话： Email：网站：http:/扫一扫关注

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