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8郭帅-排水管网智慧排查与诊断新技术与新方法.pdf

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1、排水管网智慧排查与诊断新技术与新方法郭帅合肥工业大学市政工程系2024/03/31个人简介目录CONTENTS一我国排水管网主要问题分析面向核心问题的新方法与新技术结论与思考二三（一）我国排水管网主要问题分析4 41.1 问题一：肆虐的外来水入侵1.1 问题一：肆虐的外来水入侵1.2 问题二：水质水量测量精度难保障1.2 问题二：水质水量测量精度难保障1.3 问题三；物探与排查作业不专业，管网拓扑关系图质量低下1.3 问题三；物探与排查作业不专业，管网拓扑关系图质量低下5 51.1 肆虐的外来水入侵图1.5 满水管段外水入侵导致排水管道系统性运行不畅，淤积、满管、甚至溢流现象十分普遍，是

2、我国排水管网系统面临的最大难题！6 61.1 肆虐的外来水入侵外来水定义：外来水定义：一切进入排污管网系统中的不属于该系统的其他水量。又称入流入渗水量或外来水量l 除原生污水外，雨天直接流入污水管网系统的水量，包括住宅屋顶的落水管，错接、混接到污水系统的雨水，降雨形成的径流通过检查井盖直接进入污水系统，或雪融水导致的外来水入流。l 除生活污水、工业废水外，通过有缺陷的管道、管道接头、连接件或检查井从地下进入污水系统的水源。入流（inflow）入流（inflow）入渗（infiltration）入渗（infiltration）来源：https:/kingcounty.gov/services/e

3、nvironment/wastewater/ii/what.aspx外来水入侵方式外来水入侵方式7 71.1 肆虐的外来水入侵管道接头渗漏管道破裂渗漏雨污水管混接雨水流入污水检查井外来水来源8 8截流井倒灌污水井与河道直连穿河倒虹吸管破裂南方某城市河湖水、山泉水倒灌南方某城市河湖水、山泉水倒灌外来水来源9 91.1 肆虐的外来水入侵污水管网污水管网占据排水管道空间，导致CSOs，SSOs频发管道、管周土壤的水土交换导致管道结构退化，地面塌陷污水厂、泵站污水厂、泵站增加厂站能耗稀释污水浓度，影响污水处理效率生态环境生态环境外来水引起的CSOs，SSOs污染地表水外溢污水含有致病微生物，危及人类健

4、康高水位运行地面塌陷污水厂进水浓度低外来水外来水危害危害污水外溢10101.2 水质水量测量精度难保障在污水检查井中进行取样时，确保取样的准确性和代表性非常重要，无法取到管道中的“活水”会导致取样水质检测不准确，对后续诊断分析工作产生误导。常见水质取样：桶+绳子1111常见水质取样：取样器+绳子1212常用水质取样器13131.2 水质水量测量精度难保障对管道流量进行测量是定量诊断与评估管道外来水的主要方法，多采用多普勒流量计、超声波流量计。多普勒流量计1414两个问题：（1）满水位误差大、不适用；（2）安装维护成本高，长时间序列的数据精度不可靠1.3 物探与排查作业的不

5、专业，导致管网拓扑关系图质量低下物探与排查作业的不专业，导致管网拓扑关系图的质量低下，图上管径、埋深、上下游关系等关键数据错误百出；项目实施过程中，甚至验收后无法依据成果图构建可靠、精确的排水管网GIS系统，或建立的GIS不精确、无法供运维长期使用。1616某片区管网物探图17加拿大埃德蒙顿市的排水系统加拿大埃德蒙顿市的排水系统u排水系统基本数据：5,700 km 管线；58,000 雨水检查井；72,000 污水检查井；u混合制u老城区：合流制(Combined)u二十世纪七十年代后：分流制(Separated)u最新设计规范-2012年修订本18日常管理模式：日常管理模式：对内（面向自己）

6、管理模式：基于ArcGIS的数据化管理平台对外（面向公众）管理模式：交互式管理（24小时热线+网上信息发布）19 对内（面向自己）管理模式：基于ArcGIS的数据化管理平台20步骤1-纸上谈兵2步骤2-路线走访手持式GPS定位仪地理坐标的输入；27282930Devices were supposed to be installed at 2 meters below the manhole cover31 对外（面向公众）管理模式：交互式管理（24小时热线+网上信息发布）3224-h 热线:31133341.我国排水管网主要问题分析2.面向核心问题的新方法与新技术3

7、.结论与思考目录从系统诊断到单点突破的管网难题全流程解决方案新技术1：管网外水入侵智能风险评估系统解决外水入侵的系统诊断难题；分区-分级显示诊断结果新技术2：管道定位水质取样器解决管道水质取样不准造成的误差难题新技术3：智能探杆辅助构建精准的管网GIS系统解决管道基础信息测不准、拓扑关系不清、GIS平台难搭建难题（二）面向核心问题的新方法与新技术01该程序主要为供排水系统运维人员、城市规划者和环保监管部门使用的一体化工具。02帮助用户自动化评估污水管网中外来水入侵的风险，形成污水管网外来水入侵风险评估结果“GIS一张图”0304助力实现城市污水管网外来水入侵风险监测评估的低成本、常态化运维。

8、污水管网外来水入侵风险评估结果可视化，可以轻松地导出可视化评估结果，简单清晰，层次分明。2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发整个排水系统外整个排水系统外来水量评价来水量评价子排水分区入流子排水分区入流入渗量评估入渗量评估单个管段入流入单个管段入流入渗点评价渗点评价原生污水量84%外来水量16%旱天外来水分区评价雨天外来水分区评价穿河管道水质监测2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发应排污水量计算应排污水量计算供排水节点对应供排水节点对应子区域划分子区域划分区域实测污水量区域实测污水量子区域外来水入子区域外来水入侵评估侵评估外水风险分布图外水等级频率分布分布

9、图研究区域供排水节点分布2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发40402.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发开源定制开源定制模块代码开源，可以根据自己的需求选择适当的评估方法，同时修改模块代码开源，可以根据自己的需求选择适当的评估方法，同时修改相关底层代码进行二次开发，这使模块非常灵活，可以适用各种需求。相关底层代码进行二次开发，这使模块非常灵活，可以适用各种需求。数据利用数据利用模块能够充分利用城市现有供排水实时监测数据，外来水评估结果能模块能够充分利用城市现有供排水实时监测数据，外来水评估结果能够随着监测点数据的增加而进一步发展。够随着监测点数据的增加而

10、进一步发展。风险管理风险管理提供了综合的风险评估和管理功能，能够满足常态化运行需求，及早提供了综合的风险评估和管理功能，能够满足常态化运行需求，及早发现和应对外来水入侵问题，从而提高污水系统运行效率和降低事故发生率。发现和应对外来水入侵问题，从而提高污水系统运行效率和降低事故发生率。界面简单清晰易懂，风险评估结果可视化，可以轻松地导航和理解评界面简单清晰易懂，风险评估结果可视化，可以轻松地导航和理解评估结果，同时内置在线和离线帮助文档。估结果，同时内置在线和离线帮助文档。可视化设计可视化设计风险评估前后对比图风险评估前后对比图2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发2.1 基

11、于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发2.1 基于GIS+Python的管网外来水诊断程序开发应用意义在污水管网GIS平台上结合python实现了外来水风险评估方法的自动化评估及可视化显示；能够充分利用城市智慧水务现有供排水监测数据，实现污水管网外来水时空精度的提高，且由于已经得到每个污水节点的外来水占比排水量，外来水评估结果能够随着污水监测点的增加而进一步发展，且使用条件简单成本低，能够满足常态化运行需求，对聚焦管网外来水风险时空分布、指导管网排查工作具有重要意义。2.2 管道水质取样器2.2 管道水质取样器44取样现场2.

12、3 管道智能探杆2.3 管道智能探杆01多传感器融合Multi-sensor Fusion0203实时显示/内嵌埋地管道基准数据库Real-time Display&Benchmark Database of Ground Pipelines 04单次作业可采集内外管径/埋深/淤积等多维数据Obtaining Multidimensional data during Single Operation云平台APP管理Cloud-Based APP技术特点：（1）第一款可精准测量管道基础数据的工业产品；（2）高水位/高淤积环境均可测量；（3）管网埋深、管材、坐标等20余项信息一站式采集，并云台传输

13、，智能构建与分析管网拓扑关系，可实现管网精准GIS系统的构建WIFI信号终端，并可搭载RTK模块伸缩竖杆，标准长度7m（可搭接延长杆）实时影像模块，可随时检测管道内状况手机APP软件平台，采集管道基础数据多达20余项目，数据实时云传输，打通内外业激光式管道测量终端1.我国排水管网主要问题分析2.面向核心问题的新方法与新技术3.结论与思考目录3.结论与思考4747123管网外来水风险评估程序：管网外来水风险评估程序：通过Python算法实现排水管网外来水的全自动化评估，使用条件简单成本低，能够满足常态化运行需求，对聚焦管网外来水风险时空分布、指导管网排查工作具有重要意义。管道定位水质取样器：管

14、道定位水质取样器：传统的水质取样器已经无法满足排水管网的取样需求，管道水质取样器能帮助取样人员在污水检查井中进行取样时，确保取到管道内的水样，确保水质检测的准确性，从而为后续分析工作带来正确的方向。排水管道智能探杆：排水管道智能探杆：针对物探与排查作业不专业、管网拓扑关系图质量差等问题，采用管道智能探测杆，可一站式精准采集管网基础信息，建立健全基于GIS的管网数据管理系统，包括完善的管线档案和信息记录，及时更新管网拓扑关系图，保证其准确性和完整性。面向核心问题的新方法和新技术面向核心问题的新方法和新技术3.结论与思考4848123智能化运维：智能化运维：随着物联网、大数据和人工智能等技术的迅速

15、发展，智能化管理将成为未来排水管网运行维护的重要趋势，智能化运维可以提高运维效率、改善运维质量，降低维修成本和维护风险，并有助于提高对污水管网的保障能力。预防性维护：预防性维护：传统的“等坏了再修”模式已经无法满足排水管网的维护需求。未来的趋势是通过定期检查、预防性维护和及时修复，预防和减少管网问题的发生。例如，使用机器学习算法分析数据，预测管道的寿命和管网故障事故出现的概率以便制定优化的维护计划。智能化设备：智能化设备：智能化设备是建设智能污水管网的重要手段之一。智能化设备可以实现设备自动监测、自动控制，提高管网的管理水平和效率，同时也方便了管网的维护。通过布设智能传感器、远程监控系统和数据分析平台，可以实时监测和评估管网的状况，提前识别潜在问题和运行维护，并远程控制和优化运行。排水管网运维趋势分析排水管网运维趋势分析谢谢

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