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
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