在线监测看清雨天排水系统“反常识”—智慧排水之乱弹（63）

小编按：排水管网不仅连接关系复杂，而且其旱天雨天的运行规律其实也是蛮复杂的。我们通过“常识”概化目前已经不能满足下阶段提质增效及联动调度的需要，那么就需要开展有效的在线在线监测工作，获得真实准确的数据，并开展针对性的分析评判，更为精细化和准确的分析管网情况，杜绝使用“常识”做不合理的替代，避免决策误差。本文通过几个实测分析案例给大家看看“常识”与实际情况的差别。

1.前言

排水系统与人们的生活生产息息相关，即使是非专业领域的人，也都会有一些普遍的认识。比如人们每天产生的污水以及下雨后的雨水都进入了排水系统；再比如排水系统总体布设于地下，很脏很臭等等。有一些认识即使不够严谨科学或者甚至是错误的，但因其符合人们的直观判断，也常常被误认为是“常识”。对于普通民众而言，这些错误的“常识”也许无伤大雅，但对于排水系统的设计、建设、管理者而言，它们可能是“致命”的。

排水系统因为其看不见、摸不着，很多问题的考虑就容易被“大概”、“差不多、“应该是”给模糊处理了，这也是一些错误“常识”产生的根源。而排水系统的在线监测，相当于给我们安装了能够看清排水系统的眼睛。接下来就给大家讲讲排水系统雨天监测结果的几个例子，看看在线监测如何打破这些“常识”。

2.下雨就是雨天，不下雨就是旱天？

“下雨就是雨天，不下雨就是旱天？”这句话可能有点绕，但却是不少人认知里的固有观念。“下雨”和“不下雨”是指气象条件，“雨天”和“旱天”是指排水系统的运行状态。一般而言，降雨对排水系统内水位和水量的影响具有延迟效应，并不能简单地依据气象条件判断排水管道是处于旱天状态还是雨天状态,只有通过高频次、高准确度的水位水量持续监测，才能获得排水管道的真实运行状态，判断排水系统运行状况的旱天与雨天。下图展示了某点位在外部发生小雨和暴雨时，其液位和流量的变化过程，可以明显看到，降雨结束，地上已经放晴，但地下仍然“暗流涌动”，维持着降雨时的高水位和高流量的状态，在暴雨时这一状态甚至维持了3天。

雨停及旱天这一错误的“常识”可能会对排水系统相关设施的运行调度和管理提供错误的决策依据。比如，调蓄池在雨天蓄水，等雨一停便误认为排水管道内已有富余排水空间，于是开泵放水，从而导致排水系统的超负荷运行，甚至出现溢流。再比如，对污水厂每年处理水量进行统计分析时，往往根据下雨情况分为旱天处理水量与雨天处理水量，便会导致统计结果的错误与失真。

小雨条件下某管道内液位、流量过程线

暴雨条件下某管道内液位、流量过程线

3.降雨对排水系统的影响时长多久？

既然降雨对排水系统的影响具有延迟效应，那我们只要固定一个延迟时间不就可以了？比如，上面提到暴雨的影响时间是3天，我们就把每场雨后的3天都认为是雨天。这一思路固然有所进步，但可能“过犹不及”。一方面，排水系统不同位置处的管道，其服务范围、上下游拓扑关系、边界条件等都有所不同，降雨结束后管道内水位和水量的恢复受上游持续入流入渗、下游排水能力等影响，时间长短不一。另一方面，即使是同一点位，不同场次降雨的雨量、时长、雨强、雨型都不相同，其对排水系统的影响也不能一概而论。下图统计了某点位在20余场降雨下，其液位、流量在雨停后恢复至旱天花费的时间，可以看到，这一恢复时间整体上随降雨量的增加而增加，最大接近120小时，并且即使在同样的降雨量下，其恢复时间也存在一定的波动。

不同降雨下某管道状态恢复时间统计

可见，想要精准识别排水系统内的旱雨天状态，仅仅依靠经验判断是不够的，还需要通过排水管道的在线监测以及监测数据的分析挖掘，这也是未来实现精准调度和智慧排水的最基础的工作和必然要求。

4.可以用理论公式计算管道的真实过流能力？

学过给排水设计的人都知道，管道的最大过流能力是可以基于管径、坡度等设计参数，通过理论公式计算得到的。然而，理论计算结果对于排水系统中某一管道真实过流能力的判断具有多大的参考价值呢？事实上，相对真实排水系统的运行情况，理论计算结果的参考性是较差的。一方面，理论计算公式中除了管径、坡度等可测量的参数外，还含有粗糙系数等需要人为设定的参数，假设值与真实值之间往往存在较大差异；另一方面，每段排水管道都是排水系统整体的一部分，本段管的过流能力还受管道淤积、相关联泵站能力、外部降雨特征、下游顶托等因素的综合影响。要完全厘清其中的因果关系，将是一个复杂的系统性问题。但我们可以以结果为导向，对关注管道进行在线监测工作，从而获得管道在该排水系统中的真实过流能力。

下图分别展示了排水系统中4段管道在不同降雨条件下的流量监测结果，可以看到不同管道呈现出不同的规律特征。从中可以判断，管道a的雨天过流能力充足，排水通畅；管道b的雨天过流能力相对稳定，主要受下游泵站的调控和限制；管道c的雨天过流能力存在一定富余，但存在上限；管道d的雨天过流能力不足，下游顶托严重。

管道a雨天流量分级散点图

管道b雨天流量分级散点图

管道c雨天流量分级散点图

管道d雨天流量分级散点图

5.总结

排水系统的实际运行情况错综复杂，在外部降雨的影响下更是“雾里开花”。在提质增效的大背景下，对排水管网的诊断、研究和决策，应朝着更加精细化的方向努力，打破传统思维，拒绝“拍脑袋”决策。THWater智慧排水系列监测设备，致力于获取排水系统内真正有用、有效、及时的监测数据，并通过专业化咨询解读数据价值，为管理者拨开重重迷雾，辅助建立科学认知。

北京清环水务技术研究院/北京清环智慧水务科技有限公司，专注于智慧排水管网在线监测及服务。

在清环咨询技术部门的努力下，我们又总结了12个典型的排水管网监测应用场景和分析案例。加上之前的12个共24个案例，正在做美编排版，不久后将与大家见面哦。THWater秉承数据产生价值的基本理念，研发并制造系列化排水管网监测仪表及软件，为排水管理提供有用有效及时准确的监测数据，并推动数据为规划管理提供决策诊断支持。