THWater®智慧排水监测

海绵城市多尺度监测评估—智慧排水之乱弹(56)

作者:李萌

小编按:近日《关于开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作的通知》(财办建〔2021〕35号)发布,开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作。其中,海绵城市建设的本底情况怎么样?建设后效果怎么样?需要构建“本底—源头—过程—末端”全过程、精细化的在线监测方案,形成“数据诊断问题-专业问题反馈-改善效果验证”的工作闭环,构建海绵城市多尺度监测评估工作模式,为海绵城市建设提供数据依据。


利用在线监测技术对海绵城市进行多尺度评估


目前,国家海绵城市建设工作正在有序推进。财政部办公厅、住房城乡建设部办公厅水利部办公厅《关于开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作的通知》中,决定开展系统化全域推进海绵城市建设工作。国家相关政策法规及指导意见也都要求充分利用自然山体、河湖湿地、耕地、林地、草地等生态空间,提升水源涵养能力,缓解雨洪内涝压力,促进水资源循环利用。作为一个综合的城市水系统建设工程,如何评估海绵城市的建设效果就显得至关重要。为对海绵化建设项目进行定量化的考核,通过配套进行项目的综合监测,获取降雨、下垫面、流量及水质的基础监测数据是十分必要的。

基于在线监测、物联网、大数据、云计算、地理信息系统等技术的支持,通过构建“本底—源头—过程—末端”全过程、精细化的在线监测方案,可有效监测设施的运行效果,评估设施效能,及时采取有效措施应对现场突发问题,提高设施的运行保障率。对海绵建设存在的问题进行定量化分析诊断,提出整改优化建议,并通过监测数据持续跟踪整改效果,形成“数据诊断问题-专业问题反馈-改善果验证”的工作闭环,为工程效果评价、工程整改和运营管理提供决策依据。

1、项目概况

某沿海城市作为国家海绵试点城市,在城市发展过程中面临着水环境、水资源、水生态和水安全等方面问题,尤其在水环境污染和城市内涝方面问题严峻。因此在海绵城市专项规划中,以解决城市内涝、水体黑臭等问题为导向,以雨水综合利用为核心,绿色设施及灰色设施相结合,统筹“源头、过程、末端”的综合性、协调性。通过海绵城市建设,可以充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,使城市开发建设后的水文特征接近开发前,保持、修复甚至增强城市自然积存、自然渗透、自然净化的功能,从而有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境。因此建设海绵城市监测服务体系,应结合相应要求为指导。

1 海绵城市图示

2、在线监测技术

海绵城市在线监测主要涉及的是对排水系统(管网、排口及河道等),往往含有硫化氢、氮气等有毒易爆气体、湿度大、杂物多,水波干扰大。这就要求设备具有极高的工业防护等级,能够在恶劣环境下保持正常的运行。另外,由于管网检查井多位于市政道路中间,高速车辆多,如果采用市电,则需要与多部门进行沟通,且在施工时需要开挖路面,增加时间和人力成本,因而在线监测设备需要实现自供电。与此同时,大部分的在线监测设备是布置在检查井内,具有较强的密闭性,为保障数据的实时传输,需保障良好的通信能力。

选择高性价比、高稳定性的指标进行同步监测,根据指标体系分解,最终选择雨量、温度、液位、流速、流量、SS、DO等作为在线监测指标。目前市场上的在线监测设备主要分为国产和进口设备,对比情况如下表。

1 进口与国产在线监测设备性能对比

整体而言,进口设备在性能上仍有一定的优势,但价格昂贵。考虑海绵城市从规划建设到后期长时间的管理与运营,在监测设备安装完成后需要长期的维护,才能保障数据的准确性和有效性,因而在海绵城市的监测与考评中,应优先选择性能好的国产设备,确保长期可靠的管理。目前在设备功能和质量方面,THWater智能软硬件技术已经走在了行业的前列。

3、监测方案设计

根据《海绵城市建设监测标准》,同时结合以往海绵城市试点区建设评估工作的要求,对海绵城市建设效果进行评估,需要获取片区海绵城市建设前后外排径流总量、合流制溢流、内涝、受纳水体水量与水质等数据,满足城市、片区层级海绵城市建设本底与效果评价、排水系统智慧运行调度等要求。

因此在对试点城市进行海绵城市监测及评估,要按照分区、分层级的在线监测与人工采样化验结合的方式进行监测方案设计,满足“本底-源头-过程-末端”全过程监测的理念。根据降雨径流的汇流过程,监测点的选取充分考虑实用性、分散与集中相结合、代表性和可行性。在线监测设备主要包括在线雨量计、在线温度计、在线液位计、在线流量计、在线SS监测仪和在线DO监测,覆盖源头设施、过程管网、末端水体。

2 各设备监测选点说明概要要求

设备类型

监测选点

在线雨量计

按照试点区空间降雨规律,分区采集降雨量的变化过程曲线。

在线温度计

在试点区内外进行安装,作为城市热岛效应缓解程度考核评估的依据。

在线液位计

在排水管网内涝点等关键节点布设,为运行评估及风险预警提供依据;在完工项目排入市政管网的出水口安装,为各个地块的径流总量控制率计算考核提供半定量数据

在线流量计

在典型片区的排口安装,为片区内年径流总量控制率计算提供依据;在完工项目的出水口安装,为地块在不同降雨强度下的径流总量控制率计算提供依据。

在线SS检测仪

在典型片区的排口安装并辅以场次降雨人工采样,为城市面源污染控制率的计算提供依据

在线 DO 检测仪

根据河道性质,在骨干、重点河道的水质断面进行安装,作为水环境质量指标考核评估的依据



2 监测设计思路示意图

以流量计安装为例,对安装的施工过程进行如下图展示。



3施工人员正在对设备进行调试

4施工人员将设备安装于窨井壁上

5主机安装前后检查井对比图

6中继器的安装

4、监测数据评估

获取数据后,只有对数据进行专业化的分析评估,才能发挥监测数据的价值。根据各项目的建设情况,可以从考核指标体系的角度出发,分析监测期内雨量、温度、液位、水量、水质统计计算及变化分析,对海绵城市项目建设效果进行量化评估。并在此基础上,对建成区内存在的问题进行量化诊断。在此针对管网诊断、内涝风险、项目效果和设施效能评估四个方面进行在线监测数据的分析。

4.1 管网问题诊断

以非降雨天气数据波动为筛选原则,选取其中非降雨日有流量数据的记录,共发现35台流量监测设备数据异常,可归纳为四种类型:雨水管网中短时偷排、外来水进入雨水管网、下游管道或排口淤积、河道或下游水位顶托

1)雨水管网中短时偷排

以某排口流量计监测数据为例:5月11日、13日、5月28日、29日未出现降雨,但管道内出现流量峰值,液位随之上升,如图7所示,说明当天可能存在短时大量的偷排,日累计偷排流量的最大值可达393.2m3

图 7 短时偷排排口的流量-液位监测数据

2)外来水进入雨水管网

若存在外来水进入雨水管网的现象,则旱天进入管道中水量大小会出现差异而引起液位不同幅度的变化;流量波动的大小,幅度,频率等呈现规律性变化,且与降雨发生叠加。在监测期内,典型问题排口旱天平均每小时累计流量如图8所示。


8外来水汇入排口的旱天污水排放特征曲线

3)下游管网或排口淤积

管道或排口的淤积会直接导致上游水流输送不通,严重时会引起城市道路内涝现象的发生。管道或末端的淤积一般由混流污水的沉积物及携带的生活垃圾造成,也有一部分由雨水篦子中进入的垃圾堵塞造成。

9下游淤积排口的流量监测数据


4)河道或下游水位顶托

当降雨发生时,河道水位上升,对部分排口产生倒灌,排口处于淹没状态而造成上游水流输送不通,易导致上游管道出现溢流风险。

10 河道顶托排口的流量监测数据

4.2 内涝风险评估

具备液位数据监测的设备为流量计、水质仪和液位计,从项目、管网、排口三个相对应的层级对6月20日暴雨期间液位情况进行分析。定义降雨当天液位最大值与井深的比值为溢流风险值,作为内涝风险的评估项,当溢流风险值大于0.8时,则认为该监测点溢流的可能性较大,存在较大内涝风险,如表3所示。

3存在较大溢流风险监测点统计(6月20降雨下)

监测点位置

井深(m)

液位(m)

溢流风险值

平均值

最高值

最小值

某家园二期南门

2.58

2.270

2.612

1.849

1.00

A路口西侧

1.28

0.505

1.300

0.197

1.00

B路交叉口

1.17

0.715

1.195

0.403

1.00

C路交叉口

1.77

1.243

1.447

1.021

0.82

某小区大门东侧

2

1.667

1.892

1.355

0.95

4.3 项目实施效能评估

对试点区10个源头减排项目进行初步的实施有效性评估,70%的项目达到目标年径流总量控制率。对于未达标的项目,结合不同场次降雨进行交叉分析,可以看出降雨径流的控制率随降雨的增大而减小,而控制的降雨量反而升高(如表4),结合现场判断部分雨水未流经海绵设施,造成降雨发生后不久雨水直排产生出流。建议对项目加强雨水收集效率,避免部分雨水未经海绵设施消纳净化而直排,从而提高项目整体的雨水径流控制效果。

4某一源头项目径流控制率统计表

起始时间

截止时间

降雨历时/h

累计降雨量/mm

理论出流量/m3

监测出流量/m3

控制体积/m3

径流控制率/%

控制的降雨量/mm

2018/5/26 2:00

2018/5/26 10:00

9

35.4

915.09

268.10

646.99

70.7

25.0

2018/5/31 7:00

2018/5/31 16:00

10

18.8

485.98

53.58

432.40

89.0

16.7

2018/6/29 7:00

2018/6/29 22:00

16

38

982.30

273.02

709.28

72.2

27.4

4.4 设施效能评估

对设施进行单场降雨的效能评估,计算设施所能控制的雨量总体积,计算方法为通过设施的总雨量(理论出流量)减去累计监测的溢流量,其中通过设施的总雨量为设施本身占地所直接接纳的雨量与外部汇水区域所接纳雨量与综合径流系数乘积之和。这里以某小区透水停车场为例,该设施面积为187.5m2,在其出水口进行在线流量监测,雨水控制情况如表5。

5某小区透水停车场雨水控制效能统计表

起始时间

截止时间

降雨历时/h

累计降雨量/mm

理论出流量/m3

监测出流量/m3

控制体积/m3

2018/7/22 0:00

2018/7/22 12:00

13

18.8

3.53

0.29

3.23

2018/7/23 16:00

2018/7/23 19:00

4

36.6

6.86

1.12

5.75

通过计算说明该设施的径流控制效果可达到设计标准。


北京清环智慧水务科技有限公司是专业从事海绵城市及排水管网监测的技术企业,注册资本2000万元。国家高新技术企业,通过了ISO9001、14001、20000、27001、10012等体系认证,拥有国内领先、自主研发制造的THWater系列化监测仪表,申请了80余项相关知识产权。是国内外排水管网和海绵城市监测细分领域的最专业的技术团队之一。在海绵城市监测评估方面,清环具有以下特点:

1、参与相关重要技术标准的编制,具有顶层设计能力。

2、具有多类型、多尺度、多模式的海绵城市监测评估项目策划及实施经验,帮助客户选择最佳的技术方案。

3、具有真正能满足海绵城市及排水管网复杂工况的产品级专业监测仪表,自主可控并迭代升级。

4、具有高水平的、多专业交叉的、综合性的、有经验的专家技术团队,提供全面专业的持续服务能力。

5、具有合作共赢的合作态度,推动细分行业的良性发展。

详见介绍文章——清环:海绵城市监测评估专业服务商(点击查看)

乱弹合集中,与海绵城市相关的内容:

1、海绵城市一体化监管信息平台技术体系及应用介绍

2、海绵城市与在线监测—智慧排水之乱弹(20)

3、典型海绵城市小区改造监测评估—智慧排水之乱弹(24)

4雨污混接诊断和径流控制率修正—智慧排水之乱弹(29)

5、监测+模拟的典型海绵项目评估—智慧排水之乱弹(43)

6、海绵建设效果怎么样?在线监测来把关!—智慧排水之乱弹(55)



support@thuwater.com
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
联系电话:010-86463977
北京市海淀区农大南路1号硅谷亮城8号楼6层西区清环智慧