THWater®智慧排水监测

在线监测对海绵城市老旧城区改造的价值—智慧排水之乱弹（91）

作者：刘志迎来源：清环智慧水务

小编按：海绵城市建设中面临的难题之一是老旧城区，必须采用“绣花”的功夫来建设才能更加有效。这就需要详细的数据来支持决策，验证效果。且看本文的具体案例，包括了入流入渗分析、易涝点监测分析、合流管网监测分析、海绵设施建设效果快速验证4个重要技术点，从而借助数据支持科学决策和精细治理。

前言：全国海绵城市正在有条不紊地推进中，但是面对城市中的老旧城区，海绵城市推进可能会遇到一些空间上的阻力。老旧城区在城市发展中有一定历史上的规划局限性，导致高密度老旧城区通常具有突出的水系污染、内涝、管网老旧、绿地空间不足等问题。在有限的空间实施海绵化改造时，会出现哪些海绵工程问题？在线监测系统如何起作用？小编以某城市的老旧城区为例，研究海绵城市建设系统与旧城改造中，以“见缝插针、点状植入”的方式建设海绵设施和项目，建立相应的监测系统为解决老旧片区改造难题提供助力和可靠依据，成功完成海绵城市片区的改造，总结片区开展系统性海绵城市建设低影响开发改造的技术方法及主要实施路径。

一、老旧城区海绵管网改造

1 入流入渗评估

该城市的老旧城区排水体制主要为截流式合流制，旧城区已形成以沿河截污沟为主干管的污水系统，现状合流大沟内存在清水入渗情况，大量清水进入污水处理厂，降低了污水进厂浓度。尤其是在雨季（4-7月）污水处理厂的月均进水量持续超过设计处理量，且进水水质随季节变化明显，冬季浓度明显高于雨季。市政部门根据城市供水量和排水量核算统计，分析污水处理厂进厂浓度较低的原因，主要是山泉水、地下水等外水入渗严重，初步估计外水（雨水、山泉水、地下水、河水）混入量超过15%，建议对污水收集管网系统进行提质增效改造，消除外水挤占污水处理负荷。

图1污水厂进水量和BOD5曲线图

通过在线监测获取该老旧城区的排水流量，采用S-S法（Stevens–Schutzbach Method）对该老旧城区的污水管网入流入渗诊断（可参照#污水管网分区入流入渗分析多种方法对比与案例解析—智慧排水之乱弹（88）#），明确管网的外水入渗量和入渗管网。在线监测技术可以大幅降低地下管道的检测勘查的工作量，精准定位入流入渗管段，辅助精细排查（可参考#排水管网排查诊断的正确打开方式—智慧排水之乱弹（42）#）。

图 2老旧城区的排口监测示意图

通过在线监测系统，连续监测不受降雨影响的10个旱天，采集该老旧城区的三个主要排口的排水流量。在10个旱天的监测期内，S-S法计算该老旧城区的总入渗率为15.25%，符合市政部门供排水量平衡分析的结果。并且通过在线监测系统可以直观诊断DCP-4解放大沟入流入渗量是最大的排口，入渗率高达87.33%，其次是DCP-5军民大沟（入渗率为20.49%）。在开展海绵城市建设时，应优先考虑对DCP-4解放大沟和DCP-5军民大沟上游的管网汇流区域规划改造。

表 1老旧城区的排口流量入流入渗分析

2 管网改造评估

（1）易涝点改造

现场勘查发现该老旧小区的市政排水管网设施多数年久失修，已经丧失其原有功能。地表的排水箅子及排水沟大多淤积严重，建筑雨落管破损严重，导致小区的雨水系统过流能力不足，排水不畅，井管溢流造成低洼点内涝现象频发。在历史强降雨期间频发的内涝点安装液位监测设备，改造前管网运行充满度较高，排水能力不足，强降雨有较大的内涝风险，57mm的降雨发生后的监测曲线如下图所示，降雨期间发生了2次地面溢流。

图 3老旧小区内涝点改造前现场图和监测曲线

图4 老旧小区内涝点改造后现场图和监测曲线

该巷道的雨水管网经过疏浚和修复后，监测曲线（如图4）的管网运行充满度大幅降低，运行液位表现正常。在发生强降雨后，液位波动不大，溢流风险较低。通过监测技术呈现了该巷道雨水管网的疏浚修复有明显的成果，保障了巷道居民的生命财产安全。

（2）合流制管网改造

该城区为解决合流管的污水直排入自然水体影响水环境质量的问题，又要减轻雨天污水厂的水量负荷压力，并保障污水的有机负荷浓度维持污水厂正常运行，在充分利用老旧城区有限的改造空间前提下，将排水沟渠改造为上下两层排水箱涵结构，上层是雨水排水层，雨天直接排入河道，而下层是污水主管，经由污水泵站输送往污水处理厂，分别提高了雨水和污水的排水效率。

在老旧片区的合流制雨水排水管网主干管的末端安装监测设备，持续监测管网运行情况。监测发现，在晴天该合流管下层污水仍会溢流到上层雨水箱涵，导致污水直排入河道中，对于城市水体水质仍存在一些隐患（如图5）。由于城市的快速发展，人口增加导致生活污水量增长较快，下层的污水主管溢流风险越来越高。结合监测到发生污水溢流和现场勘查发现，发生溢流的时段比较稳定，主要原因在于下游污水泵站未能根据水量变化及时启动或加大排水功率，导致上游污水发生溢流，从雨水箱涵排入了河道。若该合流管上游的监测数据与泵站自动控制系统耦合，当污水液位达到预警或者报警值时，及时启动排水设施，在不进行大规模管网空间结构的前提下，做到污水管的高效排水，杜绝污水溢流“偷跑”到河道影响水质，提高污水收集率和污水进水负荷。

图5 上下结构合流管的流量曲线

二、海绵项目与设施建设实时评估

在海绵项目与设施建设时，各地有海绵城市改造经验的施工单位较少，存在施工工艺方法不成熟和海绵材料质量管理不严格等问题，如在该旧城区某海绵改造小区的排放口安装了监测设备，发生26.4mm的场次降雨下，监测到径流体积与降雨强度几乎没有峰值迟滞，推测海绵设施未起到作用（流量曲线如图6）。现场对该管网汇流面积内的海绵设施开挖检查发现(见图7左)：

①生物滞留设施地下盲管的开孔位置错误，致使盲管的强度无法保证，被上层结构挤压变形，盲管被堵塞；

②垫层的垂直分布错误，碎石层和中粗砂层的厚度不足，且泥沙含量过高，垫层未达到设计的过滤作用，雨水渗透时会受到二次污染，无法实现径流污染物的削减能力被破坏。

海绵设施建设中的垫层铺设属于隐蔽工程，完工后质量复验较难，如果施工单位及监理方对海绵城市建设的设计理念认识不足，容易造成施工质量管理不严，致使海绵设施运作不良或失效。现场检查还发现有分散的下沉绿地设施工程（如图7右）未按设计方案施工，下沉绿地的溢流口靠近道路路缘石的汇流口，汇集的雨水会形成径流短流直接进入排水管网，且下沉绿地下凹调蓄深度不足，不合格的下沉绿地难以实现径流控制和污染物削减的功能。（靠谱的监测设备至关重要，否则就只能是样子货了，参见：监测设备的质量和良心—智慧排水之乱弹（30）、清环：海绵城市监测评估专业服务商）

图6 不合格海绵项目的降雨径流曲线

图7 生物滞留设施垫层（左）和下沉绿地（右）施工错误

三、总结

笔者以在线监测系统对南方某海绵城市老旧城区改造过程为例，针对该城区的改造难点，具体对污水管网入流入渗评估、内涝点与管网改造和海绵项目/设施建设等三个方面进行在线监测：

（1）对城区污水管网定量化评估，诊断出入流入渗量较严重的汇水区域，为海绵改造规划提供依据；

（2）对内涝点改造前后监测发现改造已具备成效，并且监测到合流制管网改造后的仍存在污水偷跑入河的隐患，提出合流管上游的监测与泵站自动控制系统耦合管理的建议；

（3）通过对海绵项目建设过程中的运作情况监控，在场次降雨下监测径流量表现异常，结合现场勘查发现，该海绵项目存在不合格工程，对海绵工程质量控制起到重要作用。

在全国开展海绵城市建设的进程中，老旧城区改造是比较突出的棘手难题，在有限的条件下，在线监测系统能为老旧城区改造的规划、建设、运行等多方面提供助益。

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。

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