水量平衡分析有什么用？—智慧排水之乱弹（64）

小编按：1+1=2是最简单的公式，也是很复杂的世界数学难题，在排水管网分析诊断中也是最基础的平衡原则，也是目前很多地区做的不到位的。本文结合实际案例，分析了在排水管网监测诊断中，水量平衡的正确使用方法。只有做好水量平衡这基础的第一步，才有可能做好排水管网的诊断工作。

1.前言

一个好的服务单位，应以发现、明晰、解决客户的实际需求为服务目标，而不是为了完成任务，通过先“创造”客户的需求，再解决这个需求来体现自己的价值。【小编：所有商业的本质最终应该是为客户创造价值，清环一致试图通过数据提高排水管网管理能力及运行效率。】在排水系统监测工作中，大家可能都经常听到或提及“水量平衡”这个词，水量平衡分析也经常被认为是排水管网系统诊断的基础和重点。【小编：供水管网里面有一个DMA的词，（District Metering Area，即独立计量区域），DMA分区管理是控制城市供水系统水量漏失的有效方法之一，估计是有一定的相似性的。】但肯定仍有不少人怀有这样的疑问：水量平衡分析究竟有什么用？水量平衡分析究竟是被“创造”出来的需求，还是确实能为客户解决排水系统的实际问题？多说无益，让我们来看看实际工作中的两个例子。

2.利用水量平衡发现不明水量

水量平衡分析的核心在于在待分析的排水系统内，厘清各路雨污水的“来龙去脉”，即：有几路水？每路水有多少量？从哪儿来的？到哪儿去了？【小编：排水管网是个分布式复杂系统，要对复杂系统进行分析，定量评估必然是重要手段之一，光靠拍脑袋肯定会导致极大的估计误差，因此量化监测及诊断必然是该细分行业技术发展的趋势。】待分析的排水系统可大可小，小到可以是一个节点、一根管道，大到可以是整个城市。当分析结果显示水量不平衡时，就表明这个系统存在不明水量，而不明水量的背后往往隐藏着排水系统的若干问题。例如，在“TFBOYS从数据出发助推管道连接关系识别—乱弹（59）”一文中，我们对一根主干管的上下游同步进行了流量监测，通过水量平衡分析，识别出管道上下游流量不匹配，进而发现了在图纸上未标出的暗管。

以下为另一个典型的案例，我们在某城市开展了排水系统提质增效监测诊断工作，旨在查明污水厂进水浓度低的主要原因【小编：固然监测是排水管网诊断重要的量化分析手段之一，但不是全部，也不是万能的，仅靠监测也很难识别管网的问题。这需要多种方法综合使用，就和医院看病一样，需要多专业、多方法协同诊断。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）】。污水厂主要来水为两路泵站，其中，对某一泵站系统进行的水量平衡分析成为了项目的突破口。在第一轮监测中，我们对泵站的所有进出水管道进行了同步监测，结果发现泵站出水总量达到11万方/天，COD浓度为129mg/L，而进入泵站的各路管道总水量之和仅为4万方/天，且其COD浓度均高于250mg/L，出现了明显的上下游水量不平衡，而这11万方/天的水量，也是污水厂进水的主要来源。

因此，在第二轮监测时，我们加强了对这一泵站系统的精细化、地毯式调查力度，通过多次现场调研和多方核实，最终发现该泵站除管道进水外，还存在隐蔽的、图纸上没有的、多路的渠道进水，如下图所示。【小编：小编6年前参与了GB/T 51187-2016的国标编制，其中规定了34张排水设施的表单数据要求，但是遗憾的是，并没有多少城市做好管网数据的维护、更新、校正和完善，管网结构数据的不完善导致了后期很多工作的不确定性，所以行业距离量化管理还有很多工作需要夯实。】通过补充监测，明确了渠道进水总量接近5万方/天，总体满足了上下游的水量平衡关系。同时，这些渠道进水的水质浓度普遍较低，COD均低于70mg/L，也客观的解释了泵站出水水质浓度低的主要原因。

可见，本案例以泵站系统水量平衡分析这个基本原则为抓手，最终找到了系统内存在的暗渠及不明水量，并进一步解决了客户污水厂进水浓度低的原因排查的需求。

某泵站系统水量水质平衡关系

3.利用水量平衡确定设施规模

城市排水系统的发展已经过了大量设施粗狂式建设的阶段，大面积的新建工程已经凤毛麟角，而进入了精细化管理和决策的提质增效阶段。这一阶段有两个明显的特点，其一是随着大量设施的建设完成，城市旱天污水的处理需求已基本得到满足，管理决策者更加关注雨天的雨污水处理和排放问题；其二是相比于纯污水，排水系统内的外水入侵问题得到越来越多的关注。在这一背景下，补充新建或扩建排水系统设施（如泵站、污水处理厂等）的规模决策变得更加具有挑战性，尤其在设施规模上，早期利用固定系数、规划人口数据以及降雨、下垫面信息等估算设施规模的方法就显得捉襟见肘。新建或改建排水设施规模的确定，应以排水系统真实水量平衡分析为基础，先厘清现状下系统产生多少污水、转输处理多少污水、排放多少污水【小编：这个问题看似很简单，但是工程前期真正调查清楚的又有多少？】。再从减排需求和投资预算的角度出发，分析多种场景下的实际水量关系，确定设施能力的缺口，最终确定新建排水设施的规模。

某城市排水片区为减少雨季雨污水的直接排放，欲扩建末端污水处理厂以增加其雨天处理能力。我们结合监测数据、运行数据和模型模拟，对该片区排水系统在旱天、小雨、中雨、大雨等不同情景下的水量平衡关系进行了分析，下图展示了中雨时的结果，其中监测数据为管网关键节点的实测数据，直接反映所在点位实际情况；运行数据为排水设施的实际处理水量，直接反映设施实际运行情况；再通过片区系统化模拟，补充产污量核算和溢流量统计。

某片区排水系统水量平衡关系

通过水量平衡分析可知，中雨条件下，现状污水处理系统将存在14.09万吨/天的平均厂前溢流，若要满足中雨条件下到厂水量的全处理，则需要建设雨水处理设施或厂前调蓄池。通过进一步分析，若建设雨水处理设施，其规模应按最大到厂流量与现状能力的差值确定，即12.35万吨/天；若建设调蓄池，其规模应为到厂流量过程线超过现状能力部分的累计水量，即4.16万吨。

雨水处理设施规模论证示意图

本案例从水量平衡分析出发，通过分析实测水量与处理能力之间的缺口，最终提出了控制不同等级降雨时分别需要建设的雨水处理设施或调蓄池规模，为管理者设施规模论证和决策的需求提供了强有力的支撑。

4.总结

在上述案例中，水量平衡分析都发挥了关键性的作用，无论是外水的识别，还是规模的论证，都是在水量平衡分析的基础上找到了方向和思路。可以认为，水量平衡是对排水系统进行问题诊断和科学决策前的一项最基础的“体检”工作，没有可靠的体检，“确诊”就是无稽之谈，“药方”也只能纸上谈兵。当然，正如体检也要挑好的医院，可靠的设备、专业的团队和负责任的态度是做好水量平衡分析这一体检工作的关键。欢迎了解和关注清环这一城市排水系统的专业体检团队，做监测，我们是认真的。

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个案例，共24个分析方法案例。目前，正在做美编排版，不久后将与大家见面哦，敬请关注。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。