一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法

1.本发明专利涉及污水系统中污水管道运行状态诊断技术，具体涉及一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国城镇化程度的快速提高，城镇污水处理设施基本实现了全覆盖，城镇污水处理率也显著提高，城镇污水处理系统是保障城市可持续发展的关键基础设施。但城镇污水系统存在的污水管网建设维护不到位、污水收集率不足、外水入侵等问题，使城镇污水厂进水浓度显著低于设计值，严重影响污水处理系统的正常运行和效能，给城市的可持续发展和生态文明建设带来的不利的影响。
3.外来水，指通过受损的污水管道、管道连接处、检查井进入污水系统的地下水、河水、泉水、其他泄露的管道水；外来水也可能通过其他邻近的雨水管，施工地排水，溪流和其他水道流入。外来水问题随着污水系统的老化而恶化，具体的影响因素包括：管道系统的使用年限、管材质量、施工方法、施工质量、地下水位的变化等。外来水进入污水系统不仅影响污水处理厂水质浓度、污水厂污水处理效率，同时还加大了管网运行风险、雨天溢流风险，对于黑臭水体治理、污水系统提质增效都是存在负面影响。因此，做好管道清污分流、污水系统运行状态综合评判至关重要。
4.流量计监测法是一种最早使用在河水(地下水)入渗污水干管的监测方法，也是最简单的方法之一。这种同时对上游来水水量、水质及下游水量、水质进行监测方法只能针对主干管部分，难以对片区内外水水量进行综合推算，对污水系统问题探查及总结存在一定的缺陷。因此本发明专利旨在设计一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法，通过典型地块的选取及水质的检测，能够较好的了解监测区域内各地块污水水质数据，推算片区内外来水水量并综合评判外来水及源头水质对片区污水系统水质的影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法，该方法能快速准确计算污水系统内外来水量，在我国大型城市排水系统中普遍适用，并为片区内外水排查及污水系统改造提供一定依据，投入及成本较少。
6.为达到上述目的，本发明一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法，包括如下步骤：
7.(1)布设监测点并获取监测点流量和水质数据：在污水系统的片区内选取监测区域，在所述监测区域内选取若干个监测点；对每个监测点进行流量监测和水质检测获得监测点流量和监测点水质；
8.所述监测点包括首级监测点和次级监测点；设定首级监测点和次级监测点的方法为：根据污水管网拓扑关系，将污水主干管下游末端污水汇集处作为首级监测点，设定监测点污水流量阈值并选出水量超过污水流量阈值的污水支管为次级监测点；
9.(2)筛选典型地块并测算片区污水水质浓度本底值：将片区分成若干个地块，获取每个地块的供水量，并对地块按照用地类型进行分类，依据供水量从每个用地类型的地块中选出典型地块；通过每个典型地块的供水量计算出各用地类型供水量占比，并对典型地块排出污水进行流量监测和水质检测，计算各用地类型污水水质本底值；结合各用地类型污水水质本底值和各用地类型供水量占比推算出片区污水水质浓度本底值；
10.(3)测算外来水水质浓度基准值：对监测区域中不同来源的外来水进行水质检测获得外来水水质，并通过外来水水质计算出外来水水质浓度基准值。
11.(4)测算外来水水量：利用片区污水水质浓度本底值、监测点流量和监测点水质，以及外来水水质浓度基准值，根据水质特征因子法来计算污水系统内外来水水量。
12.特别的，所述水质检测的方法为测量氨氮水质浓度。
13.特别的，所述水量监测的方法为通过多普勒流量仪进行水量监测。
14.特别的，所述外来水包括河水、地下水、自来水、施工水。
15.特别的，所述用地类型包括居民生活、行政事业、工业企业。
16.特别的，所述步骤(1)中，对首级监测点进行流量监测和水质检测的方法为在旱天用水时段高峰期和旱天用水时段低峰期各进行一次流量监测和水质检测；所述步骤(2)中，对典型地块进行流量监测和水质检测的方法为在用水时段高峰期和用水时段低峰期各进行一次流量监测和水质检测。
17.特别的，所述步骤(2)中选取典型地块的具体方法为：根据水务公司提供的片区内供水量数据进行汇总统计，分别计算各个用地类型地块的供水量占比，并按照用地类型对各地块供水量进行排序，从中选择出若干个用水量较大且使得被选择的各地块空间分布均匀的地块作为该用地类型下的典型地块。
18.特别的，所述步骤(2)中，每个用地类型对应的各用地类型污水水质本底值的计算公式如下：
19.cj＝(c
j1
*q
j1
c
j2
*q
j2

……cjn
*q
jn
)/(q
j1
q
j2

……qjn
)，
20.式中，cj代表该种用地类型的各用地类型污水水质本底值，c
jn
代表该种用地类型的地块的氨氮浓度；q
jn
代表该种用地类型的地块的污水水量。
21.特别的，所述步骤(3)种计算出外来水水质浓度基准值的计算方法为外来水进行水质检测获得外来水水质的实测氨氮浓度并计算出算术平均值而获得外来水水质浓度基准值。
22.特别的，所述步骤(4)中，所述污水系统内外来水水量的具体计算方法为：
23.通过以下公式计算出某个监测点的外来水水量：
24.qw＝(c
s-cd)*qs/(c
d-cw)，
25.式中，qw代表外来水水量；cs代表某个监测点的氨氮浓度；qs代表某个监测点的平均水量；cd代表污水水质浓度本底值；cw代表外来水水质浓度基准值；
26.通过上述方法计算全部监测点的外来水水量。
27.计算出外来水水量后，还可以通过外来水水量综合评判片区污水系统内水质影响的主要问题。对污水系统进行综合评价是指对片区内主要问题进行剖析，利用典型地块中的水质、水量数据及外水量测算来综合判断片区内水质影响的主要因素，为片区内外水排查提供数据支撑，计算后发现存在外来水水量较大的干管可以采用cctv、qv潜望镜等技术
对该段污水管进行检测，并最终发现污水管破损位置，针对地块水质较低的区域，采用溯源调查地块低浓度原因。
28.本发明具备以下优点：
29.(1)本发明仅需要在片区的污水主干管及选定的污水支管分别作为首级监测点和次级监测点进行流量监测和水质检测，不需要沿程及各个支管进行监测，可节省大批量安装流量计需要的监测的成本费用。
30.(2)本发明采用典型地块进行各用地类型污水水质本底值的计算，避免了对片区内所有地块进行水质、水量检验，同时可以根据选取的典型地块综合反映该片区内地块污水水质情况，该方法既能系统甄别各用地类型下地块水质问题，又可以综合评价片区内源头水质情况，所推算的片区污水水质浓度本底值既合理又较为精准。
31.(3)本发明可对片区内外来水水量进行测算，同时可以分析支管上游存在的外水问题，识别区域内、支管上外来水入渗量情况，提高污水系统的运行状态诊断效率，为后续外水排查、管道修复等工作提供参照，最终可以利用典型地块水质、水量数据及外水量测算来综合判断片区内水质影响的主要因素。
附图说明
32.图1是本发明方法原理示意图；
33.图2是发明实施例子的监测区域首级监测点、次级监测点分布示意图。
具体实施方式
34.下面通过实施例子，进一步阐述本发明的特点，所述实施方式只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
35.以西南某市污水系统片区为例，说明本发明实施方法的处理过程。
36.当污水系统正常运行时，污水管道内污水属于各个用地类型所排放的生活污水(包括工业污水)，而“外来水”进入污水系统不仅会影响污水管道内水质，还会加大污水处理厂处理费用、降雨溢流风险，对黑臭水体治理工作及污水系统提质增效都带来困难和挑战，“外来水”水质较原生污水浓度较低，氨氮浓度普遍在0.1-3mg/l之间，因此可以通过确定片区内污水系统的水质本底值和外来水水质基准值，从而计算出片区内外来水水量，并对该片区污水系统运行情况进行综合评价和数据支撑。
37.如图1所示，本发明实施例一种基于典型地块的片区污水系统外水水量测算方法，包括以下步骤：
38.(1)根据工作目的、污水系统管网分布、污水流向等因素，选取监测区域，以图2为例，根据污水管网拓扑关系，将污水主干管下游末端污水汇集处，即在监测区域的污水主干管(收集片区内所有污水)作为首级监测点sjd1，在监测区域内其他较大水量支管布设次级监测点(cjd1、cjd2、cjd3)，对各监测点均进行流量仪流量监测和水质检测；sjd1的氨氮水质浓度为c0，其余次级监测点的氨氮水质浓度为c1、c2、c3；对首级监测点进行流量监测和水质检测的方法为在旱天用水时段高峰期和旱天用水时段低峰期各进行一次流量监测和水质检测，也可以根据实际需要增加频次；
39.(2)获取片区内各地块供水量数据，对各地块进行分类，可分为居民生活、行政事
业、工业企业，选择典型地块，选取典型地块的具体方法为：根据水务公司提供的片区内供水量数据进行汇总统计，其中，供水量为自来水供水量，分别计算各个用地类型地块的供水量占比，并按照用地类型对各地块供水量进行排序，从中选择出若干个用水量较大且使得被选择的各地块空间分布均匀的地块作为该用地类型下的典型地块。
40.对典型地块进行水质检测、流量监测，对典型地块进行流量监测和水质检测的方法为在用水时段高峰期和用水时段低峰期各进行一次流量监测和水质检测。
41.如表1所示，其中，cj为居民生活污水水质本底值、c
x
为行政事业污水水质本底值、cg为工业企业污水水质本底值。
42.以居民生活为例，居民生活对应的居民生活污水水质本底值的计算公式如下：
43.cj＝(c
j1
*q
j1
c
j2
*q
j2

……cjn
*q
jn
)/(q
j1
q
j2

……qjn
)，
44.式中，cj代表居民生活污水水质本底值，c
jn
代表居民生活地块的氨氮浓度；q
jn
代表居民生活地块的污水水量。依据上述方法，计算出行政事业污水水质本底值c
x
、工业企业污水水质本底值cg。
45.如表2所示，结合各用地类型污水水质本底值和各用地类型供水量占比推算出片区污水水质浓度本底值cd。
46.表1各用地类型水质本底值计算表
[0047][0048]
表2片区污水本底值计算表
[0049][0050]
(3)如表3所示，对监测区域内的外来水，包括河水、地下水、自来水、施工水进行水
质检测获得每种外来水水质的实测氨氮浓度并计算出算术平均值而获得外来水水质浓度基准值cw。
[0051]
表3片区外水基准值计算表
[0052][0053][0054]
(4)如表4所示，利用片区内地块污水本底值cd及各监测点水质cs、水量qs，根据水质特征因子法来计算污水系统内外来水水量qw。污水系统内外来水水量的具体计算方法为：
[0055]
通过以下公式计算出某个监测点的外来水水量：
[0056]qw
＝(c
s-cd)*qs/(c
d-cw)，
[0057]
式中，qw代表外来水水量；cs代表某个监测点的氨氮浓度；qs代表某个监测点的平均水量；cd代表污水水质浓度本底值；cw代表外来水水质浓度基准值；
[0058]
通过上述方法计算全部监测点的外来水水量。
[0059]
表4片区外水基准值计算表
[0060][0061]
根据上述方法所计算的片区内污水系统外来水水量为2917.9吨/天，采用cctv、qv潜望镜等技术对该片区污水管进行检测，排查所发现外水量占测算外水量的85％，说明该方法是合理且有效的，同时也为外水排查工作进行了数据支撑及排查指导，收集的片区地块污水水质数据可以进行进一步分析，并综合评判该片区污水系统的问题。
[0062]
本发明创造并不局限于上述实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。