水务物联监测技术在排水管网问题诊断中的应用

运用水务物联监测技术对典型区域进行分析，以在线监测数据为基础，构建以数据统计分析为核心的物联监测与管网问题诊断系统，智能诊断评估管网运行状态，分析排水管网入流入渗、淤积、漫溢等问题，掌握整个排水系统在不同工况下的运行状态。结果表明，物联监测技术有助于识别排水管网问题，有效减少排水系统问题排查的成本投入。通过开展入流入渗风险评估、淤积风险评估及漫溢风险评估等工作﹐识别可能存在问题的管段，为后续开展管网改造工作提供数据支撑。该项目可为其他城市推广物联监测技术提供参考。     

雨水管网混接入渗诊断技术研究进展

雨水管网是缓解城市内涝、改善水环境质量的重要市政基础设施,受管材老化腐蚀和施工过程不当等影响,我国城市雨水管网建成后普遍存在地下水入渗和污水混接问题,制约着雨水管网功能高效发挥。排水管网入流入渗诊断技术可为雨水管网混接入渗问题的识别和定位提供支持。综述了排水管网入流入渗诊断技术（物探检测技术、流量分析技术、特征因子分析技术、水动力反演模型技术）的基本原理、研究进展、应用特征等,对比分析了不同技术应用于雨水管网混接入渗诊断的适用性、实施要点、诊断水平和发展阶段等,并提出未来雨水管网混接入渗诊断技术的发展方向。结果表明：1）特征因子分析技术可在不干扰雨水管网正常运行条件下识别和量化混接入渗问题、提供治理优先级,因此经济和环境效益显著;2）光纤分布式测温（FDTS）技术和水动力模型反演技术在无干扰定位雨水管网混接入渗方面优势显著,前者易于实施且定位精准度高,后者具有成本低且可评级混接入渗等级特点,可根据场景特征因地制宜选用;3）未来雨水管网混接入渗诊断技术将朝着低成本、无干扰、可量化、可定位的方向发展。通过评估不同技术在当前和未来的综合应用效果,明确了单一诊断技术难以具备未来预期特征,而特征...     

基于光纤分布式测温的污水管道入流识别方法研究

针对排水管网物探检测需断水操作和无法对管道内部实时探查的问题,建立了一种基于光纤分布式测温的污水管道入流诊断方法,实现了无干扰条件下污水管道污水和雨水入流实时监控.采用感温光缆对选择的试验管段开展了时空高精度观测(空间精度1m、时间精度1min),获得了超过118万个管道水温数据.基于解析出的管道水温时空图像,提出了基于水温温差背景噪声值的入流定位方法;确定出无外部入流影响时管道水温空间和时间温差的背景噪声值分别约为±0.2℃和±0.5℃.采用水温图像降噪处理方法,自动识别出污水管道的旱天污水接入和雨天雨水接入事件,与现场调查结果一致.因此,该方法对污水管道入流的动态识别定位具有可靠性.     

垃圾填埋场生态覆盖系统研究

为了探索生态覆盖系统的合理设计,利用非压实覆盖土层储蓄降水、依靠植物的蒸腾和土壤蒸发消耗土壤水从而控制渗沥污染,在武汉大学灌溉排水与水环境综合试验场开展了不同组合覆盖形式的渗沥控制试验,并对生态覆盖系统进行非饱和水运动数值模拟和水量平衡分析,结果表明,适合于生态覆盖的土壤类型为壤土和粘壤土,覆盖土层填筑密度宜在1.1-...     

应用大井法预测矿井涌水量

矿井涌水量是矿井建设和生产过程中单位时间内流入矿井的地表水、裂隙水、岩溶水等的水量。矿井涌水量的计算有利于煤矿单位确定矿井排水设备和制定防治水方案。矿井涌水量的预测工作十分重要,准确的矿井有水量能够有效的防止矿井水害的发生,减少煤矿的开采成本,保障煤矿能够安全生产。本文以某矿井的实际水文地质条件为基础,应用大井法预测矿井涌水量。     

基于节点水质监测的污水管网破损位置判定方法

提出基于管网检查井水质特征因子监测,并结合管网和污染源地理信息系统,解析污水管段的地下水入渗量和破损程度,以解决逐段物探或流量检测成本高且难以实施的问题.采用安赛蜜作为生活污水的水质特征因子,对安徽省巢湖市某污水厂服务范围（14.4km²）的污水管网系统地下水入渗量进行了空间分布解析,并识别出管网严重破损位置.结果表明：①基于划分管网节点的分段地下水入渗量解析,其总的入渗量解析结果与基于总体水量平衡的解析结果相对误差为21.0%,与典型管段流量监测结果的相对误差为5.4%,表明建立的方法是可靠的;②占污水管网总长0.3%的局部管段,其地下水入渗量占到总入渗水量的23.0%.因此,对局部破损管段进行修复,可以显著降低整个管网系统的破损程度.据此还提出了应用该方法的基本原则.     

新疆平原湖泊(包括人工湖)水质盐化及其防治途径

新疆平原湖泊、平原水库盐化日趋严重。湖泊、水库水质盐化对渔业、灌溉、苇产、饮水和人体健康带来很大影响。引起湖泊、水库水质盐化的原因,主要是人为活动造 水盐与水量平衡关系改变的结果。为防止水质盐化,必须减少农田排水泄入河道和湖泊、增加入湖水量,扭转湖泊水量平衡长期亏损状态。     

黄土丘陵区不同土地利用类型下生物土壤结皮的入渗效应

为揭示黄土丘陵区BSCs(生物土壤结皮)的入渗特征,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,选择荒草地、沙棘灌丛和油松林3种典型土地利用类型进行采样,采用环刀模拟法研究不同土地利用类型下苔藓结皮和地衣结皮对水分入渗的影响. 结果表明:①不同土地利用类型下的2种BSCs均明显减少初渗速率和达到稳渗所需时间,初渗速率降幅最小值、最大值分别出现在油松林、荒草地下地衣结皮;荒草地、沙棘灌丛苔藓结皮稳渗速率相对裸土分别增加2.4%、10.0%,而二者地衣结皮明显降低稳渗速率,降幅分别为45.2%和55.0%,油松林下苔藓结皮和地衣结皮稳渗速率均增幅为18.2%. ②苔藓结皮在3种土地利用类型下均促进土壤水分入渗,其入渗量调控率在荒草地、沙棘灌丛和油松林下分别是1.0%、10.0%和0.7%;而地衣结皮在荒草地和沙棘灌丛下明显阻碍水分入渗,其入渗量调控率的绝对值分别为43.9%和50.0%,在油松林下的入渗量调控率则为16.5%. ③Horton模型对生物土壤结皮入渗过程拟合效果最好,较适于描述本区具有生物结皮覆盖的土壤入渗特征.      

垃圾填埋腾发覆盖系统渗沥控制试验和数值模拟

垃圾填埋场腾发覆盖系统(ET Landfill Cover)是由单一土层和植被构成的简易、低成本、无需管理的生态渗沥控制系统,该系统利用覆盖土层储蓄降水、依靠植物的蒸腾和土壤蒸发消耗土壤水,从而实现渗沥污染控制.通过在武汉大学灌溉排水与水环境综合试验场开展裸土覆盖和5组腾发覆盖的渗沥控制对比试验,并对这6个试验处理进行水量平衡分析,结果发现其中60 cm厚度壤土层和灌木构成的腾发覆盖系统渗沥控制效果比较好,但是试验过程也发现60 cm厚度土层储水能力不足以完全阻止雨量充沛季节形成渗沥液,在旱季也不能向灌木提供充足水分,而是需要灌溉来维持灌木正常生长.因此采用Hydrus 2D软件对不同土层厚度腾发覆盖系统的渗沥控制效果进行数值模拟,结果表明,在武汉地区采用120～140 cm厚度壤土层和灌木构成的腾发覆盖系统是确保渗沥控制效果的经济合理方案.     

均匀入流沟渠的流量与沿程水深变化规律

近年来,在城市建设过程中,广场、公园、城市道路等区域大量采用线性排水沟或缝隙排水,有沿程入流的沟渠为非均匀流,因此,在上述排水方式中普遍采用的谢才公式计算方法会产生较大误差。针对上述问题,采用物理模型方法,研究了沿程均匀入流对明渠恒定流水面曲线的影响,提出了不同坡度、渠底宽度和壁面粗糙度条件下的水面曲线,并与谢才公式计算结果进行了比较。结果表明:在各实验工况条件下有沿程入流时,沟渠内水面曲线均沿程增加,与谢才公式计算结果有明显差异,并进一步拟合出流量-水深的计算关系公式。上述研究成果对研究和优化道路边沟、线性排水等沿程均匀入流沟渠的水力断面设计计算具有重要意义。     

Sanitary sewer overflows associated with non-NPDES entities

The technical, operational, legal-political, and management aspects of sanitary sewer overflows associated with non-NPDES entities were investigated. The identification of the parameters contributing to sanitary sewer overflows was focused on wet-weather conditions. Such conditions include rainfall-induced infiltration and inflow (RDII), and increased attention was given to infiltration and inflow (I/I) sources located on private property. The study also included a reference to historical and current approaches and solutions to private-property I/I, with emphasis on local ordinances, NPDES authority, and equity of corrective actions. Telephone surveys to municipalities and agencies working in the field were performed, to retrieve new information and innovating approaches. Rehabilitation of central collection systems alone can reduce I/I by an average of 30%. Although the concern is essentially legal and political when dealing with private-property owners, a comprehensive rehabilitation effort extended on private property can reduce I/I by as much as 90%.     

Sanitary sewer overflows associated with non-NPDES entities

The technical, operational, legal-political, and management aspects of sanitary sewer overflows associated with non-NPDES entities were investigated. The identification of the parameters contributing to sanitary sewer overflows was focused on wet-weather conditions. Such conditions include rainfall-induced infiltration and inflow (RDII), and increased attention was given to infiltration and inflow (I/I) sources located on private property. The study also included a reference to historical and current approaches and solutions to private-property I/I, with emphasis on local ordinances, NPDES authority, and equity of corrective actions. Telephone surveys to municipalities and agencies working in the field were performed, to retrieve new information and innovating approaches. Rehabilitation of central collection systems alone can reduce I/I by an average of 30%. Although the concern is essentially legal and political when dealing with private-property owners, a comprehensive rehabilitation effort extended on private property can reduce I/I by as much as 90%.     

雨、污合流制城区降雨径流污染的迁移转化过程与来源研究

2003～2006年通过对武汉市汉阳城区不同尺度降雨径流、市政污水的监测,结合环境地球化学方法,研究雨、污合流制城区降雨径流污染的形成、迁移转化过程及污染来源.结果表明,雨、污合流制城区地表径流汇入排水系统,经排水系统传输,污染程度显著增加.屋面径流中TSS和COD浓度（EMC）的平均值分别为18.7 mg/L和37.0 mg/L,路面径流中TSS、COD浓度（EMC）的平均值分别为225.3 mg/L和176.5 mg/L,而在集水区出口处径流中TSS、COD浓度（EMC）的平均值分别为449.7 mg/L和359.9 mg/L;污染物的组成也发生了明显的改变,颗粒态COD增加了18%,有机污染增强.研究还发现,城市地表、雨水口、生活污水管和合流管道沉积物中P、Fe含量具有明显分异特征,可以利用沉积物中P/Fe识别集水区尺度降雨径流污染成因与来源.据此对集水区出口2次径流污染来源计算,56%±26%的悬浮物来自城市地表与雨水口,44%±26%的悬浮物源于生活污水的沉积物.生活污水中污染物对降雨径流污染的贡献是通过在合流管道中形成沉积发生的.雨、污合流管道在降雨径流污染形成过程中发挥了转化器和加重径流污染的作用.减少合流管道中沉积物的形成是削减径流污染负荷的途径之一.     

污水管网典型混流制区域水量水质波动特征解析

混流制管网区域的入流入渗等问题致使污水水量水质波动较大,这给城市污水系统运行管理带来极大挑战.以某市典型混流制区域为对象,建立基于物联网的多点同步监测平台,重点研究了混流制污水管网的运行特点,识别关键的特征指标和不同情景下的指标变化特征.结果表明,旱流正常液位情景下水量水质日变化规律明显、多点同步性规律较一致;旱流高液位情景下水量水质日变化规律依然存在,但水质多点同步性差异较大;旱流液位、电导率波动特征受季节降雨量变化影响显著,且其主分布区间与季节降雨显著相关.降雨过程对液位变化速率及特征时段内的电导率变化速率分布特征影响较大,高低液位两种情景下液位、电导率对雨量雨型的响应特征差异显著,低液位时电导率响应更灵敏,高液位时液位响应更灵敏.基于旱季雨季分布规律以及降雨过程水量水质变化特征,建立了基于多点同步监测的管网运行参数特征库,为雨污混流管网优化运行管理提供支持.     

城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律

为探明城市污水管网中污染物的冲刷与沉积规律,对西安市污水管网进行实际调研,结果表明,污水支管和干管的沉积物厚度时变化较大,变化量分别为0~24 mm和0~12 mm,管道污水中颗粒态污染物发生沉积和冲刷的概率高;而污水主干管的沉积物厚度时变化较小,管道内颗粒物沉积与沉积物冲刷水平维持相对平衡.为进一步明确污水中污染物浓度变化与水流流速的关系,建立了污水管道冲刷与沉积模拟中试装置,研究了不同流速下管道中碳(有机)、氮、磷三类污染物含量和粒径分布的变化规律.结果表明,随着污水流速的增加,冲刷强度增大,管道中污染物浓度急剧升高,通过粒径分布监测结果可知,管道中有机污染物易存在于粒径较大的颗粒物上,氮、磷类污染物易吸附在粒径较小的颗粒物上;当流速小于0.6 m·s~(-1)时,污水中颗粒态污染物的沉积作用大于冲刷作用,发生物理沉积,造成污水中碳源不足,当流速大于0.6 m·s~(-1)时,水流冲刷强度增大,沉积物被水流大量携带,但污水中碳类有机污染物的增加比重大于氮和磷类污染物,使现有污水碳源不足得到改观,利于生物脱氮除磷工艺的碳源需求.     

高家坪隧道岩溶水系统识别及涌水量预测

为查明在建宜保高速高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源以及隧道区的水文地质条件,并预测可能的涌水量,在对隧道区内岩溶发育规律调查分析的基础上,先后在隧道区开展了两次地下水示踪试验,结果查明:高家坪隧道内ZK45+995m处突水点的补给来源于隧道北侧的下埫岩溶洼地,汇水面积为0.66km2,突水点所处的岩溶管道为黄龙洞岩溶水系统的西支,为单一岩溶管道类型,地下水最大流速为341 m/d,平均流速为244m/d,地下水流速快,管道介质相当发育。根据示踪试验划分的黄龙洞岩溶水系统与干洞坪岩溶水系统边界范围,并利用黄龙洞泉长期降雨量-泉流量监测数据,采用大气降雨入渗法预测高家坪隧道ZK45+995m处突水点未来可能遭遇的最大涌水量为13 216m3/d,正常涌水量为5 940m3/d,为隧道防治水方案的制定提供了水文地质依据。     

北京城区雨水管道沉积物污染负荷研究

在北京市城区部分排水管道调研的基础上,通过监测西城区上游、下游雨水管道检查井断面径流中的污染物,研究管道沉积物在次降雨条件下的冲刷释放污染负荷.结果表明,在城市降雨径流污染控制中,雨水管道沉积物的冲刷释放作用对管道出流的污染贡献不可忽视.对于本研究所选取的雨水管道,其中84 m管道中沉积物次降雨(2010年7月9日)过程中对径流出流的污染负荷贡献率分别为:TN(总氮)8.5%、TP(总磷)8.2%、COD 18.3%、SS(悬浮颗粒物)7.7%;295 m管道中沉积物次降雨过程中(2010年8月4日)的污染负荷贡献率为:TN(总氮)23.12%、TP(总磷)30.01%、COD 33.78%、SS(悬浮颗粒物)31.89%.因此,为保证城市水环境得到根本的改善,明确雨水管道沉积物冲刷释放的量对径流总量的控制有一定的借鉴意义.     

不同强度降雨径流对水源水库热分层和水质的影响

基于西安金盆水库2012~2019年汛期多场不同强度的降雨径流水质数据,对水温、浊度、总氮、总磷及含砂率等指标进行分析,全面探究不同强度降雨径流潜入过程及其对水源水库热分层与水质的影响.结果发现,不同强度降雨潜入库区位置不同,径流量较小时（洪峰流量<500m³/s）,径流为等温度层潜流,从温跃层上部进入库区;中径流（洪峰流量为500~1500m³/s）受温度和含沙量共同作用,潜入点下移,以中部层间流方式进入库区;大径流（洪峰流量>1500m³/s）受含沙量影响显著,潜流层厚度变大,径流以底部潜流方式进入库区.不同强度降雨径流对库区热分层影响也不同,小径流影响较小;中径流会破坏水体上部的温跃层,并在底部形成温度梯度较小的温跃层;大径流则会使中底部水体完全更新混合,导致中底部水体水温均匀一致,由温跃层直接过渡到恒温层.不同径流量、来水水质和潜流位置对主库区水质影响不同,TN主要以溶解态为主,占比在76%以上,TP则以颗粒态为主,占比达61%;径流量较低时,温跃层上部氮磷浓度较高,随径流量的增大,冲刷效果的增强,潜流层水体氮磷浓度变高,当热分层被打破时,整个断面浓度均明显升高.