基于數(shù)字化技術(shù)的溫州市排水管網(wǎng)養(yǎng)護管理

鄒德榮

摘要：城市的排水管網(wǎng)就像人體的靜脈，遍布城市的每一個角落，它承擔著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務(wù)，是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施之一。本文以溫州市為例，在大量閱讀文獻的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前城市排水管網(wǎng)現(xiàn)狀，分析排水管網(wǎng)養(yǎng)護現(xiàn)狀，并結(jié)合近年來應(yīng)用廣泛的數(shù)字化技術(shù)，選取典型案例，對管網(wǎng)日常養(yǎng)護中的積淤風(fēng)險評估，養(yǎng)護計劃制定和清淤效果進行分析，為城市排水管網(wǎng)科學(xué)養(yǎng)護提供方法和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：城市排水管網(wǎng) 數(shù)字化技術(shù) 養(yǎng)護

城市排水管網(wǎng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市污水收集輸送與雨水匯集排放的骨干，是改善城市水體環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。然而，由于排水管網(wǎng)錯綜復(fù)雜且深埋地下，難以準確地全面掌握管道運行情況，加之長期以來城市排水管網(wǎng)的養(yǎng)護手段落后，且缺乏先進的預(yù)測手段和科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)，造成現(xiàn)有排水管到大多存在堵塞、滲漏、甚至破裂，嚴重影響和制約了管道的排水能力。

為了能夠最大限度發(fā)揮管道的排水能力，延長管道的使用壽命，就迫切需要在現(xiàn)代化的數(shù)字化技術(shù)的指導(dǎo)下，對排水管道進行定期的檢查、評估、養(yǎng)護和修復(fù)，建立一套完善的檢測評估和養(yǎng)護手段。本文以溫州市為研究對象，在建立排水GIS系統(tǒng)、管網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)和模型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對排水管道的積淤風(fēng)險進行評估，對其清淤效果進行分析，建立科學(xué)、有序、可視化的管網(wǎng)養(yǎng)護體系，從而提升管網(wǎng)養(yǎng)護效率。

一、排水管網(wǎng)養(yǎng)護現(xiàn)狀

由于排水管網(wǎng)深埋地下，長期以來重建設(shè)而輕管養(yǎng)的思想，加之養(yǎng)護手段落后，導(dǎo)致現(xiàn)有的排水管道大多不同程度的存在滲漏、腐蝕、淤積堵塞甚至破裂，嚴重影響和制約了排水能力，從而給城市居民的生產(chǎn)和生活帶來諸多不便。但由于城市排水管網(wǎng)的復(fù)雜性和隱蔽性，目前，城市排水管網(wǎng)養(yǎng)護工作的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在：

1、“先淤再清”的養(yǎng)護模式。城市排水管網(wǎng)錯綜復(fù)雜且多敷設(shè)與地下，難以準確全面地掌握管道的積淤狀況，且由于缺乏先進的預(yù)測手段和科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)，不能及時掌握管網(wǎng)運行狀況的變化，往往是在積淤嚴重或問題暴露出來后才采取清淤措施，造成了現(xiàn)階段管網(wǎng)養(yǎng)護采取“先淤再清”的模式。

2、養(yǎng)護計劃的主觀性。在城市排水管網(wǎng)的養(yǎng)護中，由于采取“先淤后清”的養(yǎng)護模式，養(yǎng)護過程不分主次，且養(yǎng)護計劃的制定在很大程度上受人的主觀意愿影響，存在一定的盲目性，加之長期以來缺乏全面完整、科學(xué)有效的管道養(yǎng)護篩選數(shù)據(jù)庫，難以制定高效的養(yǎng)護計劃。

3、逐步提高的養(yǎng)護手段和偏低的養(yǎng)護技術(shù)。近年來，隨著城市排水管網(wǎng)管理水平的不斷提升，排水管網(wǎng)的養(yǎng)護手段也歷經(jīng)人工清掏、簡單的機械輔助，以至于發(fā)展到現(xiàn)在聯(lián)合疏通車的應(yīng)用，管道養(yǎng)護的新技術(shù)新工藝正在不斷的涌現(xiàn)。然而，現(xiàn)有專業(yè)養(yǎng)護人員缺失、一線養(yǎng)護人員知識水平偏低、年齡層次偏大、流動性強，從而造成的養(yǎng)護技術(shù)偏低，使養(yǎng)護效果大打折扣，這就給排水管網(wǎng)的養(yǎng)護工作帶來極大的影響。

4、養(yǎng)護效果難以評估。一方面，排水管網(wǎng)養(yǎng)護工作隨著現(xiàn)場作業(yè)的完成而結(jié)束，缺少對養(yǎng)護效果的評估環(huán)節(jié)；另一方面，由于缺少相應(yīng)的技術(shù)手段，難以對比分析養(yǎng)護前后管道的運行狀態(tài)。以上兩方面因素，造成現(xiàn)階段排水管網(wǎng)的養(yǎng)護效果難以評估。

二、排水數(shù)字化技術(shù)簡介

隨著GIS技術(shù)、在線監(jiān)測技術(shù)和模型技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，排水管網(wǎng)養(yǎng)護的科學(xué)化管理水平得到了極大地提升。包括美國、西歐、澳大利亞、日本等國家在內(nèi)的世界各國均趨向于建立排水管網(wǎng)仿真模擬技術(shù)、在線監(jiān)測技術(shù)與GIS技術(shù)三驅(qū)動的軟硬一體的綜合型數(shù)字化排水系統(tǒng)。

1、GIS技術(shù)。GIS即地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合計算圖形學(xué)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體，把地理位置和相關(guān)屬性有機的結(jié)合起來，利用GIS技術(shù)提供排水管網(wǎng)管理涉及的海量空間數(shù)據(jù)管理、瀏覽、查詢和空間分析功能，可根據(jù)實際需要準確真實、圖文并茂的輸出用戶，為管理者提供了全面、完整的管道養(yǎng)護篩選數(shù)據(jù)庫，能夠幫助管理者快速制定科學(xué)的管道養(yǎng)護計劃

2、在線監(jiān)測技術(shù)

排水管網(wǎng)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)由現(xiàn)場的采集設(shè)備（如水位儀）進行采集，通過無線傳輸方式傳輸至數(shù)據(jù)采集工作站，通過接口程序?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，并通過軟件進行數(shù)據(jù)的顯示和查詢。一方面，在線監(jiān)測技術(shù)通過對排水管網(wǎng)運行狀況進行24小時在線監(jiān)控，能夠為決策者提早提供預(yù)警信息，使其對排水管網(wǎng)的運行情況作出迅速、準確的反應(yīng)；另一方面，利用在線監(jiān)測技術(shù)采集的排水管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，可對管網(wǎng)模型進行校正，從而使模擬結(jié)果更加切近實際。

3、模型模擬技術(shù)

通過排水管網(wǎng)水動力學(xué)模型，結(jié)合管道流量、檢查井液位等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用排水管網(wǎng)模型在各種假設(shè)條件下，對排水管網(wǎng)的系統(tǒng)運行特征進行仿真模擬，并對模擬結(jié)果進行可視化顯示，以全面掌握排水管網(wǎng)的運行規(guī)律，實現(xiàn)排水管網(wǎng)的管道負荷分析、積水與溢流分析、污染物溯源分析、應(yīng)急預(yù)案制定與模擬等專業(yè)分析功能，從而實現(xiàn)對排水管網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計和運行管理做出科學(xué)決策。

三、應(yīng)用案例

溫州市區(qū)位于甌江南岸，東瀕東海，南與瑞安為界，東西長約40km，南北寬約18km。溫州市下瞎鹿城、甌海和龍灣三區(qū)，建成區(qū)面積200km2。據(jù)最新排水管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)，溫州市一、二級管網(wǎng)（寬度6米及以上道路）長度約為2600km。

目前，溫州市已完成排水GIS系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，其中，GIS系統(tǒng)除了常用的存儲、查詢、統(tǒng)計、分析等基礎(chǔ)功能外，還實現(xiàn)了對排水管網(wǎng)工程建設(shè)、日常維養(yǎng)、以及野外巡查和防汛抗臺等方面業(yè)務(wù)的信息化管理；在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對試驗區(qū)域63個監(jiān)測點的全天候監(jiān)測，同時該監(jiān)測系統(tǒng)融合了模型模擬，可實現(xiàn)對管網(wǎng)運行狀態(tài)的仿真模擬，并對模擬結(jié)果進行分析。本文選取甌海區(qū)15個監(jiān)測點所在區(qū)域進行研究。

1、管道積淤風(fēng)險分析

通過對檢查井內(nèi)水位的實時監(jiān)測和對監(jiān)測結(jié)果進行計算和分析，并結(jié)合直觀顯示，管網(wǎng)養(yǎng)護人員可以全面準確地掌握整個管網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并直觀地識別出發(fā)生積淤而需要養(yǎng)護的管道。

（1）正常狀態(tài)：所有管段為綠色（如下圖所示），且所有相鄰上下游窨井之間基本沒有水位差，說明這個排水系統(tǒng)基本完好，管道基本暢通。

（2）出現(xiàn)積淤情況：若某一管段呈黃色或紅色，但下游管段為綠色，部分上下游窨井之間存在水位差，說明產(chǎn)生水位差的管段堵塞，出現(xiàn)積淤。本文基于6月28日一次積淤事件，如下圖所示，1#和2#檢查井之間管段呈紅色，2#與3#檢查井之間的管段呈現(xiàn)黃色，3#檢查井后管段均為綠色；由此說明，3#檢查井與4#檢查井，13#檢查井與14#檢查井之間的管段存在積淤的情況，且 1#檢查井有污水外溢的風(fēng)險，亟需養(yǎng)護。

2、管道養(yǎng)護效果分析

根據(jù)系統(tǒng)顯示的報警信息，先后派疏通隊伍到現(xiàn)場進行管段的疏通養(yǎng)護，隨著養(yǎng)護工作的進行，養(yǎng)護前后每隔20分鐘提取一次水位數(shù)據(jù)，由此，養(yǎng)護前后1#、2#、3#檢查井的水位過程線如下圖所示。

四、結(jié)論

由以上應(yīng)用可知，基于排水GIS系統(tǒng)、管網(wǎng)遠程監(jiān)測系統(tǒng)和模型系統(tǒng)的數(shù)字化技術(shù)，能夠準確地全面掌握管道的運行情況，可建立一套完善的排水管道定期檢查、評估、養(yǎng)護和修復(fù)的養(yǎng)護機制，為排水管網(wǎng)的養(yǎng)護提供先進的預(yù)測手段和科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。具體表現(xiàn)在：

1、實現(xiàn)“先淤后清”模式的轉(zhuǎn)變。數(shù)字化系統(tǒng)獨特的預(yù)警功能，根據(jù)報警閾值的設(shè)置，能夠在事故發(fā)生前發(fā)出預(yù)警，從而使養(yǎng)護人員提前出動。

2、養(yǎng)護計劃的科學(xué)性。通過數(shù)字化系統(tǒng)的實時監(jiān)測和可視化的顯示，能夠?qū)⑴潘芫W(wǎng)的實時運行情況直觀地展示在管理者的面前，從而避免了養(yǎng)護計劃制定的盲目性，提高了養(yǎng)護效率。

3、現(xiàn)代化的GIS技術(shù)、遠程監(jiān)測技術(shù)和模型技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了排水管網(wǎng)養(yǎng)護的技術(shù)手段。

4、養(yǎng)護效果可評估。對比分析養(yǎng)護前后管道水位、流速等運行參數(shù)，可分析并直觀地展示排水管網(wǎng)養(yǎng)護效果。

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