地下管線探測技術(shù)在污水零直排區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用探討

余磊鑫

（江蘇海洋大學(xué) 海洋技術(shù)與測繪學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市面積的擴(kuò)張以及地表硬化面積的隨之增加，城市原有生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，我國許多大中城市尤其是長江流域地區(qū)頻繁發(fā)生嚴(yán)重的城市內(nèi)澇災(zāi)害，給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?、生產(chǎn)帶來巨大的損失，甚至威脅到生命安全，這對社會的和諧、穩(wěn)定和發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響；同時，很多城市在建設(shè)初期受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與理念的制約，市政排水管道與城市建設(shè)不同步，城區(qū)內(nèi)排水管道合流制和分流制交替存在以及排水系統(tǒng)混亂導(dǎo)致大量城市污水排入河道，致使河道水體環(huán)境的不斷惡化。

1 污水零直排區(qū)建設(shè)

為踐行“綠水青山就是金山銀山”的城市生態(tài)發(fā)展理念，推進(jìn)城市生態(tài)文明建設(shè)邁上新臺階，各級政府在生態(tài)建設(shè)工作實施過程中衍生出多項生態(tài)工程，“污水零直排”就是其中一項重點(diǎn)工程，旨在改善水環(huán)境。

“污水零直排”工程是指將雨水、污水分流排放，或?qū)⑽鬯幚砗笈欧牛_(dá)到消除建設(shè)區(qū)域內(nèi)河道晴天排污現(xiàn)象，以改善河道水環(huán)境[1]。它在雨污分流的基礎(chǔ)上提出更嚴(yán)格的要求，第一是在嚴(yán)格執(zhí)行雨污分流標(biāo)準(zhǔn)下建立完善的污水、雨水排水管網(wǎng)；第二是排水管道及其附屬設(shè)施設(shè)備完好，排水管道無錯接、漏接、錯位、淤積、破損、堵塞等問題現(xiàn)象；第三是所有雨污水管網(wǎng)有定期檢查整改機(jī)制。

2 地下管線探測技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

地下管線探測是獲取地下管線信息的一項重要基礎(chǔ)工作。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，早期的開井調(diào)查方式已無法滿足海量的地下管線信息獲取和現(xiàn)代化的信息管理，在工程物探技術(shù)的應(yīng)用推廣下，地下管線探測技術(shù)發(fā)展到基于物探技術(shù)的“內(nèi)外業(yè)一體化”探測技術(shù)，為地下管線管理與運(yùn)行維護(hù)提供了豐富的信息獲取手段。

2.1 早期探測技術(shù)應(yīng)用

上世紀(jì)九十年代之前，因管線探測技術(shù)的限制以及行業(yè)管理水平的落后，城市地下管線探測方式以開井調(diào)查為主。由于地下管線具有隱蔽性和地下條件復(fù)雜等特點(diǎn)，不能準(zhǔn)確獲取地下管線信息，而且工作量大，社會經(jīng)濟(jì)效益低下。

2.2 物探技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

上世紀(jì)80 年代末，工程物探技術(shù)逐漸引入到地下管線探測中，其中電磁感應(yīng)法、探地雷達(dá)法、地震波法、電阻率法、磁法、地面測溫法等相繼取得地下管線探測應(yīng)用成果。隨著探測儀器技術(shù)水平的提高，發(fā)展出了高精度磁梯度法、高密度電阻率法、面波法以及紅外測溫法等，這些方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下也取得了大量的成功案例。下面介紹幾種在實際工作中常用的地下管線探測方法。

（1）直接法：直接法是指一種人為主動控制電磁場源的電磁感應(yīng)法。工作原理是將電磁發(fā)射機(jī)的一端接在探測管線的金屬連接點(diǎn)上，另一端接在管線的另一個連接點(diǎn)上或者接地，根據(jù)管線周圍產(chǎn)生的磁場判斷管線的位置。該方法產(chǎn)生的電磁信號強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確定位管線位置，測深精度較高，主要適用于地下金屬類管線探測，如鋼、鑄鐵等材質(zhì)。

表1 地下管線調(diào)查項目表

表2 地下管線測量定位特征點(diǎn)及附屬設(shè)施

（2）夾鉗法：夾鉗法也是人為主動控制電磁場源的電磁感應(yīng)法。工作原理是利用地下管線探測儀配備的具有環(huán)形磁芯的夾鉗，夾在被測金屬管線上，夾鉗產(chǎn)生的磁場能直接耦合到管線上，這樣管線也就產(chǎn)生了感應(yīng)電流。夾鉗法相較于直接法的優(yōu)勢是不受相鄰管線的干擾，但同樣要求被測管線必須有管線出露點(diǎn)，適用于電纜等直徑較小的金屬管線，直接決定了夾鉗法的探測精準(zhǔn)度。

（3）探地雷達(dá)法：探地雷達(dá)（Ground Probing Radar，簡稱GPR）法是一種利用電磁波確定地下介質(zhì)分布的電磁技術(shù)。利用探測儀對地下進(jìn)行高頻電磁波掃描，在地下各類管線與土質(zhì)界面處產(chǎn)生反射波，根據(jù)反射的電磁波確定地下管線的結(jié)構(gòu)、走向和埋深。當(dāng)管線與地下周圍介質(zhì)間電磁特性差異較大時，該方法具有較好的探測效果，適用于非金屬管線探測。探地雷達(dá)法的主要優(yōu)勢是能夠無損檢測，不對路面環(huán)境、目標(biāo)體等形成破壞，且具有操作簡單、作業(yè)高效的特點(diǎn)，但是受環(huán)境的干擾較大，只能對管線進(jìn)行剖面探測。

（4）地震波法：地震波法是使用儀器發(fā)射器在地面上激發(fā)地震波向地下深處傳播，遇到不同的介質(zhì)產(chǎn)生不同的反射波，儀器接收器根據(jù)反射波解析確定地下管線信息。與探地雷達(dá)法相比，地震波法可以在水下環(huán)境使用，在探測埋設(shè)較深、口徑較大的金屬或非金屬管道時，該方法探測效果明顯。

2.3“內(nèi)外業(yè)一體化”探測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

隨著城市地下管線建設(shè)的不斷發(fā)展以及城市現(xiàn)代化建設(shè)的要求下，城市規(guī)劃提出建立地下管線信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地下管線的信息化管理，要求將地下管線探測、地下管線數(shù)據(jù)處理和建庫、地下管線自動成圖等步驟一體化作業(yè)，由此推出了“內(nèi)外業(yè)一體化”探測技術(shù)。在物探技術(shù)、數(shù)字化測繪技術(shù)以及3S 技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用下，“內(nèi)外業(yè)一體化”探測技術(shù)也得到了快速發(fā)展和應(yīng)用推廣：地下管線探測方法和探測儀器不斷完善，探測技術(shù)水平不斷提高；數(shù)字化測繪程度不斷發(fā)展，自動化、智能化帶來作業(yè)效率的提高；GPS 和GIS 推廣應(yīng)用使得獲取地下管線空間信息的效率和質(zhì)量不斷提高；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂對規(guī)范和統(tǒng)一地下管線技術(shù)的應(yīng)用和推廣起到了重要作用。

在此期間，地下管線探測由原有的內(nèi)外業(yè)分離作業(yè)、人工操作繁多過渡到地下管線數(shù)據(jù)采集和處理的數(shù)字化和自動化，使得工作效率大大提高，獲得的數(shù)據(jù)日益規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理的信息化和可視化[1]，形成了地下管線數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與建庫最后到信息系統(tǒng)建設(shè)的工作流程，成為地下管線信息化建設(shè)的主要技術(shù)手段和工作模式，同時也為后期信息系統(tǒng)運(yùn)行中的信息更新提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3 地下管線探測技術(shù)在污水零直排區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 污水零直排區(qū)建設(shè)工程目標(biāo)

“污水零直排”區(qū)建設(shè)工程目標(biāo)主要是查明建設(shè)區(qū)域內(nèi)污水源頭、設(shè)施情況、雨污水排放情況，明確排水設(shè)施現(xiàn)狀以及存在問題，建立涉水污染源頭信息數(shù)據(jù)庫和排水設(shè)施分布資料數(shù)據(jù)庫。探測雨污水管線以及相關(guān)附屬物的平面坐標(biāo)、高程、材質(zhì)、流向，查明雨污水管線的性質(zhì)并追蹤管線至立管處；繪制雨水管線平面圖以及編制管線點(diǎn)和混接點(diǎn)成果表和調(diào)查成果報告。

3.2 排水管線探查

排水管線分為雨水、污水及雨污合流管線，區(qū)分查明合流管線的流向、埋深、材質(zhì)、斷面尺寸等，雨水管線強(qiáng)調(diào)區(qū)分晴天有水流出和無水流出的支流管線，晴天有水流出的為有污染管線，無水流出的確定為雨水管線，對晴天流水的雨水管線追蹤調(diào)查至污染源頭（立管），對雨水接入污水管線的雨水篦或立管進(jìn)行調(diào)查。

3.2.1 探查方法

管線探查從下游開始，逆流向追蹤至源頭。采取直接開井量測的方法對明顯管線點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，采用示蹤法等調(diào)查隱蔽點(diǎn)以及疑難點(diǎn)。

明顯點(diǎn)開井量測內(nèi)容如表1 所示。

對于隱蔽點(diǎn)以及疑難點(diǎn)采用示蹤法，將示蹤探頭的一端放入排水管道內(nèi)，探頭隨管道內(nèi)排水流動，地表用探測儀對示蹤探頭進(jìn)行跟蹤定位。

3.2.2 地下管線測量定位點(diǎn)

對管線點(diǎn)的特征及其附屬設(shè)施（包括檢查井、雨水篦、泵站、排水口等）做詳細(xì)的調(diào)查、紀(jì)錄和量測。量測讀至厘米并做詳細(xì)的外業(yè)原始記錄。

為了便于管理，對管線點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號，管線點(diǎn)的編號由調(diào)查人員在管線調(diào)查現(xiàn)場編排，在實地管線點(diǎn)旁采用鋼釘打入地面作為標(biāo)志，并用紅油漆注記。

排水管線調(diào)查順序遵循“已知到未知，簡單到復(fù)雜”的原則，雨水管線應(yīng)追溯至河道排口（無論此排口是否出測區(qū)），同理，污水管線應(yīng)調(diào)查至與現(xiàn)有GIS 管網(wǎng)接駁井或泵站。

3.2.3 污染源調(diào)查

查明市政雨污水管網(wǎng)合流、混接位置（包含雨水進(jìn)入污水及污水進(jìn)入雨水），將源頭位置定義為污染源并賦予相應(yīng)點(diǎn)號，包括旱季有污水流出且不確定污水來源的管道，若為地面水直接流入，則將流入位置井定義為污染源，標(biāo)注出雨水進(jìn)入污水的點(diǎn)位，明確雨水來源、標(biāo)高、管徑、排污量等。

3.2.4 排放口調(diào)查

查明河道排放口的位置、管徑、管底高程、是否封堵等。注意排放口的“排水量”即為“排污量”，即所有流至此排口的污染源排污量總和。

3.2.5 泵站、截流井調(diào)查

按照內(nèi)業(yè)表格要求查明其位置、泵站名稱、截流井類型等。

3.3 管線測繪

根據(jù)工作進(jìn)展以及涉及的管線覆蓋范圍，采用測區(qū)地方平面坐標(biāo)系統(tǒng)及1985 國家高程基準(zhǔn)收集測區(qū)范圍內(nèi)的控制成果，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)驗證，確保起算點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

3.3.1 圖根控制測量

（1）圖根控制點(diǎn)的布網(wǎng)、埋設(shè)及編號

a.圖根點(diǎn)主要沿測區(qū)道路布設(shè)，不完全要求相鄰點(diǎn)兩兩通視，但為了便于以后測繪的需要，每點(diǎn)至少有一個通視方向。

b.圖根點(diǎn)的標(biāo)志埋設(shè)：根據(jù)測區(qū)實際情況，本次主要在水泥地面埋設(shè)固定標(biāo)志，紅油漆畫框書寫點(diǎn)號。

c.圖根點(diǎn)的編號采用點(diǎn)號前冠大寫字母“XL”（街鎮(zhèn)首字母，比如“閑林”），后面加上三位阿拉伯?dāng)?shù)字順序編號，從001 至999，編號不得大于999，可以缺號或跳號，但不得重復(fù)，如“XL120”。

（2）圖根控制點(diǎn)的精度要求

采用網(wǎng)絡(luò)RTK 測量方法進(jìn)行施測圖根控制測量。圖根控制點(diǎn)測量前應(yīng)至少檢測1-2 個已知點(diǎn)，其中平面位置較差不大于5cm，高程較差不大于10cm。圖根網(wǎng)絡(luò)RTK 測量要求按照以下規(guī)定執(zhí)行。

（3）平面控制點(diǎn)檢核

RTK 平面控制點(diǎn)檢核測量技術(shù)要求如表3 規(guī)定。

表3 RTK 平面控制點(diǎn)檢核測量技術(shù)要求

圖根控制點(diǎn)RTK 高程測量與網(wǎng)絡(luò)RTK 平面測量同時進(jìn)行，其它精度指標(biāo)及施測要求滿足表4 規(guī)定。

表4 網(wǎng)絡(luò)RTK 高程測量技術(shù)要求

3.3.2 管線點(diǎn)測量

采用全站儀極坐標(biāo)法測量管線點(diǎn)的平面位置。采用極坐標(biāo)法時，以圖根控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，水平角、邊長可觀測半測回，測距長度不宜超過150m，定向邊采用長邊，儀器高量至毫米。

精度指標(biāo)要求如下：

地下管線明顯管線點(diǎn)埋深測量精度如表5 所示，地下管線中心埋深hm表示，量測埋深限差δm表示。

表5 明顯點(diǎn)埋深測量精度

（2）地下管線隱蔽點(diǎn)測量精度：平面位置限差δts=0.10h，埋深限差δth=0.15h，h 為地下管線中心埋深，以厘米為單位，h 不足 1m 以 100cm 計算[4]。

（3）管線點(diǎn)測量精度：解析管線點(diǎn)平面位置相對于鄰近控制點(diǎn)中誤差±5cm，高程相對于鄰近高程控制點(diǎn)中誤差±3cm，二倍中誤差為限差[5]。

（4）地下管線圖的測繪（編繪）精度：測量點(diǎn)位中誤差±0.5mm。

3.4 成果整理

錄入管線探測庫、坐標(biāo)庫并校對、程序檢查探測庫中有無屬性錯誤。用正元等軟件出管線圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫，屏幕查圖的工作就是做到外業(yè)手圖、探查記錄手簿、探查成果庫、測量成果庫后出草圖的一致性，修改屏幕查圖工作中發(fā)現(xiàn)的錯誤。在此基礎(chǔ)上編制成果表，繪制管線圖。

4 結(jié)束語

污水處理是一項長期且重要的工程，尤其在城市迅速發(fā)展過程中污水排放量不斷增加，這些污水不僅影響到周圍環(huán)境，同時也會威脅到人們的身體健康[1]。隨著城市信息化管理的不斷深化以及城市現(xiàn)代化建設(shè)的日新月異，越來越要求用現(xiàn)代化的方式來管理、建設(shè)和規(guī)劃城市。本文介紹了將現(xiàn)代化的地下管線探測技術(shù)應(yīng)用在“污水零直排”建設(shè)中的方法，希望可以給相關(guān)工程隊伍提供一定的借鑒與參考。