城鎮(zhèn)河道污染源實(shí)地調(diào)查及動(dòng)態(tài)管理研究

錢正偉，孫雪梅，薛武軍

(常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213002)

1 引 言

城鎮(zhèn)雨污水管道合流排放及雨污水管道串聯(lián)現(xiàn)象，生活、實(shí)驗(yàn)、餐飲等各種污水沿雨水管道排入河流中，造成河流中有機(jī)碳、有機(jī)氮污染物以及含磷化合物負(fù)荷不斷加大，河道水環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。水環(huán)境污染源普查是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)性工作，掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和分布情況，了解污染源的產(chǎn)生、排放和處理情況，建立健全的污染源檔案、污染源信息數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，是當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的重要工作?！爸腔鄢鞘小薄?63”“333”專項(xiàng)行動(dòng)等項(xiàng)目的推進(jìn)，均要求各級(jí)政府將河道污染治理納入重要工作議程，對(duì)河道污染源進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)查，掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布，建立河道重點(diǎn)污染源檔案和各級(jí)污染源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)污染源信息共享機(jī)制的建立，為污染源的管理奠定基礎(chǔ)，為制定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)政策、規(guī)劃提供依據(jù)。本文結(jié)合常州市武進(jìn)城區(qū)河道污染源調(diào)查工作，分析城鎮(zhèn)河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實(shí)地調(diào)查方法，并提出利用GIS可視化技術(shù)對(duì)河道污染源進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)管理，使得河道污染源普查效用最大化。

2 城區(qū)河道污染源形成原因及分類

城鎮(zhèn)河道水質(zhì)污染多來(lái)自雨水管網(wǎng)內(nèi)外來(lái)水的輸入：①地下水，主要通過(guò)管道或者附屬設(shè)施縫隙、缺陷處流入，往往比地面徑流雨水遲緩地流入管道；②雨水外的其他水源流入，主要是指直接從地面隨機(jī)累積的水源，以及錯(cuò)誤流入分流制系統(tǒng)的水源，或雨污水管道混接；③合流制排水管道在暴雨或融雪情況下，流量超過(guò)污水處理廠或污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力時(shí)，該部分排放水以溢流的形式排放到河道水體。這三類排放水均會(huì)造成河流中有機(jī)碳污染物、有機(jī)氮污染物以及含磷化合物負(fù)荷不斷加大，對(duì)河道水質(zhì)產(chǎn)生了很大的影響。因此河道污染源排查需要從點(diǎn)源排放污染、溢流污染、管道損壞引起的污染幾方面著手排查。

常州市武進(jìn)區(qū)城區(qū)河道周邊主要以工廠企業(yè)、居民住宅、商鋪、學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)關(guān)事業(yè)單位為主，點(diǎn)源污染源一般分為：

(1)生活污水：包括陽(yáng)臺(tái)洗滌水、空調(diào)水排放水、澡堂排放水、拖把池排放水、食堂排放水、洗衣水等，直接排放至雨水管道；

(2)雨污串聯(lián)：雨污水管互通現(xiàn)象；

(3)露天污染：包括生活垃圾的堆放、露天排放等；

(4)實(shí)驗(yàn)廢水：實(shí)驗(yàn)室的廢水、廢料通過(guò)管道排放至雨水管道。

溢流污染與城市污水處理廠處理容量相關(guān)，污染治理與點(diǎn)源污染有所區(qū)別，本文主要分析點(diǎn)源污染源、雨污串聯(lián)及管道破損污染的追蹤和排查。

3 河道污染源實(shí)地調(diào)查

點(diǎn)源污染源、雨污串聯(lián)及管道破損污染而進(jìn)入的污水均是通過(guò)雨水管道通過(guò)排口排入河道水體中，因此城市河道污染源調(diào)查，需要從雨水管道、雨水排口著手，探明河道沿線排口及周邊雨水管線敷設(shè)情況，利用CCTV、QV等檢測(cè)設(shè)備評(píng)估排水管道狀況，查明測(cè)區(qū)內(nèi)雨水管道排放情況和污染源信息。整體技術(shù)流程如圖1所示：

圖1 河道污染源實(shí)地調(diào)查流程圖

3.1 雨水管線探測(cè)

雨水管線探測(cè)需要探明雨水管道管徑、材質(zhì)、流向、埋深等信息，滿足《城市地下管線探測(cè)規(guī)程》技術(shù)要求。在常規(guī)雨水管線探測(cè)的基礎(chǔ)上，還需要針對(duì)雨水井、雨水篦有無(wú)污染源進(jìn)行分類，滿足后續(xù)河道污染溯源的需求。雨水井、雨水篦需要查明是否存在污染源、是否私接支管情況，同時(shí)需要查明檢查井、溢流井位置，為后續(xù)排污溢流監(jiān)控奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實(shí)地測(cè)繪時(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)部分井蓋銹死、個(gè)別井蓋被埋，給管線探測(cè)帶來(lái)不小的難度。為配合管線探測(cè)工作，利用視頻檢測(cè)儀器、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)或井蓋探測(cè)儀對(duì)被埋井進(jìn)行查找。

3.2 排口調(diào)查

排口調(diào)查考慮采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的形式完成排口調(diào)查?；贕IS可視化技術(shù)將河流域雨水管道進(jìn)行一張圖展示，由于城市雨水管道多利用排口形式直接排入河道，因此可利用緩沖分析技術(shù)將城市河流與雨水管道進(jìn)行緩沖分析，管道與河道交點(diǎn)或緩沖區(qū)內(nèi)及目標(biāo)排口位置，從而可以快速判定哪些地方缺少排口資料，從而進(jìn)行針對(duì)性探查。

實(shí)際探查時(shí)，需要對(duì)排口進(jìn)行編號(hào)、拍照，采集排放口的管徑、材質(zhì)、埋深、平面位置和高程等信息，記錄排口是否有污水排入，形成完整的排口資料。位于河道水面以下排口必要時(shí)按計(jì)劃分段由水利主管部門對(duì)區(qū)域河道進(jìn)行下閘開泵的形式或臨時(shí)圍堰后降水或有針對(duì)性地利用潛水員摸查。排口實(shí)地調(diào)查時(shí)，可以依據(jù)需要為關(guān)鍵排口安裝水浸傳感器及視頻監(jiān)控，對(duì)排口排水狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控平臺(tái)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排口排污狀態(tài)。后續(xù)排口巡查時(shí)，也可以考慮采用垂直起降多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行定期巡查，提高巡查效率。

3.3 污染源排查

利用現(xiàn)場(chǎng)踏勘、河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)等手段可以快速建立河道污染排口檔案及雨水管線，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網(wǎng)線路，根據(jù)聯(lián)通的雨水管網(wǎng)，利用GIS緩沖區(qū)分析功能，配合興趣點(diǎn)信息，可以在圖上標(biāo)明可能污染源，為污染源溯源提供初步數(shù)據(jù)參考。

現(xiàn)場(chǎng)排查時(shí)，以各排放口為源頭，沿聯(lián)通的雨水管道從下游往上游逐井詳查雨水管網(wǎng)現(xiàn)況，逐井拍照及視頻攝影，觀察并記錄排放物情況(流量、水質(zhì)等)。將排放口分兩類進(jìn)行，非雨天有流水和無(wú)流水兩類，判斷有無(wú)流水需多次、分時(shí)段實(shí)地取證。非雨天流水排口為污染源重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，調(diào)查排水口上游對(duì)應(yīng)的雨水井、雨水篦及管段，首先對(duì)雨水井、雨水篦內(nèi)私接管道進(jìn)行排查，其次利用QV對(duì)管段內(nèi)部初查，對(duì)疑似污染源管段用CCTV進(jìn)行詳查確認(rèn)，期間部分水位或淤泥較高的需要清淤疏通和氣囊封堵配合，從而確認(rèn)管道上是否有支管或暗管，及排放物來(lái)源走向。個(gè)別暗管污染源源頭較難查找，無(wú)法準(zhǔn)確判斷污染源的來(lái)源，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，利用CCTV和探地雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)污染源進(jìn)行定位，從而判斷污染源源頭。通過(guò)排口-管道-井-管道溯源式調(diào)查，最終可查找到污染源，對(duì)其進(jìn)行精確定位，形成污染源排查報(bào)告。對(duì)于判斷為非雨天無(wú)流水排放口，往上游對(duì)雨水井、雨水篦和管段進(jìn)行精確定位即可，最終形成雨水管網(wǎng)一張圖。

CCTV視頻檢測(cè)前的管道封堵需要根據(jù)實(shí)際管道情況和管道內(nèi)水流強(qiáng)度，選用潛水封堵或橡膠氣囊輔助封堵，依據(jù)先上游、交匯井入水口原則進(jìn)行封堵。一般運(yùn)營(yíng)中的主管段采用潛水封堵，施工階段或支管可選用相交氣囊輔助封堵。測(cè)區(qū)內(nèi)管道內(nèi)垃圾較多，為滿足視頻檢測(cè)和污染源調(diào)查的要求，還需要對(duì)管道先進(jìn)行疏通、清淤，確保視頻檢測(cè)和污染源調(diào)查工作順利進(jìn)行。

3.4 管道視頻檢測(cè)

管道封堵后利用QV、CCTV進(jìn)行管道檢測(cè)，除了可以查明排污來(lái)源，還可以對(duì)管道內(nèi)部破損及缺陷進(jìn)行檢測(cè)，探明是否有因管道破損引起的污染滲入，同時(shí)為后續(xù)管道修復(fù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。視頻檢測(cè)依據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，依據(jù)照片、視頻進(jìn)行判讀，確定管道的缺陷類型及缺陷等級(jí)，同時(shí)給出管道修復(fù)建議。管道缺陷分為結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷兩類，結(jié)構(gòu)性缺陷分為破裂、變形、接口問(wèn)題、滲透、暗接、腐蝕、井體問(wèn)題、軸線問(wèn)題及標(biāo)高問(wèn)題；功能性缺陷則指管道內(nèi)部障礙導(dǎo)致的水流受阻。管道破裂、變形視頻如圖2所示。

圖2 管道破裂、變形視頻

3.5 污染源實(shí)地調(diào)查成果資料

實(shí)地調(diào)查成果分為：雨水管線探測(cè)成果、排口調(diào)查成果、污染源調(diào)查成果、視頻檢測(cè)成果。其中雨水管線、排口、污染源成網(wǎng)狀聯(lián)通，視頻檢測(cè)成果與相應(yīng)雨水管線一一對(duì)應(yīng)。

4 基于GIS可視化技術(shù)的河道污染源動(dòng)態(tài)管理

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、探查完成的河道污染源溯源調(diào)查，形成了現(xiàn)勢(shì)的雨水管線、排口、暗管、排污點(diǎn)成果數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)河道污染源的動(dòng)態(tài)管理，可考慮采用信息化手段，將上述實(shí)地調(diào)查成果進(jìn)行建庫(kù)，建立河道污染一張圖，利用GIS可視化技術(shù)輔助后續(xù)河道污染源動(dòng)態(tài)管理。

基于WebGIS技術(shù)研發(fā)輕量化的排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)(圖3)，以電子地圖等地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將雨污水管道、排口、點(diǎn)狀污染源等信息集中在一張圖，提供數(shù)據(jù)填報(bào)、編輯接口，更新排污點(diǎn)、排口、檢查井、溢流井等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信息，同時(shí)還可以融合黑臭河流、排水片區(qū)等治水?dāng)?shù)據(jù)，按管道空間位置接入CCTV視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)視頻、水質(zhì)指標(biāo)信息等物聯(lián)網(wǎng)接口，在線、動(dòng)態(tài)監(jiān)管排水基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維情況及城市治水業(yè)務(wù)進(jìn)展信息，實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施、綜合治水一站式管理，使得河道污染源實(shí)地調(diào)查的效用最大化。

圖3 排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)

基于移動(dòng)GIS技術(shù)研發(fā)掌上排水系統(tǒng)(圖4)，通過(guò)移動(dòng)、在線、現(xiàn)場(chǎng)辦公形式，改變了傳統(tǒng)人員現(xiàn)場(chǎng)勘查、手動(dòng)更新模式，打通不同作業(yè)流程通道，使得日常巡查、問(wèn)題督辦、責(zé)任落實(shí)業(yè)務(wù)一個(gè)平臺(tái)完成，提高排口、河道巡查辦公效率。水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)信息的接入，并按月匯總生成水質(zhì)報(bào)表，形成河道整治一覽表，方便跟蹤河道治理進(jìn)展。

圖4 掌上排水系統(tǒng)

排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)同時(shí)也為前期河道污染源實(shí)地調(diào)查提供技術(shù)支撐(圖5)，利用空間分析功能獲取直通河流的排口信息，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網(wǎng)線路，根據(jù)聯(lián)通的雨水管網(wǎng)，再利用緩沖區(qū)分析功能，可以在圖上高亮顯示可能污染源，從而可以加快污染源普查效率。通過(guò)污染源普查工作，可以明確河道污染源分布及污染種類，在排水一張圖上添加與排口動(dòng)態(tài)相關(guān)的污染源實(shí)體信息，以排口、污染源地理空間實(shí)體為圖形化基礎(chǔ)，串聯(lián)后期污染源治理計(jì)劃，建立城市污染源治理一覽圖，動(dòng)態(tài)監(jiān)管跟蹤各污染源治理進(jìn)展。

圖5 信息系統(tǒng)輔助河道污染源實(shí)地調(diào)查

5 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合常州市武進(jìn)城區(qū)河道污染源調(diào)查工作，根據(jù)武進(jìn)區(qū)城鎮(zhèn)河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實(shí)地調(diào)查的流程和技術(shù)路線，并提出利用GIS可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)雨水管線、排口、河道污染源等調(diào)查資料一張圖展示，服務(wù)于河道污染源持續(xù)性監(jiān)測(cè)管理，也為前期河道污染源實(shí)地調(diào)查提供技術(shù)支持。為使得河道污染源普查效用最大化，還需要建立河道污染源巡查、監(jiān)測(cè)制度，利用無(wú)人機(jī)航飛、移動(dòng)端等技術(shù)輔助河道、排口移動(dòng)巡查；考慮結(jié)合視頻監(jiān)控、排口浸潤(rùn)傳感器、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)河道、排口、排污的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。