案例 | 太原市城市排水生命线安全运行监测项目
2025.05.12
一、建设背景
为深入贯彻落实习近平总书记关于“一泓清水入黄河”战略部署,沿黄省份都在大力推进雨污分流改造,确保雨水入河,污水入厂。山西省太原市制定了《太原市“一泓清水入黄河”攻坚行动方案》,全面推动排水工程改造,通过实施错混接点整改、老旧小区实施雨污分流改造、更新改造污水管网、排水管网专业化运维等一系列工程手段,全方位整改排水系统问题。同时按照住建部、山西省住建厅城市基础设施生命线安全工程建设相关标准规范文件精神,落实生命线安全工程随新建、改造工程同步设计、同步施工、同步验收、同步使用的“四同步”要求,在新建、改造城市排水管网时同步建设城市生命线安全工程,建立了太原市城市排水生命线安全运行监测项目。项目以排水物联感知监测体系为基础,全方位智能化采集排水管网实时运行状态,建立起立体感知监测-数据对比分析-管网问题诊断-常态巡检养护-工程提升改造的排水闭环管理体系,通过平台验证雨污分流成效、精准诊断管网病害、构建科学防汛指挥体系、推动水环境达标。
二、建设内容
太原市城市排水生命线安全运行监测项目通过整合城区雨污水管网、泵站、污水厂、河道排口、重点排水户、低洼积水点等相关数据,接入泵站运行数据、污水厂运行数据、排污量、低洼积水点液位、泵站视频、水雨情、气象等信息,实现对全市雨污管网、泵站、污水厂及其他相关附属设施的智能监测管控,建成一个集信息共享、综合运行监控、应急处置、辅助决策分析于一体的多功能综合管理平台,为排水业务管理、防涝指挥等提供支持,构建“源网站厂河”一体化管理的新模式,形成具备实时感知、业务联动、预警预报、辅助决策和应急调度功能的排水综合管理体系。
图1 系统运行图
(一)摸清家底,构建“管网一张图”
通过排水设施数据调查,构建太原市管网、泵闸、排口等排水设施汇聚一张图,助力查明地下排水管网种类、规模、空间分布、功能属性、结构形式与产权归属等信息,实现地下排水管网全覆盖、无盲区。针对城市排水关系进行拓扑分析,对管网隐患进行排查,全面掌握城市每一根“毛细血管”的健康状态。
(二)构建厂-站-网-源全流程智能感知体系
充分利用排水生命线运维管理基础数据,对城市排水生命线运行情况、面临的主要风险、水文地质条件及周边环境等方面进行风险评估。太原市城乡管理局委托太原市市政工程设计研究院对太原市排水体系进行梳理,明确排水管网重点监测点位、监测指标和监测方法,制定了城市排水生命线安全工程监测体系建设专项方案。
结合太原市现状雨水系统分区、污水系统分区、受纳水体、地形地势现状,对太原市47个雨水系统关键排口、区域泵站、核心管网汇聚点以及太原市8个污水系统的污水处理厂、污水泵站、核心管网汇聚点、典型排水户进行监测。通过物联监测体系为管网隐患溯源、防涝联合调度提供完善的数据支撑。
图2 排水管网监测布点图
1、排水管网监测
排水管网监测方面重点梳理雨天溢流节点、不明外水入侵节点、主干汇水节点、污水管网高水位运行节点等作为重点监测对象,首批选取点位156处。基于排水管网重要节点的水位、流量、水质,提供城市排水系统运行的智能监测、分析和仿真预测,提升城市排水系统运行效率、管网隐患诊断和污水偷排判定能力,保障排水管网稳定运行及排水流畅。
2、排河口监测
排口监测方面结合太原市雨水分区情况,梳理自流排水分区核心干管汇聚排口以及雨季潜在溢流风险排口,首批选取点位39处。入河排口监测通过在雨水管网入河排口布设水位、流量、水质等智能监测设备,掌握排口水位、流量以及水质,实现雨水排口状态的监测预警,通过现场真实画面反馈排口运行情况。
3、泵站管控
梳理强排雨水分区区域泵站以及大型泵站,首批选取点位37处。实时监测提升泵站水位、流量以及水质,掌握泵站节点排水运行情况,旱季分析排水规律,为溯源管网隐患提供数据支撑,雨季为防洪排涝提供数据支撑。
4、城区内涝监测
联动接入太原市城市内涝监测数据,太原市在下穿隧道、低洼易涝区等布设监测点位703处,掌握内涝风险点积水水位、视频监控等动态监测数据,提供城市内涝风险区域积水水位实时在线监测预警和内涝灾害程度分析,保证有险情及时报警并高效处置。
5、井盖监测
井盖监测方面实时监测易涝区域周边重点路段的各井盖开闭状态、异动状态和健康状态(包括井盖松动、异响等),保障行人安全,避免交通事故发生。
6、雨量监测
结合太原市内涝风险点的分布,在区域内布设雨量监测设备,实时监控区域内的降雨量变化,为排水防涝提供数据支撑。
太原市城市排水生命线安全运行监测项目还构建了排水管网物联监测设备轮换体系,按照先片区、再局部、再溯源的思路,第一阶段基于监测数据,诊断发现排口及主干管网隐患问题,按隐患严重程度进行分阶段轮换精细监测,将感知设备集中在几个分区,诊断出分区隐患后再轮换至其他分区,形成隐患诊断报告。
三、建设成效
基于排水体系河-厂-站-网-源监测数据构建形成完善的太原市排水运行诊断评估体系。从“河”-河道排口调查和雨污混流调查、“厂”-污水处理厂水质水量分析、“站”-泵站水质水量分析、“网”-市政管网检测监测、“源”——排水户水质分析,五个方面进行诊断工作。
通过污水处理厂水质、水量分析数据,实时掌握污水处理厂运行情况,通过分析厂区服务范围内用水数据和污水处理厂收水数据,判断外水入侵情况;在排水管网诊断方面,通过关键节点水质、水量监测并结合现场清淤检测、管网缺陷及雨污混接调查的方式,查明污水管、合流管线问题,明确混接具体位置;在河道排口调查方面,通过查清排污口的排水属性,溯源排口上游管网拓扑关系,调查晴天、雨天排放和溢流情况,评估雨水排口的倒灌风险和雨污混流风险,通过对河道周围管网的检测诊断分析,分析雨污混流程度;在排水户水质分析方面,通过对项目范围内典型排水户出口的水质监测,评估排水户超标排放风险。
图3 排水运行分析诊断图
具体成效分为以下几个方面:
(一)精准诊断管网病害
项目运行以来,持续诊断太原市排水管网隐患问题,通过在监测布点的管道中,识别高水位、低流速运行的管道,评估溢流、淤积等运行风险分布,为太原市排水管网日常巡查养护提供科学的数据支撑。基于排水管网旱天流量监测数据及水质化验分析数据,对太原市各片区进行旱天外来水入流入渗分析,雨季根据降雨和管网流量数据,分析对比旱季流量运行规律以及雨天流量规律,分析不同降雨情况下的排水管网入流入渗的情况,同时根据分析结果,通过轮换监测的方式进一步对问题片区布点监测,进一步缩小问题区域,精准定位入流入渗、混接错接节点,为太原市雨污分流改造提供科学的数据支撑。
(二)验证雨污分流成效
2023年6月起,太原市城乡管理局集中开展雨污分流改造,目前已改造完成3186个混接节点,其中市政管网混接点1961个、源头混接点1245个,改造完成合流制管网改造102.26公里、240条。太原市城市排水生命线安全运行监测项目建立了对排水管网智能诊断算法,对比分析太原市雨污分流改造前后管网水质、流量数据,验证工程改造成效,通过系统验证太原市雨污分流改造成效显著,改造后的雨水管网基本消除雨季污水溢流、入渗的情况,污水管网基本消除雨季雨水入侵的情况。
图4 数据对比诊断图
2024年,太原市城乡管理局对迎泽大街混接及合流管网进行全面改造,通过在迎泽大街沿线排水管网部署监测设备63套,针对雨水管网重要节点、雨水排口、污水管网重要节点、重要排水户和雨量监测共布设了37个监测点,对改造后的迎泽大街排水管网进行全面监测分析。通过监测数据对比,改造后的迎泽大街排水管网稳定运行,已全面消除排水管网混接、合流、淤堵等隐患问题。同时,针对管网异常监测指标,向上游管网隐患问题进行溯源排查,初步诊断出迎泽大街上有雨污水管网入流入渗、管网错接风险点近十处。
图5 迎泽大街管网排水运行监测
(三)地上地下联动指挥
太原市城市排水生命线安全运行监测项目构建排水生命线安全主动预防监测体系,并充分结合“城市运行管理服务平台”建设要求,整合、对接已建成的太原市城市内涝预警监测平台,推动构建地上地下一体的防涝指挥联动方案,利用泵站排水能力、上下游关系、结构特点以及水位、水量变化趋势,来综合判断排水系统的运行负荷并进行多层级泵站之间的水量分配,通过分析排水负荷、掌握排水流向、模拟排水场景,制定合理联合调度方案。
太原市北张退水渠雨季存在高水位运行、退水不及时,导致周边路面积水、雨水倒灌地下室等问题。为缓解雨季北张渠退水压力,太原市城乡管理局在真武路开展雨污分流改造,构建雨水干管系统,通过控制雨水流径、流量,将路面279公顷汇水面积的雨水引流纳入大村雨水泵站系统,由大村雨水泵站调度分配。通过工程改造与排水调度相结合,减少了太原市北张退水渠高位水运行、倒灌、溢流等风险,提高内涝积水区域雨水入网效率,最大限度利用有效调蓄空间,减缓了周边区域内涝问题。
(四)处置风险闭环管理闭
太原市城市排水生命线安全运行监测项目下一步将与太原市城市运行管理服务平台、太原市市政综合监管平台的对接,建立健全行业主管及相关部门、运营管理单位之间信息互通、协调联动、快速响应、高效处置的工作机制,推动实现整个排水体系从监测、分析、预警、派单到处置的闭环管理。
太原市城市排水生命线安全运行监测项目形成太原市排水体系立体感知监测-数据对比分析-管网问题诊断-工程提升改造-改造成效验证的闭环管理体系。通过监测数据分析识别排水系统的问题,基于问题形成日常养护及工程改造计划,太原市市政公共设施建设管理中心通过日常运维及城市更新工程,开展挤外水、治混接、收污水、减溢流工程,逐步消除排水系统隐患问题,通过平台分析对比工程改造前后排水管网的运行数据,验证工程改造成效,从而推动太原市排水体系的健康发展。
四、创新应用
(一)分区实现排水管网精细监测。建立监测设备轮换使用模式,一方面大大减少项目投资,另一方面提高设备使用效率,通过设备轮换逐步推动各排水分区的精细监测,为管网诊断提供更精确的数据。
(二)分级实现排水管网精准诊断。对整体工程目标开展分级分区诊断工作,根据拓扑关系进行一级、二级分区,不同层级采取相应的监测检测方案,做到以问题为导向,有的放矢,避免按照绝对路线盲目开展工作,提高工作效率。
(三)地上地下联动科学排水防涝。地上内涝监测、地下管网监测,分析每个内涝风险点积水成因,比如收水能力不足、抽排能力不足、泵站未抽排、管道堵塞等,通过分析排水负荷、掌握排水流向、模拟排水场景,制定合理排水防涝联合调度方案。
五、推广价值
太原市城市排水生命线安全运行监测项目通过对排水设施运行监测数据和管网运行数据进行多维度分析,实现排水设施运行异常情况实时预警和主动发现,改变以往工作中,需要在人员巡查或等问题暴露时才发现的被动局面。在太原市城市排水生命线安全运行监测系统的支持下,实现排水设施养护工作的升级,改变以往的设施问题被动发现局面。
通过项目建设,排水管网隐患定位工作由原来消耗大量人力进行管网大范围排查的工作模式,转变为通过系统分析可能的隐患点,再进行有针对性的排查,实现隐患排查工作模式从“广撒网”到“精确打击”的转变,提高了排水管网隐患排查的工作质量与效率,为整个太原市排水体系的巡查、管养、改造提供可靠的数据支撑。同时项目将防涝应急所需的管网运行情况、泵闸站工作情况等多种地下运行数据与地面数据进行整合,并实现在地图上“一键调度”,改变以往工作中,管理维护部门难以掌握地下排水管网运行情况的业务痛点。