1. 引言
江苏全省有乡级以上河道2万余条、县级河道2000多条，其中列入省骨干河道名录的有723条，是唯一一个同时拥有大江、大河、大湖和大海的省份[1]。江苏依水而生、因水而兴，自然禀赋为江苏带来了发展契机，也成为生态保护、绿色发展中最大的变数。如何系统谋划沿江、沿河、沿湖、沿海地区的发展，统筹考虑生态保护、城镇布局、产业发展和交通基础设施建设，实现人口资源环境的均衡、经济社会生态效益的统一，成为摆在江苏干部群众面前的一道必答题。
近年来，江苏投入大量资金进行了多轮水环境治理，水环境质量得到大幅提升，群众满意度较高[2]。但在过去的治理中，往往为了在短时间内控制河道污染，很多城市在河道两岸建设截污管，用于截流河道排口中的污水。该方式虽然起到了立竿见影的效果，但近年来，沿河管的弊端日益凸显，不仅容易引起河水倒灌及入渗，也导致雨天大量雨水进入污水处理厂，增加了进入污水厂的水量、降低了污水厂的浓度，大大增加运营成本[3]。现沿河截污管废除(或改造)、沿河污水管上岸，已然迫在眉睫。
2. 研究背景
2.1. 排查背景
江都区南区水生态环境整治工程实施过程中，发现市政雨污水串接和沿河排口倒灌等现象，导致项目城区污水主管网水位高，下游泵站水质浓度低，受张纲河和灰粪港沿河污水主管水位的影响，上游城区主管摸排工作开展困难，同时河水倒灌增加了污水处理厂水量，降低了污水厂效益，增加调查的难度和成本。
2.2. 江都区灰粪港河道现状
江都灰粪港西起芒稻河，流经江都市开发区、江都镇、宜陵镇，东与白塔河相通，全长15.3公里，是扬州市通南高沙土地区的骨干引排河道之一。由于该河道地处高沙土地区，经过多年运行，现状河道淤积，引排能力不足，水环境质量恶化。其中城区段长约5公里，长期以来，灰粪港(城区段)河道淤积严重，河水发黑发臭，河道两侧分布了多个住宅小区以及学校，友谊花园、中远欧洲城、滨江园、中远美墅、鸿益千秋、乐和嘉园、实验初中、江都中学等居民生活受到严重影响。
根据物探探测结果，灰粪港(芒稻河~黄河南路)由于受到污水直排等，河道水污染严重，且雨季大量未经妥善处理的混合污水、溢流污水排放水体导致水体持续恶化
为提高污水厂效益，创造上游市政管网摸排条件，有效提高城区分流工作的开展，开展沿河主管运营状态调研分析，因沿河管埋深深、液位高、难降水，拟通过液位和水质连锁，锁定问题节点。主要工作内容分晴天和雨后分别监测管道液位，河道水位，提供水质化验。
3. 沿河管网排查
3.1. 总体目标
在灰粪港沿河污水主管降水困难的条件下，利用最低的成本开展沿河主管运营状态调研分析，通过液位和水质连锁，锁定问题节点，为城市污水提质增效传召条件。
3.2. 调研路径
本次调研分析拟采用智能管网监测 + 人工监测相结合的方式，智能管网监测系统可以实时检测采集水位数据，避免反复开启井盖的人力工作及成本，提高监测工作效率。同时，调研人员针对河道水质情况，对主管重要节点进行动态监测，包括液位、水质等[4]。
3.3. 监测点位选取
本次针对灰粪港两岸污水主管，在市政支管接入点及重要节点，选取了一些点位，其中南岸污水主管共选取9个点位，分别为ZG 12、ZG 11、HF 1、HF 2、HF 3、HF 5、HF 6、HF 12、HF 15、HF 17、HF 18 (如图1)。
其中HF 3、ZG 12、ZG 11三个点为加装智能管网监测设备，其余点位采用人工不定期监测的方式收集数据。
Figure 1. Monitoring point map
图1. 监测点位图
3.4. 调研分析过程
3.4.1. 管井定位
根据历史及测绘资料，对灰粪港沿河主管进行摸排，明确管道具体走向、位置，确定每个井的点位。
3.4.2. 智能管网在线监测数据
本次选取2024年6月14日至2024年9月9日的数据，该时间段处于汛期，更能反映出运行中存在的问题。数据主要采集液位和TDS，由于在线水质检测成本过高，TDS检测速度快，虽然与水质好坏没有直接联系，但其变化趋势可在一定程度上作为水质浓度的参考[5] (由于数据太过庞大，下表1仅包含部分数据)。
Table 1. Online monitoring data table
表1. 在线监测数据表
时间 |
液位 |
TDS |
2024-06-14 15:09:49 |
1.57 |
280.01 |
2024-06-14 15:09:50 |
1.57 |
281.62 |
2024-06-24 15:00:57 |
1.56 |
283 |
…… |
…… |
…… |
2024-09-09 12:05:21 |
0.41 |
348.47 |
2024-09-09 12:15:58 |
0.4 |
342.74 |
2024-09-09 12:26:34 |
0.39 |
340.99 |
本次拟针对时间和空间进行比较，即相同时间不同点位的液位和水质比较和同一点位不同时间的液位和水质比较，由于本次10分钟进行一次自动测量，数据多，在时间的选取上拟选用水低谷期和用水高峰期两个时间段的数据，更具代表性。
3.4.3. 人工监测数据(液位)
人工监测采用不定期不定点的方式开展，同时，当监测到主管存在问题时，相应的摸排问题点位的上游管道，以下两组为摘选出的南岸污水管相对比较全的数据，作为示意(表2、表3)。
Table 2. Liquid level data table for May 31st
表2. 5月31日液位数据表
序号 |
测绘井号 |
地面标高(m) |
水面离地面高度(m) |
水面标高(m) |
备注 |
1 |
ZG12 |
4.912 |
4.25 |
0.66 |
|
2 |
ZG11 |
4.1209 |
2.85 |
1.27 |
|
3 |
HF1 |
6.8725 |
5.5 |
1.37 |
流速大，水深浅 |
4 |
HF2 |
6.7693 |
2.7 |
4.07 |
疑似上下管井，水面不动，井内有声音 |
5 |
HF3 |
6.3381 |
4.7 |
1.64 |
流速大，水深浅 |
6 |
HF5 |
4.7725 |
/ |
/ |
打不开井盖，未测量 |
7 |
HF6 |
6.4784 |
4.4 |
2.08 |
龙溪桥下，水流大 |
8 |
HF12 |
6.0733 |
/ |
/ |
鸿益千秋模块砖堆料压住，未测量 |
9 |
HF15 |
5.2552 |
1.7 |
3.56 |
水不流动 |
10 |
HF17 |
6.8389 |
2.3 |
4.54 |
|
11 |
HF18 |
6.7328 |
1.95 |
4.78 |
|
Table 3. Liquid level data table for June 23rd
表3. 6月23日液位数据表
序号 |
测绘井号 |
地面标高(m) |
水面离地面高度(m) |
水面标高(m) |
备注 |
1 |
ZG12 |
4.912 |
4.2 |
0.712 |
|
2 |
ZG11 |
4.912 |
4.2 |
0.712 |
|
3 |
HF1 |
6.8725 |
5.63 |
1.2425 |
|
4 |
HF2 |
6.7693 |
2.7 |
4.0693 |
|
5 |
HF3 |
6.3381 |
4.7 |
1.6381 |
|
6 |
HF5 |
4.7725 |
\ |
\ |
打不开井盖，未测量 |
7 |
HF6 |
6.4784 |
4.5 |
1.9784 |
|
8 |
HF12 |
6.0733 |
\ |
\ |
鸿益千秋模块砖堆料压住，未测量 |
9 |
HF15 |
5.2552 |
2.15 |
3.1052 |
|
10 |
HF17 |
6.8389 |
2.15 |
4.6889 |
|
11 |
HF18 |
6.7328 |
2.1 |
4.6328 |
|
3.4.4. 水质检测数据
水质检测不定期与人工监测同步进行，以下两组(表4、表5)水质数据对应5月31日和6月23日的液位测量数据。
Table 4. Water quality data table for May 31st
表4. 5月31日水质数据表
序号 |
井号 |
样品编号 |
水质类别 |
总氮(mg/L) |
总磷(mg/L) |
化学需氧量(mg/L) |
NH3-N (mg/L) |
1 |
ZG12 |
W20240531-37 |
污水 |
16.3 |
2.84 |
43 |
9.23 |
2 |
ZG11 |
W20240531-35 |
污水 |
21.0 |
2.46 |
95 |
16.2 |
3 |
HF1 |
W20240531-40 |
污水 |
31.9 |
2.93 |
129 |
23.8 |
4 |
HF2 |
W20240531-41 |
污水 |
1.99 |
0.56 |
28 |
1.16 |
5 |
HF3 |
W20240531-42 |
污水 |
36.0 |
4.17 |
149 |
25.2 |
6 |
HF5 |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
7 |
HF6 |
W20240531-44 |
污水 |
43.7 |
5.94 |
186 |
42.4 |
8 |
HF12 |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
9 |
HF15 |
W20240531-50 |
污水 |
56.7 |
6.87 |
291 |
36.2 |
10 |
HF17 |
W20240531-51 |
污水 |
36.0 |
4.71 |
78 |
31.9 |
11 |
HF18 |
W20240531-52 |
污水 |
44.7 |
4.79 |
144 |
40.3 |
Table 5. Water quality data table for June 23rd
表5. 6月23日水质数据表
序号 |
井号 |
样品编号 |
水质类别 |
总氮(mg/L) |
总磷(mg/L) |
化学需氧量(mg/L) |
NH3-N (mg/L) |
1 |
ZG12 |
W20240623-38 |
污水 |
19.8 |
3.17 |
54 |
18.2 |
2 |
ZG11 |
W20240623-37 |
污水 |
28.9 |
2.10 |
111 |
27.2 |
3 |
HF1 |
W20240623-15 |
污水 |
46.3 |
4.17 |
196 |
38.8 |
4 |
HF2 |
W20240623-16 |
污水 |
2.94 |
0.42 |
26 |
0.17 |
5 |
HF3 |
W20240623-17 |
污水 |
29.9 |
3.79 |
172 |
20.2 |
6 |
HF5 |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
7 |
HF6 |
W20240623-19 |
污水 |
34.9 |
3.50 |
174 |
17.2 |
8 |
HF12 |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
\ |
9 |
HF15 |
W20240623-23 |
污水 |
40.0 |
5.47 |
290 |
34 |
10 |
HF17 |
W20240623-25 |
污水 |
7.50 |
0.44 |
48 |
2.76 |
11 |
HF18 |
W20240623-26 |
污水 |
37.6 |
4.40 |
171 |
33.5 |
4. 数据分析
4.1. 液位分析
根据灰粪港南岸沿线后期测量的污水检查井的液面及井底标高显示，南岸管道坡降1.32 m，水面坡降1.78 m (龙溪路以西仅0.32 m)，全线长约1745 m，管道坡降比8‰，水面坡降比6‰，管线坡降小，且管线倒伏严重。
Figure 2. Inspection well liquid level diagram
图2. 检查井液位图
如图2，根据随机选取的不同时间的污水检查井水位，基本具有一致性，水位在HF17、HF2以及ZG11附近反常，下游水位高于上游，特别是在HF1~HF3之间，出现水位大幅度升高的现象，初步怀疑有外水进入。
Figure 3. Comparison chart of liquid levels at abnormal points
图3. 异常点液位对比图
根据HF3、ZG11、ZG12三点位的在线液位数据分析，管道内水位部分时间段比较平稳，但是大部分时间变化都比较大，且普遍在7月中下旬出现长时间大幅升高的情况，结合污水厂进水水质周报，在同一时间段，污水厂进水水量增大，污染物浓度降低，由此可见，有大量河水进入灰粪港沿河管道。
如图3，通过随机选取的同一时间在线监测数据，通过空间分析，可以看出下游水位整体高于上游，可能由于下游外水进入或上游存在漏点。
4.2. 水质分析
根据采样的水质检测结果可知，污水浓度从上游到下游总体上是不断降低的，部分点出现浓度升高可能是由于支管来水冲击导致。
此外，HF1~HF3之间污染物浓度出现大幅下降(图4、图5)，结合水位的分析，进一步怀疑该范围内有外水进入，极有可能是灰粪港河水倒灌。
Figure 4. Comparison of water quality trends during time period 1 (Unit: mg/L)
图4. 时间段1水质趋势对比图(单位：mg/L)
Figure 5. Comparison of water quality trends during time period 2 (Unit: mg/L)
图5. 时间段2水质趋势对比图(单位：mg/L)
根据HF3、ZG11、ZG12三点位的在线TDS数据分析，管道内污水浓度(将TDS近似视为浓度)部分时间段比较平稳，但大部分时间变化都比较大，且普遍在7月中下旬出现长时间大幅降低的情况，结合污水厂进水水质周报，在同一时间段，污水厂进水水量增大，污染物浓度降低，由此可见，有大量河水进入灰粪港沿河管道。
5. 总结
5.1. 调研分析结论
1) 灰粪港南岸沿河污水主管管线坡降小，且管线倒伏严重，污水收集输送能力差，已很难继续作为主管使用。
2) 在HF17、HF2以及ZG11三个点位附近，出现水位异常升高和浓度异常下降，怀疑有外水进入。需对三个点位附近的管道进行进一步摸排，尤其是HF1~HF3之间，需要作为重点，找到漏点并及时修复。
3) 水位及水质的变化，可能受到泵站临时来水及工业废水等因素的影响，导致本次研究的结论出现一定偏差。
5.2. 对类似项目的经验总结
1) 对于检测难度大的沿河过河管，由于存在河水倒灌以及污水主管运行不可间断等问题，无论是管道的封堵降水，还是检测过程中的调排水，都非常困难，且排查检测周期较长。本方法可以利用液位、水质等进行初步判断，缩小问题排查面积；
2) 可使用在线监测仪器，不仅节省人工成本，还可以不间断监测，得到长序列数据，对于研究结论的准确性更高；
3) 检查井内部安装的在线监测设备准确性无法确保，且受传感器影响。不建议仅采用在线仪表数据，需进行人工复核；
4) 由于TDS一般不用于污水水质的检测，因此只可作为水质变化趋势的参考，其数据并不能等同于污水污染物指标的高低，且液位等传感器在污水井实际使用过程中，不仅需频繁进行运维，且故障率较高，目前尚不成熟。本方案仅供提供一种思路，且适用场景为缩小沿河管排查范围，不可作为施工图设计依据，管道具体问题仍需经过CCTV检测发现及判断[6]。