基于数字化技术的温州市排水管网养护管理

2014-10-21邹德荣

建筑工程技术与设计 2014年35期

邹德荣

摘要：城市的排水管网就像人体的静脉，遍布城市的每一个角落，它承担着城市防汛排涝、污水收集和输送的任务，是重要的城市基础设施之一。本文以温州市为例，在大量阅读文献的基础上，结合目前城市排水管网现状，分析排水管网养护现状，并结合近年来应用广泛的数字化技术，选取典型案例，对管网日常养护中的积淤风险评估，养护计划制定和清淤效果进行分析，为城市排水管网科学养护提供方法和技术支持。

关键词：城市排水管网数字化技术养护

城市排水管网是现代化城市不可缺少的基础设施，是城市污水收集输送与雨水汇集排放的骨干，是改善城市水体环境的重要环节。然而，由于排水管网错综复杂且深埋地下，难以准确地全面掌握管道运行情况，加之长期以来城市排水管网的养护手段落后，且缺乏先进的预测手段和科学的指导依据，造成现有排水管到大多存在堵塞、渗漏、甚至破裂，严重影响和制约了管道的排水能力。

为了能够最大限度发挥管道的排水能力，延长管道的使用寿命，就迫切需要在现代化的数字化技术的指导下，对排水管道进行定期的检查、评估、养护和修复，建立一套完善的检测评估和养护手段。本文以温州市为研究对象，在建立排水GIS系统、管网远程监控系统和模型系统的基础上，对排水管道的积淤风险进行评估，对其清淤效果进行分析，建立科学、有序、可视化的管网养护体系，从而提升管网养护效率。

一、排水管网养护现状

由于排水管网深埋地下，长期以来重建设而轻管养的思想，加之养护手段落后，导致现有的排水管道大多不同程度的存在渗漏、腐蚀、淤积堵塞甚至破裂，严重影响和制约了排水能力，从而给城市居民的生产和生活带来诸多不便。但由于城市排水管网的复杂性和隐蔽性，目前，城市排水管网养护工作的现状主要表现在：

1、“先淤再清”的养护模式。城市排水管网错综复杂且多敷设与地下，难以准确全面地掌握管道的积淤状况，且由于缺乏先进的预测手段和科学的指导依据，不能及时掌握管网运行状况的变化，往往是在积淤严重或问题暴露出来后才采取清淤措施，造成了现阶段管网养护采取“先淤再清”的模式。

2、养护计划的主观性。在城市排水管网的养护中，由于采取“先淤后清”的养护模式，养护过程不分主次，且养护计划的制定在很大程度上受人的主观意愿影响，存在一定的盲目性，加之长期以来缺乏全面完整、科学有效的管道养护筛选数据库，难以制定高效的养护计划。

3、逐步提高的养护手段和偏低的养护技术。近年来，随着城市排水管网管理水平的不断提升，排水管网的养护手段也历经人工清掏、简单的机械辅助，以至于发展到现在联合疏通车的应用，管道养护的新技术新工艺正在不断的涌现。然而，现有专业养护人员缺失、一线养护人员知识水平偏低、年龄层次偏大、流动性强，从而造成的养护技术偏低，使养护效果大打折扣，这就给排水管网的养护工作带来极大的影响。

4、养护效果难以评估。一方面，排水管网养护工作随着现场作业的完成而结束，缺少对养护效果的评估环节；另一方面，由于缺少相应的技术手段，难以对比分析养护前后管道的运行状态。以上两方面因素，造成现阶段排水管网的养护效果难以评估。

二、排水数字化技术简介

随着GIS技术、在线监测技术和模型技术等数字化技术的迅速发展和应用，排水管网养护的科学化管理水平得到了极大地提升。包括美国、西欧、澳大利亚、日本等国家在内的世界各国均趋向于建立排水管网仿真模拟技术、在线监测技术与GIS技术三驱动的软硬一体的综合型数字化排水系统。

1、GIS技术。GIS即地理信息系统，该系统融合计算图形学和数據库技术于一体，把地理位置和相关属性有机的结合起来，利用GIS技术提供排水管网管理涉及的海量空间数据管理、浏览、查询和空间分析功能，可根据实际需要准确真实、图文并茂的输出用户，为管理者提供了全面、完整的管道养护筛选数据库，能够帮助管理者快速制定科学的管道养护计划

2、在线监测技术

排水管网的在线监测数据由现场的采集设备（如水位仪）进行采集，通过无线传输方式传输至数据采集工作站，通过接口程序将监测数据存储到数据库中，并通过软件进行数据的显示和查询。一方面，在线监测技术通过对排水管网运行状况进行24小时在线监控，能够为决策者提早提供预警信息，使其对排水管网的运行情况作出迅速、准确的反应；另一方面，利用在线监测技术采集的排水管网运行数据，可对管网模型进行校正，从而使模拟结果更加切近实际。

3、模型模拟技术

通过排水管网水动力学模型，结合管道流量、检查井液位等在线监测数据，利用排水管网模型在各种假设条件下，对排水管网的系统运行特征进行仿真模拟，并对模拟结果进行可视化显示，以全面掌握排水管网的运行规律，实现排水管网的管道负荷分析、积水与溢流分析、污染物溯源分析、应急预案制定与模拟等专业分析功能，从而实现对排水管网的规划、设计和运行管理做出科学决策。

三、应用案例

温州市区位于瓯江南岸，东濒东海，南与瑞安为界，东西长约40km，南北宽约18km。温州市下瞎鹿城、瓯海和龙湾三区，建成区面积200km2。据最新排水管网普查数据，温州市一、二级管网（宽度6米及以上道路）长度约为2600km。

目前，温州市已完成排水GIS系统和在线监测系统的构建，其中，GIS系统除了常用的存储、查询、统计、分析等基础功能外，还实现了对排水管网工程建设、日常维养、以及野外巡查和防汛抗台等方面业务的信息化管理；在线监测系统实现了对试验区域63个监测点的全天候监测，同时该监测系统融合了模型模拟，可实现对管网运行状态的仿真模拟，并对模拟结果进行分析。本文选取瓯海区15个监测点所在区域进行研究。

1、管道积淤风险分析

通过对检查井内水位的实时监测和对监测结果进行计算和分析，并结合直观显示，管网养护人员可以全面准确地掌握整个管网系统的运行状态，并直观地识别出发生积淤而需要养护的管道。

（1）正常状态：所有管段为绿色（如下图所示），且所有相邻上下游窨井之间基本没有水位差，说明这个排水系统基本完好，管道基本畅通。

（2）出现积淤情况：若某一管段呈黄色或红色，但下游管段为绿色，部分上下游窨井之间存在水位差，说明产生水位差的管段堵塞，出现积淤。本文基于6月28日一次积淤事件，如下图所示，1#和2#检查井之间管段呈红色，2#与3#检查井之间的管段呈现黄色，3#检查井后管段均为绿色；由此说明，3#检查井与4#检查井，13#检查井与14#检查井之间的管段存在积淤的情况，且 1#检查井有污水外溢的风险，亟需养护。

2、管道养护效果分析

根据系统显示的报警信息，先后派疏通队伍到现场进行管段的疏通养护，随着养护工作的进行，养護前后每隔20分钟提取一次水位数据，由此，养护前后1#、2#、3#检查井的水位过程线如下图所示。

四、结论

由以上应用可知，基于排水GIS系统、管网远程监测系统和模型系统的数字化技术，能够准确地全面掌握管道的运行情况，可建立一套完善的排水管道定期检查、评估、养护和修复的养护机制，为排水管网的养护提供先进的预测手段和科学的指导依据。具体表现在：

1、实现“先淤后清”模式的转变。数字化系统独特的预警功能，根据报警阈值的设置，能够在事故发生前发出预警，从而使养护人员提前出动。

2、养护计划的科学性。通过数字化系统的实时监测和可视化的显示，能够将排水管网的实时运行情况直观地展示在管理者的面前，从而避免了养护计划制定的盲目性，提高了养护效率。

3、现代化的GIS技术、远程监测技术和模型技术的应用，大大提高了排水管网养护的技术手段。

4、养护效果可评估。对比分析养护前后管道水位、流速等运行参数，可分析并直观地展示排水管网养护效果。

参考文献

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