基于在线监测数据诊断管网异常排放
0 引言
环境信息化建设对我国环境保护工作的发展具有重要的作用
本工作依据管网、排口在线监测水质、水量、降雨量数据，通过分析雨天、非雨天管网节点的水质、水量变化趋势、峰值位置及峰强度阈值范围，对管网存在的异常排放现象进行诊断，从而实时判断管网节点是否存在雨污混接现象及雨天偷排事件。
1 监测概况
本文依托华东某工业园区的水环境流域预警溯源监测网对园区内的污水管网、雨水管网及入河排口进行水质水量监测、园区内的降雨量数据监测，监测指标及监测频率如表1所示。
表1 监测概况
Tab.1 The general situation of monitoring
2 管网异常排放诊断分析方法
2.1 雨天异常排放诊断分析方法
韦逸清
2.2 雨污混接诊断分析方法
通过分析管网节点雨天和非雨天的流量、COD、NH3-N、悬浮物、降雨量各指标相关性状况及变化趋势，判断该节点是否存在雨污混接，另外分析雨天、非雨天不同监测指标的比值数据，判断该节点的雨污混接程度，为雨污混接整改治理工程的效果评估提供方法，为后续城市雨污混接整改工作提供建议。
3 结果与讨论
由华东某市工业园区2019年11月日累计降雨量分析结果，如图1所示，本工作选取11月21日和22日作为非雨天数据，选取11月24日-27日作为雨天数据。
图1 华东某工业园区日累计降雨量
Fig.1 Daily cumulative rainfall in an industrial park in eastern China
3.1 雨天异常排放诊断分析结果
选取华东某市工业园区2号雨水排口雨天、非雨天的降雨量、流量、COD、NH3-N、悬浮物监测指标，根据2号排口一组历史数据初期雨水水质指标监测值计算该组数据不同水质指标上四分位数S1、下四分位数S2，水质阈值上限为S1+1.5(S1-S2）。由于不同排口、管网等节点差异性，该阈值仅可作为该排口的初雨监测水质指标阈值。如果初期雨水监测超过阈值，则视该点位存在异常排放嫌疑。该2号雨水排口初期雨水水质阈值如表2所示。
表2 某工业园2号雨水排口初期雨水水质阈值
Tab.2 The threshold of rainwater quality at the initial stage of No.2rainwater drain in an industrial park
本研究分析某工业园2号雨水排口流量与降雨量的变化趋势，如图2所示，悬浮物与降雨量变化趋势，如图3所示，COD与降雨量变化趋势，如图4所示。由图2-图4发现该排口的流量与降雨量变化趋势一致，呈正相关，且由于初期雨水的影响，会形成水质悬浮物、COD峰。
图2 某工业园2号雨水排口流量与降雨量变化趋势
Fig.2 Variation of flow and rainfall at No.2rainwater drain of an industrial park
图3 某工业园2号雨水排口水质悬浮物与降雨量变化趋势
Fig.3 Variation of SS and rainfall at No.2rainwater drain of an industrial park
图4 某工业园2号雨水排口水质COD与降雨量变化趋势
Fig.4 Variation of COD and rainfall at No.2rainwater drain of an industrial park
11月27日雨天02:00和03:00,2号雨水排口COD监测值分别为498 mg/L和262 mg/L，大大超出该排口初雨COD阈值220mg/L，悬浮物监测值分别为498mg/L和223mg/L，远超出该排口初雨悬浮物阈值130mg/L，为此推测该点位在雨天疑似出现异常排放，2号雨水排口排放诊断结果如表3所示。
表3 某工业园2号雨水排口排放诊断结果
Tab.3 Diagnostic results of No.2rainwater drain in an industrial park
本工作分析某工业园4号雨水排口流量与降雨量的变化趋势，如图5所示，悬浮物与降雨量变化趋势，如图6所示，COD与降雨量变化趋势，如图7所示。由图5-图7发现该排口11月26日雨天21:00-24:00，某工业园4号雨水排口出现由于初期雨水面源污染，水质指标COD、悬浮物出现峰值，在连续降雨情况下，11月27日06:00-07:00，水质指标COD、悬浮物出现异常峰值，通过峰位置排除由于初雨造成，分析该峰疑似由于雨天异常排放造成。通过水环境在线监测系统，配置雨天偷排的水质峰阈值、峰位置规则，可对雨天偷排污染事件做到有效识别及监管。
图5 某工业园4号雨水排口流量与降雨量变化趋势
Fig.5 Variation of flow and rainfall at No.4rainwater drain of an industrial park
3.2 雨污混接分析结果
3.2.1 雨水管网雨污混接诊断
某工业园区雨水箱涵非雨天存在排放现象，流量均值7.9L/s，雨天流量增加，均值为134.5L/s，雨水箱涵的非雨天排水现象，分析该点位存在异常排放，可能是存在雨污混接或雨水箱涵渗漏等问题。该箱涵非雨天、雨天排放流量数值如表4所示，以及降雨量与排放流量变化趋势如图8所示。
图6 某工业园4号雨水排口水质悬浮物与降雨量变化趋势
Fig.6 Variation of SS and rainfall at No.4rainwater drain of an industrial park
图7 某工业园4号雨水排口水质COD与降雨量变化趋势
Fig.7 Variation of COD and rainfall at No.4rainwater drain of an industrial park
表4 某工业园雨水箱涵雨天与非雨天流量差异结果
Tab.4 Results of different flow between rainy days and non-rainy days at rain water tank culvert of an industrial park
图8 某工业园雨水箱涵流量与降雨量变化趋势
Fig.8 Variation of flow and rainfall at rain water tank culvert of an industrial park
3.2.2 污水管网雨污混接诊断
某工业园区污水管网节点非雨天、雨天排放流量数值如表5所示，该污水节点非雨天，流量均值211.7L/s，雨天流量增加，均值为853.1L/s。分析该污水节点流量与降雨量变化图、COD与降雨量变化图，分别如图9、图10所示。该污水节点排放流量与降雨量呈现正相关，水质COD与雨量呈现负相关，即该污水管网节点水质在雨天水质改善，分析该点位存在雨污混接，雨天有雨水混入污水管网节点，将污水稀释以致COD与雨量呈负相关状态。
表5 某工业园污水管网节点雨天与非雨天流量差异结果
Tab.5 Results of different flow between rainy days and non-rainy days at sewage pipe node of an industrial park
图9 某工业污水管网节点流量与降雨量变化趋势
Fig.9 Variation of flow and rainfall at sewage pipe node of an industrial park
图1 0 某工业园污水管网节点水质COD与降雨量变化趋势
Fig.10 Variation of COD and rainfall at sewage pipe node of an industrial park
4 结论
在区域重要管网节点布设在线水质、水量在线监测设备，通过分析雨天、非雨天的水质、水量峰位置、峰强度、降雨量的变化趋势，可有效诊断管网存在的雨污混接问题、雨天偷排问题等，将此分析方法与水环境信息化平台结合，可实现对雨天偷排的实时监管，雨污混接问题的及时发现。流域水环境治理关键在与管网，该方法能及时有效发现管网存在的“病灶”，为流域水环境的改善、长效达标做出一定贡献。
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参考文献
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