0 引言

国家“水十条”颁布以来，各地开展了广泛的雨污混接调查，并实施整改，取得一定成效。但在实际工作中，也遇到调查工作量大、效率不高等的问题。对此，本文通过实践和思考，提出将管道质量检查和水质特征因子解析相结合的方法，来开展外水入流（渗）的调查。

1 外水入流（渗）主要调查方法

1.1“技术指南”的方法

2016年8月，住房和城乡建设部发布《城市黑臭水体整治———排水口、管道及检查井治理技术指南（试行）》^[1]，张悦，唐建国又主编了《〈城市黑臭水体整治———排水口、管道及检查井治理技术指南（试行）〉释义》^[2]（本文将“技术指南”和“释义”统称为技术指南），就具体内容做了详细的阐述和解释。在排查管道的方法上，主要依靠常用的闭路电视检测技术等。技术指南也提出需要实施混接点水质检测，规定一般检测COD，工业企业加测氨氮，餐饮业加测动植物油，居民生活污水加测阴离子表面活性剂（LAS）等。在水质检测和管道检查相结合上，技术指南提出以管道上下游井的COD浓度显著变化作为存在雨污混接的初判依据之一，并“可根据不同混接对象所排放的污水特征增加特定因子”，但未对怎么遴选特征因子、怎么应用做出进一步解释。纵观全文，主要还是以管道探查为主来开展入流入渗调查。

1.2“水质特征因子”的调查方法

2015年以来，徐祖信等^[3,4,5]通过研究，引入蒙特卡罗理论，以管道水质为主要研究对象，建立了水质特征因子为核心的评价方法，结合管网和污染源地理信息系统，先后在安徽和上海部分地区进行了管道检查的实践，取得成效。研究提出了建立水质特征因子数据库的指导原则、方法应用的基本原则等。该方法能够有效且低成本的查找管道破损、排水系统雨污混接等问题，解决逐段物探或流量检测成本高且难以实施的问题。其所发表的论文中，未见在水质解析成果取得后，对管道质量的检查。可能是受限于一线人员对此方法的理解等，目前尚未得到广泛应用。

以探查管道质量为主的调查方法，遇到的主要问题是逐个开井的巨大人工，且不易在相对短的时间里抓到主要问题管段。以水质检测为要点的调查方法，若仅停留在水质解析结果，有不落地之虞，需要反馈到管道本身。因此，本文提出将两者结合的方法开展调查。限于条件，本文仅在雨水管道的外水入流（渗）方面做了尝试。

2“两帐结合”的主要方法

所谓“两帐结合”，就是将管道检查情况（即“管帐”），和管道水质特征因子检测数据及其解析（即“水帐”）相结合，来开展管道的雨污混接调查。由于排水管道矛盾焦点的最集中体现是污水处理厂进水污染物浓度淡、或是排水泵站排水浓度高，因此根据问题导向原则，提出以末端排水泵站或污水处理厂为起点，先查连通起点之总管的主要问题管段，再查与之相接通的支管，逐步递进，循环往复，直至查到问题的源头。

2.1 准备阶段

通过查找设计和现状资料，掌握排水管线的基本情况，主要包括：管径、路由、水流方向、管道标高、井位、支线或户线接入情况等。本阶段的主要目标是在查清排水系统总管的走向、主要干线（支线）的接入点及其井位情况的基础上，对总管进行合适的管段划分。

2.2 水质水量检测和解析

首先，通过对排水系统服务区域的走访调查，确定区域内主要存在的企事业单位和居民小区类型，选取有代表性的单位和小区，对其出户水质开展检测；选择合适点位，检测地下水水质和河道水质；通过遴选，确定不同来水的水质特征因子，并建立本区域的水质特征因子本底值数据库。

其次，在管段划分的节点处采取日流量测定、特征因子日平均浓度检测，有条件情况下可根据服务区域特点进行工作日和休息日的分类测定。随后，通过建立管段进出水中各类特征因子的质量平衡方程组，结合地区不同来水源头的特征因子本底值数据库，即可计算出各个节点大致的不同来水成分和比例，从而判定总管上的主要问题管段。

2.3 管段质量检查及其接入支线调查

在对主要问题管段开展管道质量检查的同时，通过分段等步骤，对接入的支线开展调查（见图1），找到支线上的主要问题管段，对支线上的主要问题管段再开展质量检查，倘如还有二级支线接入，则再重复以上步骤，以此逐次推进，逐步聚焦，直到找到问题的源头。

2.4 循环往复

当第一次调查完成后，原来排名靠后、非主要问题的管段就成为新的主要问题管段，对它们再安排循环往复的后续调查；另一方面，通过边查边改的方法，持续整改问题所在。

图1 对干管、干管上游分段并进行“重点区域”筛查   

Fig.1 Schematic diagram of main pipe,main pipe upstream and screening of“key areas”

3 方法应用

本文选取上海市的M排水系统，尝试运用“两帐结合”的调查方法。

3.1 M系统简介

M系统位于上海市中心城区，毗邻黄浦江，为分流制排水系统，系统服务面积约1.88km²。M系统内的污水通过东西两个出流点，分别接入相邻系统的市政污水总管，雨水经管道收集后，经地下式泵站提升排入黄浦江。雨水泵站内设雨水泵6台，单台流量2.8m³/s；设置截污泵2台（1用1备），单台流量0.04m³/s。由于旱天来水较多，泵站初始的截流能力无法满足M泵站保持低水位运行状态，对地下式泵站的日常生产造成隐患，因此在2019年对该泵站增设截流泵2台（1用1备），单泵流量0.14m³/s，使截流总能力达到0.18m³/s。

M泵站内设有调蓄池1座，调蓄容积5 500m³，设计调蓄初雨4.5 mm。调蓄池雨天启用，储存的雨水在旱季经排空泵提升后，排入相邻排水系统的市政污水总管。

3.2 问题初判和调查准备

M泵站在旱天运行中，需要长时间运行扩大了的截流泵，才能使泵站进水总管维持在低水位。此外，三维荧光法等辅助测定手段也显示，泵站来水中可能存在着生活污水。由此初步判断，该系统存在疑似雨污混接情况。

经资料收集和现场调查，M泵站的进水总管沿系统内主要道路敷设，管径1 000～3 500，总长约3.3km，沿途主要有15处支管接入。经现场核查井位、交通情况等，将总管按平均原则分为5段，设置管段节点1、2、3、4、5，其中节点1设在M泵站内。调查中，考虑到沿河管道存在河水倒灌、河水交换的可能性，因此在沿河管段设置观测点6、7（见图2）。

图2 M系统管道、泵站位置及总管平均分段示意   

Fig.2 M system pipeline,pump station location and average section of main pipe

3.3 水质水量检测和解析

通过加装流量仪，对以上7处节点进行实时流量监测。经观测后，发现6、7两处观测点在旱天情况下几无水流，系统其他节点水位也不存在与潮位的关联特征，判断系统内未发生河水倒灌情况。

为分析管段节点来水成分，先建立该地区不同来水的本底数据。本次调查中，我们参照美国EPA的相关技术指南、国内相关研究成果，选择氨氮和TN作为表征污水的水质特征因子指标^[6,7]，选择硬度作为表征地下水的水质特征因子指标。取样时选取一天内等分的8个时段进行取样，并保证取样时刻大体一致，从而使不同来水本底和节点来水的水质数据能够反映其在一天内的变化情况。在地区本底值的实际取值过程中，发现部分生活小区出流污水氨氮浓度达到80mg/L，呈现明显黑臭性状；部分生活小区和企业出流污水氨氮浓度大致在20mg/L左右，水质较清，呈现出较为典型的“黑水”和“灰水”的特征。各项来水本底的水质数据见表1。

同样对节点来水水质按每日8次的频率进行取样检测后，得到节点1至节点5位置的水质（见表2）；结合流量计监测数据，应用蒙特卡洛算法的Matlab运算程序，设定运算次数1 000次，置信区间95%，计算出节点1-5各段管段发生的混接入流水量（表3）。

表1 M系统实测不同源头水本底统计数据

Tab.1 Statistical data of water background from different sources measured in M system

表2 节点来水水质及流量数据

Tab.2 Water quality and flow data of node

表3 节点1-5之间各段管段发生的混接入流水量

Tab.3 The amount of mixed flow between nodes 1-5

经计算发现，节点1-2之间“黑水”入流约500m³/d，为黑水入流的第一“重点区域”；节点4-5之间“灰水”入流约2 200m³/d，从量上看，为灰水入流的第一“重点区域”，同时该段管段地下水入流约700m³/d，也是地下水入渗的第一“重点区域”。虽然，灰水占比第一的管段是2-3管段，但综合考虑问题的多样性，仍将4-5管段列为主要问题管段。

3.4 问题管段检查

在重点区域确定后，随即转入管道检查阶段，主要包括对1-2和4-5管段的管道质量检查，以及对其接入支线的管道质量和水质的检查。

由于沿线还有不少街坊单位户线管直接接入1-2和4-5管段总管，因此同步对接入1-2、4-5的户线管，以及接入其支线的户线管水质进行了测定。

3.4.1 对1-2和4-5管段的检查

经对节点1-2之间、节点4-5之间区域管段进行检测，均未发现市政雨污水管道的错接。节点1-2之间的管道质量情况尚好，但存在街坊线混接现象4处，主要以“灰水”特征为主，未发现“黑水”。节点4-5之间管道上存在2处滴漏点，同时发现街坊线混接现象7处，其中5处排水水质符合“灰水”特征。

3.4.2 对接入支线的调查

节点1-2之间，有两条市政雨水支线与之接通：支线一管径DN1 000至DN2 000，长度519m，支线二管径DN1 500，长度230m。节点4-5之间，有三条市政雨水支线与之接通：支线三管径DN800至DN1 350，长度723 m；支线四管径DN800至DN1 350，长度354 m；支线五管径DN1 200至DN1 350，长度309m。考虑到5条支线都不长，也再没有后续支线接入，因此，在本调查环节，不再对5条支线采取分段、水质检测和解析的方法，直接开展了管道质量和所接入户线管的水质检测。

经对支线一、支线二的检测，未发现市政雨污水管道存在错接；两条支线管道质量情况一般；根据旱天存在出流即混接的原则，判断其存在户线管混接现象9处，其中一处街坊线不仅检测到较大的旱天排水流量，同时检测到的氨氮浓度也高达78mg/L，呈现明显“黑水”特征。

经对支线三至五的检测，同样未发现市政雨污水管道存在错接；发现存在较多渗漏情况，二级以上渗漏点计有9处，其中滴漏点7处，线漏点2处；存在街坊线混接现象19处，其中11处水质符合“灰水”特征。

为进一步查清节点4-5管段地下水渗入情况，针对不同等级的渗漏管段和完好管段分别进行了闭水试验。试验结果表明，完好管节地下水入渗量为0.04～0.09m³/h，约合12.6～28.4 m³/（km·d）；一至二级渗漏管节地下水入渗量为0.45～0.88m³/h；三级渗漏管节地下水入渗量达到1.46～5.05m³/h。此外，井室内虽未发现渗漏点，但观测发现两段连接井室的管节单小时入渗量较两段管节独立的入渗量偏大29.3%，说明4-5管段井室对地下水入渗量同样有较大贡献。

3.5 调查结论

(1）在M系统雨水管道中，“黑水”和“灰水”的入流量约为8 600m³/d，是该系统雨水管道外水入流的主要问题。地下水的入渗量约1 300m³/d，约为设计系统污水量的10%。

(2)M系统主要存在问题的管段是1-2管段和4-5管段，其中，1-2管段以存在“黑水”为主要问题，主要源头是某商业大厦。4-5管段以存在“灰水”和“地下水”为主要问题，灰水的主要来源是户线管出流，地下水的主要来源是该管段质量的缺陷。

(3）以水量水质检测和解析结果为引领，指导了对主要问题管段及其接入支线等的管道检查，管道检查长度约为3.65km，占该系统雨水管道总长的四分之一左右。以这样比例的管道检查量，即可找到“黑水”“灰水”的主要源头，发现4-5管段的管道缺陷，表明以“水帐”为引领的方法，可以锚定问题的大致范围，最终判定优先检测哪块区域、哪条支线甚至哪段管节，这是合乎逻辑的检测方法，也实现了快速高效的初衷。

(4）由于M系统服务范围偏小，因此在实际工作中，对M系统的全部雨污水管道、全部的户线管都进行了CCTV检测，从检查结果看，未见M系统的市政雨污水管道存在错接，未见河水倒灌，但街坊户线管旱天出流现象普遍存在，占户线管总数的77.2%，这是M系统雨水管道污水入流的主要原因。同时，4-5管段间，这样问题的户线管占本管段户线管的83.9%，这也在一定程度上佐证了检测数据解析结果。

4 思考

4.1“两帐”存在辩证关系

从常规来看，雨污混接常见原因是雨污水管道错接；地下水入渗常见原因是管道存在结构性、功能性缺陷。在管道基础资料及管道属性、走向、井位等现场情况都清晰的前提下，开展这两方面的调查是比较容易的，但在实际中的情况往往要复杂得多。以往的调查中，也更偏重于“管帐”的调查，认为管帐是因，水帐是果，管帐清了自然水帐就清了。而实践表明，水帐和管帐存在着辩证的关系，只查管帐，难以回答所有水帐背后的原因；只查“水帐”，不继续查“管帐”，难以找到问题的源头，也发现不了管道问题所在。因此，“两帐”应当结合。

4.2 方法的适用性探讨

从上述案例来看，本方法完全可以应用于在分流制系统中追查混接污水等外水来源。目前，上海市中心城区300余处排水系统中，合流制系统约占三分之一；在剩余三分之二的分流制系统中，雨污混接仍较为普遍。2020年上海市分流制雨水泵站旱天普遍存在较大体量来水；大部分分流制系统日常水位偏高，通过目前的截流设施难以达到降低水位的效果；此外，对泵站放江实施的水质监测结果表明，分流制泵站放江水质普遍偏差，部分混接较严重的系统放江污染物浓度甚至超过合流制泵站。高浓度的混接水在雨天被排入河道，极易造成河道返黑、返臭，市民群访投诉等一系列环境和社会问题；因此，在对这些系统开展必要的雨污混接调查时，本方法可以快速查找问题关键点，为混接改造工程节省大量的时间和人力物力成本。

4.3 运用本方法需要注意的方面

一是本方法所称的“引领”主要体现在技术思路，并非简单的说先做什么再做什么。“水帐”引领的基础是对本区域不同来水特征因子的遴选和本底数据库的建立，因此，务必在调查初期就对本区域内产业分布、居住小区类型、河道水系等外水源头摸底。二是“水帐”本身是一种概率统计方式，理论上存在“抓琐屑集合”的可能。设想这样一种情况，“水帐”告诉了A段管道地下水偏多，经管道检查发现是普遍的线漏所致，而B管段虽然存在着一个明显的破损点，但可能总的渗入量并不大。这或许是小概率事件，但提示在主要问题管段整改完成后，原来的次要管段会转化为主要矛盾，需要持续关注。

基于水环境整治目标的下水道检查，系统而繁琐，更需要快速而高效。两帐结合的管道排查方式以解决末端发生的主要矛盾为目标，可以在纷繁复杂的管道现状中理出线索，有效提升管网排查的效率，强化效果，对城市水环境的基本功提升具有实践性意义。

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朱弋