基于GIS的昆明主城區(qū)域排水系統(tǒng)研究及典型區(qū)域污水輸移全過(guò)程分析1

1、基于GIS的昆明主城區(qū)域排水系統(tǒng)研究及典型區(qū)域污水輸移全過(guò)程分析1論文導(dǎo)讀:：昆明主城地處滇池流域北岸濱湖上游區(qū)域，污染負(fù)荷比重大，占流域污染負(fù)荷總量約80%，目前昆明北岸主城二環(huán)路內(nèi)區(qū)域?yàn)楹狭髦婆潘到y(tǒng)，二環(huán)路外為分流制排水系統(tǒng)，雨季雨、污合流污水溢流污染問(wèn)題嚴(yán)重。本研究在昆明市地下管線探測(cè)工作的根底上，對(duì)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間信息和屬性信息處理，建立污染源與排水系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建排水片區(qū)-子排水片區(qū)-排水單元結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果說(shuō)明昆明主城區(qū)域現(xiàn)狀污水收集率為81%；污水處理廠處理能力有限，雨季期間大量合流污水不經(jīng)處理直接溢流排入河道，匯入滇池。通過(guò)對(duì)典型排水區(qū)域船房河排水片區(qū)第一污水

2、處理廠納污區(qū)域進(jìn)行局域排水系統(tǒng)詳查和污水產(chǎn)生-收集-處理全過(guò)程分析，確定依托溝渠主干的排水系統(tǒng)地下水滲入量約占系統(tǒng)收集總水量的35%，此截流式合流制-不完全分流制相結(jié)合的典型排水片區(qū)旱季污水收集率約為60%，雨季典型降雨條件下，合流污水溢流率約為90%。本研究結(jié)論為昆明主城排水系統(tǒng)改造和污水處理廠規(guī)劃建設(shè)提供了一定數(shù)據(jù)依據(jù)，且本研究方法具有可借鑒性，為全面開展主城排水系統(tǒng)診斷工作奠定了根底。論文關(guān)鍵詞：滇池流域，昆明主城，排水系統(tǒng)診斷排水系統(tǒng)是城市根底設(shè)施重要組成局部，可分為合流制和分流制兩種類型，其中合流制排水系統(tǒng)按雨、污、廢水產(chǎn)生的次序及處理程度的不同可分為直排式合流制、截流處理式合流制和

3、全處理式合流制【1】。排水體制的選擇應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)規(guī)劃、當(dāng)?shù)亟涤昵闆r和排放標(biāo)準(zhǔn)、原有排水設(shè)施、污水處理和利用情況、地形和水體等條件，綜合考慮確定，同一城鎮(zhèn)的不同地區(qū)可采用不同的排水制度，新建地區(qū)的排水系統(tǒng)宜采用分流制【2】。昆明主城地處滇池流域北岸濱湖上游區(qū)域，污染負(fù)荷比重大，占流域污染負(fù)荷總量約80%【3】，目前昆明北岸主城二環(huán)路內(nèi)區(qū)域?yàn)楹狭髦婆潘到y(tǒng)，二環(huán)路外為分流制排水系統(tǒng)，雨季雨、污合流污水溢流污染問(wèn)題嚴(yán)重。為保護(hù)下游滇池水環(huán)境，昆明市政府將雨污分流管網(wǎng)改造和完善工程列為近期治滇重大工程，本研究針對(duì)昆明主城區(qū)排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，在昆明市地下管線探測(cè)工作的根底上，利用ARCGIS高

4、效的空間分析手段，構(gòu)建排水片區(qū)-子排水片區(qū)-排水單元結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，建立污染源與排水系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)研究范圍內(nèi)排水系統(tǒng)進(jìn)行全過(guò)程診斷，分析旱季污水收集率和雨季合流污水溢流率水利工程論文，為排水系統(tǒng)完善工程的全面開展提供數(shù)據(jù)支持。1 研究方法1.1 空間數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)信息建立的根底是原有的以AutoCAD繪制的排水管網(wǎng)圖。由根底空間要素和管網(wǎng)要素組成，根底空間要素包括地表構(gòu)筑物、下墊面、道路、河流等；管網(wǎng)要素包括管線和管網(wǎng)中的附屬設(shè)施(雨水篦子、排水口、檢查井、排水泵站等)。需要處理的工作包括以下兩方面：排水單元：可以為一棟樓、一個(gè)庭院、一個(gè)小區(qū)或一個(gè)街區(qū)，劃分的依據(jù)為庭院排水管網(wǎng)和市政排水

5、支管系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，其意義在于界定出了排水系統(tǒng)管理和污染控制的最小且有效的可操作對(duì)象。子排水片區(qū)：在排水單元?jiǎng)澐值母咨?，以市政排水干管和輸水泵站為主線索，根據(jù)排水系統(tǒng)主次脈絡(luò)，串聯(lián)排水單元，形成基于排水干管和泵站的子排水片區(qū)。排水片區(qū)：即污水處理廠納污范圍，由基于排水干管和輸送泵站的子排水片區(qū)組成。城市排水空間數(shù)據(jù)龐大、復(fù)雜、多層次，各要素間具有特定關(guān)聯(lián)性，且由此關(guān)聯(lián)性構(gòu)成了排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。拓?fù)涫欠从晨臻g要素和要素類之間關(guān)系的數(shù)據(jù)模型或格式。利用拓?fù)湟?guī)那么可以指定要素類中的要素之間有何種空間關(guān)系，或者多個(gè)不同要素類中的要素之間的空間關(guān)系。系統(tǒng)中涉及到的排水單元、排水管線、檢查井以及其他排水構(gòu)

6、筑物之間的特定關(guān)系利用GIS提供的拓?fù)湟?guī)那么建立，并利用拓?fù)涮幚砉δ苓M(jìn)行有效的管理。1.2屬性數(shù)據(jù)信息處理針對(duì)主要管網(wǎng)要素，錄入屬性信息論文的格式。表1管網(wǎng)要素屬性信息Tab.1 Attribute information of sewageelement 要素 數(shù)據(jù)信息 節(jié)點(diǎn) X、Y坐標(biāo)、井底標(biāo)高、地面標(biāo)高、點(diǎn)源污水排放量 管長(zhǎng) 比例 管長(zhǎng) 比例 管長(zhǎng) 比例 管長(zhǎng) 比例 城北片區(qū) DN500 140.55 63.94% 157.71 63.08% 98.32% 3.39 42.91% 1.68% 301.65 63.15% DN=800 78.47 35.70% 61.45 24.58% 1

7、.96 24.81% 141.87 29.70% DN=1000 45.37 20.64% 36.87 14.75% 1.36 17.22% 83.61 17.50% 總計(jì) 219.8 100.00% 250.03 100.00% 7.9 100.00% 477.84 100.00% 城東南片區(qū) DN500 100.47 60.76% 169.69 61.66% 91.18% 21.33 50.02% 8.82% 291.49 60.36% DN=800 48.77 29.49% 83.5 30.34% 12.84 30.11% 145.11 30.05% DN=1000 26.03 15.7

8、4% 51.24 18.62% 8.76 20.54% 86.03 17.81% 總計(jì) 165.36 100.00% 275.19 100.00% 42.64 100.00% 483.19 100.00% 城東片區(qū) DN500 137.71 57.09% 148.38 53.67% 93.31% 18.38 49.53% 6.69% 304.47 54.86% DN=800 71.42 29.61% 57.11 20.66% 13.02 35.08% 141.55 25.50% DN=1000 49.89 20.68% 29.71 10.75% 9.74 26.25% 89.35 16.10%

9、 總計(jì) 241.2 100.00% 276.47 100.00% 37.11 100.00% 554.78 100.00% 城南片區(qū) DN500 136.22 59.83% 130.79 49.31% 96.04% 13.13 64.55% 3.96% 280.15 54.62% DN=800 78.95 34.68% 45.01 16.97% 11.73 57.67% 135.69 26.45% DN=1000 43.33 19.03% 27.89 10.52% 11.46 56.34% 82.68 16.12% 總計(jì) 227.67 100.00% 265.23 100.00% 20.34

10、100.00% 513.24 100.00% 城西片區(qū) DN500 109.37 52.31% 144.73 50.09% 97.23% 11.35 79.99% 2.77% 265.45 51.94% DN=800 49.67 23.75% 53.08 18.37% 11 77.52% 113.76 22.26% DN=1000 33.58 16.06% 31.18 10.79% 10.21 71.95% 74.98 14.67% 總計(jì) 209.1 100.00% 288.94 100.00% 14.19 100.00% 512.23 100.00% 合計(jì) DN500 624.32 58.7

11、2% 751.3 55.41% 95.19% 67.59 55.32% 4.81% 1443.2 56.83% DN=800 327.27 30.78% 300.16 22.14% 50.55 41.37% 677.98 26.70% DN=1000 198.21 18.64% 176.89 13.05% 41.54 34.00% 416.64 16.41% 總計(jì) 1063.23 100.00% 1355.87 100.00% 122.18 100.00% 2541.29 100.00% 污水管線管徑大于500mm的管段占總長(zhǎng)58.72%，雨水管線管徑大于500mm的管段占總長(zhǎng)55.41%。各

12、片區(qū)管徑大于500mm的管段占片區(qū)管線總長(zhǎng)的50%60%，800mm以上管線占片區(qū)管線總長(zhǎng)的2230%，1000mm以上管線占片區(qū)管線總長(zhǎng)的15%18%。城東南片區(qū)，由于大局部為新建城區(qū)，雨污分流情況優(yōu)于其他片區(qū)，大局部片區(qū)雨污分流，污水主干系統(tǒng)根本形成，但同時(shí)片區(qū)內(nèi)的支次管缺乏，管網(wǎng)密度低，僅9.9 km/km2，管網(wǎng)覆蓋率低導(dǎo)致污水收集率不高。城北片區(qū)管網(wǎng)密度約為10.08km/km2，管網(wǎng)覆蓋率較高。片區(qū)內(nèi)的污水根本沿盤龍江兩岸截污干管進(jìn)入污水處理廠處理，但管網(wǎng)系統(tǒng)仍然有待改善。其中，霖雨路系統(tǒng)子排水片區(qū)以北區(qū)域仍然缺乏市政管網(wǎng)；北辰大道系統(tǒng)子排水區(qū)雨水局部接入污水干管；學(xué)府路系統(tǒng)子排水

13、區(qū)以西北區(qū)域內(nèi)缺乏污水管，雨污水混合排入盤龍江截污管；聯(lián)盟路系統(tǒng)子排水區(qū)雨污水局部排入麻線溝，雨污分流較差。城東片區(qū)為老城區(qū)，管網(wǎng)密度約為10.93km/km2，是五大排水片區(qū)中最高的片區(qū)。但是由于管網(wǎng)鋪設(shè)年代較為久遠(yuǎn)，管網(wǎng)錯(cuò)接、漏接的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，沒有完全實(shí)現(xiàn)雨污分流。其中，官南大道系統(tǒng)子排水片區(qū)市政雨污管線功能劃分模糊；枧漕河上段系統(tǒng)子排水片區(qū)東二環(huán)路以東區(qū)域管網(wǎng)缺乏，阻礙了雨污水的有效收集；枧漕河下段系統(tǒng)支次管較為缺乏，污水收集率低；大清河泵站系統(tǒng)子排水片區(qū)內(nèi)多為農(nóng)村區(qū)域，管網(wǎng)極少，未形成雨污水收集系統(tǒng)，污水排入農(nóng)灌溝渠。城南片區(qū)二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域?qū)倮ッ骼铣菂^(qū)，為以箱涵、溝渠為依托的雨水、污

14、水完全收集的合流制排水體制，由于地下水滲入，管網(wǎng)收集總水量大于污水處理廠截流閘控制水量，即使旱季也存在溢流；二環(huán)路外區(qū)域理論上為分流制排水體制，但局部區(qū)域市政管網(wǎng)缺乏，污水直排河道水利工程論文，加之庭院管網(wǎng)與市政管網(wǎng)雨、污錯(cuò)接，污水收集率反而低于二環(huán)路內(nèi)合流制區(qū)域；南郊污水干管系統(tǒng)效勞面積較大，但支次管缺乏，干管管徑與收集水量不匹配，無(wú)法正常發(fā)揮系統(tǒng)效能。城西片區(qū)管網(wǎng)密度最低，僅9.76km/km2，污水收集率低，仍有大局部污水就近、或經(jīng)管網(wǎng)收集后排入河道。其中張峰泵站系統(tǒng)子排水片區(qū)局部污水排入新運(yùn)糧河；土堆泵站系統(tǒng)子排水片區(qū)局部污水排入老運(yùn)糧河；莊房村泵站系統(tǒng)子排水片區(qū)絕大局部污水排入扁擔(dān)溝

15、；系統(tǒng)二環(huán)路內(nèi)區(qū)域?qū)偻炼驯谜鞠到y(tǒng)子片區(qū)，雨水、污水完全混合收集。表4昆明主城管網(wǎng)覆蓋情況Tab.4 Sewer coverage of Kunming main city 區(qū)域 面積 管徑長(zhǎng) 管網(wǎng)密度 城南片區(qū) 49.01 512.93 10.47 城東南片區(qū) 48.77 482.92 9.90 城東片區(qū) 50.76 555.00 10.93 城西片區(qū) 52.35 511.09 9.76 城北片區(qū) 47.40 477.64 10.08 合計(jì) 248.30 2539.58 10.23 通過(guò)逐片區(qū)、排水單元的詳細(xì)分析可得，滇池北岸昆明主城區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀污水收集比例為81.18%。其中通過(guò)管網(wǎng)收集的污水比

16、例為51.09%，通過(guò)河道和溝渠收集的污水比例為30.09%，進(jìn)入西園隧道排至外流域的污水比例為9.49%，通過(guò)河道直接排放的污水比例為9.34%。2.2 典型排水片區(qū)污水輸移全過(guò)程分析船房河排水片區(qū)即第一污水處理廠納污區(qū)域，人口密集，跨越二環(huán)路內(nèi)外兩個(gè)區(qū)域，老城區(qū)與新城區(qū)結(jié)合，截流式合流制-不完全分流制排水體制結(jié)合，污水局部區(qū)域完全收集、局部區(qū)域不完全收集，可綜合代表昆明主城區(qū)排水系統(tǒng)特點(diǎn)，面積為20.46km2，區(qū)域內(nèi)有第一污水處理廠，處理規(guī)模為12萬(wàn)m3/d。其二環(huán)路內(nèi)區(qū)域?yàn)橐劳杏谔m花溝、省委大溝、西壩河、采蓮河、永昌河5條溝渠的完全合流制排水系統(tǒng)，二環(huán)路外區(qū)域?yàn)榉至髦婆潘到y(tǒng)，但管網(wǎng)覆

17、蓋率不高，局部污水直接排入采蓮河、永昌河、清水河、小尚河、正大河等河流。整個(gè)區(qū)域可分為5個(gè)子排水片區(qū)，16個(gè)二級(jí)子片區(qū)，共193個(gè)排水單元。本文選擇船房河排水片區(qū)，通過(guò)污染源、排水管網(wǎng)、污水處理廠運(yùn)行情況詳細(xì)調(diào)查及旱季、雨季管網(wǎng)、河道水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)，研究昆明主城典型排水片區(qū)收集處理特征。通過(guò)逐棟樓、逐小區(qū)詳細(xì)調(diào)查，該區(qū)域內(nèi)有居民小區(qū)、企事業(yè)單位、餐飲業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、賓館、商場(chǎng)、施工區(qū)、招待所、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、洗浴效勞以及電影院、小吃店等其他小型用水單位，共3316家。點(diǎn)源污水總排放量為4521.81萬(wàn)m3/a，COD、TN、TP排放量分別為：14040.62t/a、2385.60 t/a、204.10

18、 t/a。船房河排水片區(qū)大局部區(qū)域?yàn)槌鞘薪ǔ蓞^(qū)，城市面源污水總排放量為1765.9萬(wàn)m3/a,COD、TN、TP排放量分別為：2095.87t/a、114.04 t/a、7.20 t/a。調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在不考慮截流閘控制的情況下，船房河片區(qū)84%以上的點(diǎn)源污水將進(jìn)入到第一污水處理廠，北側(cè)進(jìn)水口是主要的入水口，其次是南側(cè)進(jìn)水口，東側(cè)進(jìn)水口所占比例最小，而不經(jīng)處理直接排入河道的點(diǎn)源污水占點(diǎn)源污水總量的10%。表5船房河片區(qū)點(diǎn)源、面源污染負(fù)荷排放分布Tab.5 Point source and nonpoint pollutiondischarge of Chuanfang River regi

19、on 污水量 COD TN TP 點(diǎn)源 面源 點(diǎn)源 面源 點(diǎn)源 面源 點(diǎn)源 面源 第一污水處理廠北側(cè)進(jìn)水口 68% 40% 69% 40% 69% 40% 72% 40% 第一污水處理廠南側(cè)進(jìn)水口 12% 23% 13% 22% 13% 22% 12% 22% 第一污水處理廠東側(cè)進(jìn)水口 4% 7% 4% 7% 4% 7% 3% 7% 船房河截污管 6% 0% 4% 0% 4% 0% 4% 0% 船房河 0% 8% 0% 10% 0% 9% 0% 10% 采蓮河 0% 6% 0% 7% 0% 6% 0% 7% 清水河 2% 4% 2% 4% 2% 4% 2% 4% 西壩河 2% 3% 2% 3%

20、 2% 3% 2% 3% 小尚河 1% 2% 1% 1% 1% 2% 1% 1% 正大河 5% 7% 5% 6% 5% 7% 4% 6% 合計(jì) 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 對(duì)于船房河片區(qū)的面源污染水利工程論文，69%的面源污水進(jìn)入到第一污水處理廠收集系統(tǒng)，剩余面源污水主要進(jìn)入船房河和采蓮河，正大河、清水河、西壩河、小尚河接納少量的面源污水。由于船房河片區(qū)二環(huán)路內(nèi)區(qū)域排水系統(tǒng)較為封閉，因此選擇該區(qū)域進(jìn)行水質(zhì)、水量產(chǎn)匯平衡分析論文的格式。該區(qū)域?yàn)榈湫秃狭魇浇亓髦婆潘到y(tǒng)，面積為7.57km2，排水單位共1611家。經(jīng)統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測(cè)，該區(qū)域污染源和收集

21、系統(tǒng)水質(zhì)、水量情況如表5所示。污染源污水水量合計(jì)值小于末端管道、溝渠水量監(jiān)測(cè)合計(jì)值，而污染源污水濃度值高于收集系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)值，用水量水質(zhì)比照可得，地下水滲入率約為35%，另外還需考慮污水輸移過(guò)程中污染物在管道和溝渠中沉降而導(dǎo)致的污染物濃度損失，其中，TN稀釋率最小，與其主要為溶解態(tài)的存在形態(tài)有關(guān)，輸移過(guò)程中不易沉降，濃度損失較小。表6船房河排水片區(qū)污染物產(chǎn)匯平衡Tab.6 Balance of pollutants yield andcollection in Chuanfang River region 污染源 管道、溝渠 稀釋率 水量 7.80 12.22 36.17% 水質(zhì) COD 325

22、.65 213.50 34.44% TN 52.39 36.61 30.12% TP 4.43 2.91 34.27% 污染負(fù)荷 COD 25.40 26.09 - TN 4.09 4.47 - TP 0.35 0.36 - 以上分析結(jié)果說(shuō)明，目前昆明主城區(qū)普遍存在的溝渠為主的合流制排水系統(tǒng)內(nèi)部地下水滲入率較高，增加了末端污水處理廠處理負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果說(shuō)明，船房河片區(qū)二環(huán)路以內(nèi)合流制區(qū)域，庭院及市政管網(wǎng)系統(tǒng)根本形成，但極不完善，雨污混接，蘭花溝、省委大溝等五條溝渠為區(qū)域內(nèi)完全合流制排水主干系統(tǒng)，根據(jù)水質(zhì)、水量產(chǎn)匯平衡分析結(jié)果，由于地下水位較高的原因，溝渠中地下水滲入，旱季管網(wǎng)水量中約35%為地下水；而污水處理廠處理規(guī)模為12萬(wàn)m3/d，處理能力有限，局部污水溢流入河，實(shí)際污水收集率為66%。 二環(huán)路以外分流制區(qū)域，雖然分別建設(shè)了雨、污水管道，但仍然存在大量雨污混接現(xiàn)象，區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)密度缺乏，局部污水直接排入河道，導(dǎo)致實(shí)際污水收集率過(guò)低，僅為48%。綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明，船房河排水片區(qū)旱季污水收集率為60%。在管網(wǎng)信息處理和排水單元概化的根底上，利用SWMM模型模擬2021年7月17日歷時(shí)160min、降雨量為19mm的一場(chǎng)降雨過(guò)程中船房河排水片區(qū)合流污水輸移特征。第一污水處理廠北側(cè)進(jìn)水口前端設(shè)有截流閘，將超過(guò)污水處理廠處理能力的大量合流污水溢流至下游船房河截