虞英杰 班玉龍 賈 劍

（昆山市水利水務(wù)工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站 江蘇蘇州 215000）

引言

在我國(guó)城鄉(xiāng)發(fā)展過(guò)程中，無(wú)論在新城建設(shè)、舊城改造、新農(nóng)村建設(shè)、景區(qū)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，區(qū)域水網(wǎng)的構(gòu)建都是必不可少的內(nèi)容。除常規(guī)的河道、湖泊等天然水域外，水網(wǎng)構(gòu)建通常還包括自來(lái)水廠、污水處理站、管網(wǎng)、人工水體等其他給水/排水/雨水設(shè)施。如何科學(xué)的構(gòu)建區(qū)域水環(huán)境體系是城市開(kāi)發(fā)過(guò)程中尤其要注意的問(wèn)題[1]。

給水方面，自1870 年我國(guó)城市供水（上海楊樹(shù)浦水廠）產(chǎn)生以來(lái)，城市供水體系逐步完善，自來(lái)水廠通過(guò)絮凝-沉淀-過(guò)濾-消毒等工藝確保供水安全。發(fā)展到現(xiàn)在，人們對(duì)于水源的保護(hù)、水廠水質(zhì)的要求也在逐漸提高[2]。

排水方面，雨水和污水在城市建設(shè)中通常被連通考慮。從最初的雨污混排到目前的雨污分流制，人們對(duì)于污水的處理以及雨水資源利用的意識(shí)在逐漸提高，對(duì)于污水處理標(biāo)準(zhǔn)和雨污水利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)上也投入了較大精力，力求尋找一種生態(tài)、可持續(xù)的雨污利用方式。

在雨水的利用方面，以往在城市開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們的關(guān)注點(diǎn)在于城市安全上，尤其重視城市水利設(shè)施的建設(shè)，對(duì)于雨水考慮以排為主。近十幾年來(lái)，城市建設(shè)中對(duì)于雨水的考慮出現(xiàn)了從單純的“防”（快排模式）到“防用”（用加排）相結(jié)合的轉(zhuǎn)變，新的雨洪管理思路被提出，特別是自“海綿城市”這一概念被提出以來(lái)，城市規(guī)劃中開(kāi)始出現(xiàn)大面積的雨水利用設(shè)施[3]。

本文針對(duì)如何建立科學(xué)的區(qū)域水環(huán)境構(gòu)建和管理的方案進(jìn)行了探討。通過(guò)對(duì)雨水、污水、給水設(shè)施的合理部局并建立智能化的運(yùn)維和管控系統(tǒng)，為區(qū)域提供合理的雨水、污水、給水方案，解決供水安全、排水污染、旱澇等問(wèn)題，合理調(diào)度水資源，實(shí)現(xiàn)雨水的綜合利用、污水的處理利用、保證供水安全。

1 水環(huán)境綜合管理整體策略

圖1 水環(huán)境綜合管理目標(biāo)

科學(xué)布局加全程管控是實(shí)現(xiàn)水環(huán)境綜合管理目標(biāo)的途徑。水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)以區(qū)域雨、污、供水設(shè)施的合理布局為基礎(chǔ)，搭建智慧水務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。除起到對(duì)區(qū)域用水的合理調(diào)度外，水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)作為環(huán)保、可持續(xù)的水資源調(diào)度與利用方式，對(duì)于城市開(kāi)發(fā)特別是對(duì)于缺水地區(qū)的城市建設(shè)起示范作用。

設(shè)施布局主要包括雨水、污水、給水三部分，通過(guò)管網(wǎng)連通各個(gè)設(shè)施。

設(shè)計(jì)中雨水以綜合利用為重點(diǎn)，注重對(duì)于雨水的收集與利用。包括前端設(shè)施：屋頂花園收集建筑屋頂雨水、道路綠化收集道路周邊雨水、廣場(chǎng)鋪設(shè)透水鋪裝、綠地通過(guò)草溝收集雨水等；輸送設(shè)施：雨水管網(wǎng)或者雨水溝渠輸送雨水；匯水設(shè)施：地表徑流經(jīng)前端設(shè)施收集，后經(jīng)管網(wǎng)輸送進(jìn)入水景、雨水花園、濕塘、蓄水池等蓄水設(shè)施，儲(chǔ)存、凈化并回用。

設(shè)計(jì)中污水以處理利用為重點(diǎn)，嚴(yán)格控制污水排放標(biāo)準(zhǔn)并考慮回用。包括前端處理設(shè)施：化糞池初步凈化生活污水；收集輸送設(shè)施：污水管網(wǎng)將化糞池出水輸送至污水處理站點(diǎn)；末端凈化設(shè)施：污水處理站點(diǎn)深度處理收集的生活污水，處理達(dá)標(biāo)后污水可直接排入受納水體也可回用灌溉（參見(jiàn)農(nóng)用灌溉水標(biāo)準(zhǔn)）。

設(shè)計(jì)中給水以供水安全為重點(diǎn)。包括前端對(duì)于飲用水水源地的保護(hù)、自來(lái)水廠凈化來(lái)水并達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)、通過(guò)給水管網(wǎng)將水廠出水供給居住區(qū)住戶、農(nóng)業(yè)區(qū)灌溉等。

運(yùn)營(yíng)和維護(hù)期間通過(guò)搭建智慧水務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)景區(qū)水環(huán)境的智能化管控。智慧水務(wù)系統(tǒng)以高效靈敏的傳感技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)作為支持，將搭載傳感器的檢測(cè)設(shè)備置于環(huán)境中，實(shí)時(shí)傳輸水質(zhì)數(shù)據(jù)并通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)分析和更新，于電腦客戶端界面及時(shí)更新和反饋區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。

2 科學(xué)布局，合理調(diào)度水資源

水環(huán)境綜合管理統(tǒng)籌考慮雨水、污水、給水的設(shè)施布局。包括收集/供水設(shè)施（雨水收集/污水預(yù)處理及收集/水廠取水及處理）、輸送設(shè)施（雨/污/給水管）、處理/利用設(shè)施（雨水調(diào)蓄/污水處理回用/給水節(jié)約利用）。

2.1 雨水資源的綜合利用

雨水的綜合利用當(dāng)遵循“面-線-點(diǎn)”逐級(jí)縮放的雨水收集策略，依托大面積的綠地、廣場(chǎng)等雨水收集面初步過(guò)濾和收集陸地降雨，繼而通過(guò)管渠輸送至雨水調(diào)蓄池、濕塘等蓄水設(shè)施內(nèi)，經(jīng)深度處理后考慮回用。

2.2 污水資源的處理回用

污水的處理回用遵循“分散到集中”的收集和處理策略。對(duì)于城鎮(zhèn)污水設(shè)施能夠覆蓋到的區(qū)域，應(yīng)通過(guò)管網(wǎng)統(tǒng)一收集后今后污水處理廠處理后排放；而對(duì)于其他建設(shè)區(qū)域內(nèi)的污水，一般參考農(nóng)村生活污水處理方式，即前端較多采用化糞池等設(shè)施初步收集和處理生活污水，繼而通過(guò)污水管網(wǎng)統(tǒng)一輸送至污水處理站點(diǎn)集中處理，處理達(dá)標(biāo)后的尾水可直接排入受納水體，也可考慮回用灌溉和道路清洗。

圖2 玻璃鋼化糞池

污水設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考 《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2009）、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）、《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）等文件及規(guī)范。污水處理站出水需滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002），如尾水有回用要求，可增加《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

污水處理站是確保農(nóng)村生活污水處理達(dá)標(biāo)回用的關(guān)鍵。污水處理站通常采用A/O，MBR，SBR 等污水處理工藝（通常組裝成為地埋式污水處理設(shè)備）處理管網(wǎng)輸送來(lái)的生活污水，并在末端采用人工濕地技術(shù)深度處理設(shè)備出水。

在地埋式污水處理設(shè)備常用工藝中，A/O 工藝技術(shù)成熟，發(fā)展穩(wěn)定，總投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較低，一般出水水質(zhì)可以穩(wěn)定在一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)上，在水質(zhì)不作嚴(yán)格要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用該主體工藝一體化處理設(shè)備；MBR 污水處理設(shè)備在出水水質(zhì)及出水穩(wěn)定性略勝一籌，但投資和運(yùn)營(yíng)成本較高，管理方面更為復(fù)雜；SBR工藝流程簡(jiǎn)單，但由于屬于間歇性活性污泥法，處理效率不高，常僅在水質(zhì)水量變化較大的地區(qū)使用。農(nóng)村一體化生活污水處理設(shè)備的工藝選擇，應(yīng)結(jié)合當(dāng)水量的特點(diǎn)，出水水質(zhì)要求，綜合多重因素考慮。

圖3 一體化生活污水處理設(shè)備

2.3 給水資源的供水安全

在區(qū)域給水的設(shè)計(jì)中，供水安全是首先要考慮的問(wèn)題。給水工程的設(shè)計(jì)遵循“集中到分散”的處理和供水策略。前端需對(duì)水源地重點(diǎn)保護(hù)，自來(lái)水廠從水源地取水，處理達(dá)標(biāo)后通過(guò)管網(wǎng)輸送給居住區(qū)住戶或是用于部分農(nóng)用區(qū)灌溉等。（1）水源保護(hù)及供水設(shè)施（集中）：飲用水水源地保護(hù)區(qū)、自來(lái)水廠。（2）給水輸送設(shè)施：給水管線。（3）用水設(shè)施（分散）：家用凈水機(jī)、其他用水電器、農(nóng)業(yè)滴灌設(shè)施。

3 全程監(jiān)管，搭建智慧水務(wù)平臺(tái)

運(yùn)營(yíng)維護(hù)期間，建設(shè)智慧水務(wù)管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)水環(huán)境管理目標(biāo)，全面反映區(qū)域水環(huán)境現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)、污染來(lái)源，為水環(huán)境科學(xué)化管理提供支撐與依據(jù)[4]。（1）掌握現(xiàn)狀，全面區(qū)域水網(wǎng)信息。（2）提升管理，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水管理智慧化。（3）輔助決策，提升水環(huán)境應(yīng)急管理水平。（4）智慧管理，提升水環(huán)境管理水平。

智慧水務(wù)平臺(tái)的建設(shè)主要包括數(shù)據(jù)采集與對(duì)接、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)三部分內(nèi)容[5]。（1）數(shù)據(jù)采集與對(duì)接：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與氣象監(jiān)測(cè)站、各河道斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、污水處理站監(jiān)測(cè)點(diǎn)、自來(lái)水廠檢測(cè)點(diǎn)等對(duì)接，實(shí)時(shí)上傳水溫、水質(zhì)電導(dǎo)率、水質(zhì)pH、水質(zhì)溶解氧、水質(zhì)濁度、水質(zhì)氨氮、水質(zhì)COD 等數(shù)據(jù)，至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管。（2）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與對(duì)接網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定通暢，并最大限度的降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。（3）智慧水務(wù)平臺(tái)：打造標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營(yíng)管理模式，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施更新、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)管理及應(yīng)急預(yù)警。平臺(tái)預(yù)留數(shù)據(jù)交換和共享接口，避免數(shù)據(jù)重復(fù)，為雨水、污水、給水系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供保證。

3.1 前端數(shù)據(jù)采集與傳輸

采取中心集中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的模式。軟件布置在云機(jī)房服務(wù)器上，由安裝在前端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備箱的數(shù)據(jù)采集器采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)管理中心進(jìn)行處理。

圖4 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)圖

數(shù)據(jù)采集（自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）是以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)樣品的自動(dòng)采集和預(yù)處理，氣象/水質(zhì)分析儀器的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能自動(dòng)采集和存儲(chǔ)，能提供遠(yuǎn)程傳輸接口及控制接口[6]。

3.2 智慧水務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)

圖5 智慧水務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)

通過(guò)集成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依托GIS 地圖對(duì)水網(wǎng)實(shí)行網(wǎng)格劃分，明確各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布、安裝時(shí)間、水質(zhì)，形成監(jiān)測(cè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，為打造區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)“一張圖”，提供良好的數(shù)據(jù)支撐[7]。

通過(guò)地圖作為背景，將各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)標(biāo)注在實(shí)際的地理位置上，并且將各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也一并顯示在地圖上，隨著采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，同步進(jìn)行更新，讓用戶從全局的角度分析數(shù)據(jù)。另外，系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)查詢、更新、統(tǒng)計(jì)分析等功能，還可開(kāi)發(fā)app 軟件作為輔助[8]。

結(jié)語(yǔ)

智能化的管理體系是未來(lái)工程運(yùn)營(yíng)管理的必然趨勢(shì)，而科學(xué)合理的工程布局則是實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)管理的基礎(chǔ)。對(duì)于城市水環(huán)境管理，應(yīng)當(dāng)將雨水、污水、給水連通考慮，合理構(gòu)建城市水網(wǎng)，協(xié)調(diào)水安全與污染控制的關(guān)系，搭建數(shù)據(jù)平臺(tái)達(dá)到對(duì)城市水網(wǎng)的全程監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)城市水資源的科學(xué)管控。