錢正偉，孫雪梅，薛武軍

(常州市測繪院，江蘇 常州 213002)

1 引 言

城鎮(zhèn)雨污水管道合流排放及雨污水管道串聯(lián)現(xiàn)象，生活、實驗、餐飲等各種污水沿雨水管道排入河流中，造成河流中有機碳、有機氮污染物以及含磷化合物負(fù)荷不斷加大，河道水環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。水環(huán)境污染源普查是環(huán)境保護的基礎(chǔ)性工作，掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和分布情況，了解污染源的產(chǎn)生、排放和處理情況，建立健全的污染源檔案、污染源信息數(shù)據(jù)庫和環(huán)境統(tǒng)計平臺，是當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的重要工作?！爸腔鄢鞘小薄?63”“333”專項行動等項目的推進，均要求各級政府將河道污染治理納入重要工作議程，對河道污染源進行專項調(diào)查，掌握各類污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布，建立河道重點污染源檔案和各級污染源信息數(shù)據(jù)庫，促進污染源信息共享機制的建立，為污染源的管理奠定基礎(chǔ)，為制定社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護政策、規(guī)劃提供依據(jù)。本文結(jié)合常州市武進城區(qū)河道污染源調(diào)查工作，分析城鎮(zhèn)河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實地調(diào)查方法，并提出利用GIS可視化技術(shù)對河道污染源進行持續(xù)性監(jiān)測管理，使得河道污染源普查效用最大化。

2 城區(qū)河道污染源形成原因及分類

城鎮(zhèn)河道水質(zhì)污染多來自雨水管網(wǎng)內(nèi)外來水的輸入：①地下水，主要通過管道或者附屬設(shè)施縫隙、缺陷處流入，往往比地面徑流雨水遲緩地流入管道；②雨水外的其他水源流入，主要是指直接從地面隨機累積的水源，以及錯誤流入分流制系統(tǒng)的水源，或雨污水管道混接；③合流制排水管道在暴雨或融雪情況下，流量超過污水處理廠或污水系統(tǒng)設(shè)計能力時，該部分排放水以溢流的形式排放到河道水體。這三類排放水均會造成河流中有機碳污染物、有機氮污染物以及含磷化合物負(fù)荷不斷加大，對河道水質(zhì)產(chǎn)生了很大的影響。因此河道污染源排查需要從點源排放污染、溢流污染、管道損壞引起的污染幾方面著手排查。

常州市武進區(qū)城區(qū)河道周邊主要以工廠企業(yè)、居民住宅、商鋪、學(xué)校、醫(yī)院、機關(guān)事業(yè)單位為主，點源污染源一般分為：

(1)生活污水：包括陽臺洗滌水、空調(diào)水排放水、澡堂排放水、拖把池排放水、食堂排放水、洗衣水等，直接排放至雨水管道；

(2)雨污串聯(lián)：雨污水管互通現(xiàn)象；

(3)露天污染：包括生活垃圾的堆放、露天排放等；

(4)實驗廢水：實驗室的廢水、廢料通過管道排放至雨水管道。

溢流污染與城市污水處理廠處理容量相關(guān)，污染治理與點源污染有所區(qū)別，本文主要分析點源污染源、雨污串聯(lián)及管道破損污染的追蹤和排查。

3 河道污染源實地調(diào)查

點源污染源、雨污串聯(lián)及管道破損污染而進入的污水均是通過雨水管道通過排口排入河道水體中，因此城市河道污染源調(diào)查，需要從雨水管道、雨水排口著手，探明河道沿線排口及周邊雨水管線敷設(shè)情況，利用CCTV、QV等檢測設(shè)備評估排水管道狀況，查明測區(qū)內(nèi)雨水管道排放情況和污染源信息。整體技術(shù)流程如圖1所示：

圖1 河道污染源實地調(diào)查流程圖

3.1 雨水管線探測

雨水管線探測需要探明雨水管道管徑、材質(zhì)、流向、埋深等信息，滿足《城市地下管線探測規(guī)程》技術(shù)要求。在常規(guī)雨水管線探測的基礎(chǔ)上，還需要針對雨水井、雨水篦有無污染源進行分類，滿足后續(xù)河道污染溯源的需求。雨水井、雨水篦需要查明是否存在污染源、是否私接支管情況，同時需要查明檢查井、溢流井位置，為后續(xù)排污溢流監(jiān)控奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實地測繪時測區(qū)內(nèi)部分井蓋銹死、個別井蓋被埋，給管線探測帶來不小的難度。為配合管線探測工作，利用視頻檢測儀器、雷達(dá)探測技術(shù)或井蓋探測儀對被埋井進行查找。

3.2 排口調(diào)查

排口調(diào)查考慮采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的形式完成排口調(diào)查?；贕IS可視化技術(shù)將河流域雨水管道進行一張圖展示，由于城市雨水管道多利用排口形式直接排入河道，因此可利用緩沖分析技術(shù)將城市河流與雨水管道進行緩沖分析，管道與河道交點或緩沖區(qū)內(nèi)及目標(biāo)排口位置，從而可以快速判定哪些地方缺少排口資料，從而進行針對性探查。

實際探查時，需要對排口進行編號、拍照，采集排放口的管徑、材質(zhì)、埋深、平面位置和高程等信息，記錄排口是否有污水排入，形成完整的排口資料。位于河道水面以下排口必要時按計劃分段由水利主管部門對區(qū)域河道進行下閘開泵的形式或臨時圍堰后降水或有針對性地利用潛水員摸查。排口實地調(diào)查時，可以依據(jù)需要為關(guān)鍵排口安裝水浸傳感器及視頻監(jiān)控，對排口排水狀態(tài)進行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控平臺分析，實時監(jiān)測排口排污狀態(tài)。后續(xù)排口巡查時，也可以考慮采用垂直起降多旋翼無人機進行定期巡查，提高巡查效率。

3.3 污染源排查

利用現(xiàn)場踏勘、河流水質(zhì)監(jiān)測等手段可以快速建立河道污染排口檔案及雨水管線，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網(wǎng)線路，根據(jù)聯(lián)通的雨水管網(wǎng)，利用GIS緩沖區(qū)分析功能，配合興趣點信息，可以在圖上標(biāo)明可能污染源，為污染源溯源提供初步數(shù)據(jù)參考。

現(xiàn)場排查時，以各排放口為源頭，沿聯(lián)通的雨水管道從下游往上游逐井詳查雨水管網(wǎng)現(xiàn)況，逐井拍照及視頻攝影，觀察并記錄排放物情況(流量、水質(zhì)等)。將排放口分兩類進行，非雨天有流水和無流水兩類，判斷有無流水需多次、分時段實地取證。非雨天流水排口為污染源重點調(diào)查對象，調(diào)查排水口上游對應(yīng)的雨水井、雨水篦及管段，首先對雨水井、雨水篦內(nèi)私接管道進行排查，其次利用QV對管段內(nèi)部初查，對疑似污染源管段用CCTV進行詳查確認(rèn)，期間部分水位或淤泥較高的需要清淤疏通和氣囊封堵配合，從而確認(rèn)管道上是否有支管或暗管，及排放物來源走向。個別暗管污染源源頭較難查找，無法準(zhǔn)確判斷污染源的來源，結(jié)合現(xiàn)場條件，利用CCTV和探地雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的方法，對污染源進行定位，從而判斷污染源源頭。通過排口-管道-井-管道溯源式調(diào)查，最終可查找到污染源，對其進行精確定位，形成污染源排查報告。對于判斷為非雨天無流水排放口，往上游對雨水井、雨水篦和管段進行精確定位即可，最終形成雨水管網(wǎng)一張圖。

CCTV視頻檢測前的管道封堵需要根據(jù)實際管道情況和管道內(nèi)水流強度，選用潛水封堵或橡膠氣囊輔助封堵，依據(jù)先上游、交匯井入水口原則進行封堵。一般運營中的主管段采用潛水封堵，施工階段或支管可選用相交氣囊輔助封堵。測區(qū)內(nèi)管道內(nèi)垃圾較多，為滿足視頻檢測和污染源調(diào)查的要求，還需要對管道先進行疏通、清淤，確保視頻檢測和污染源調(diào)查工作順利進行。

3.4 管道視頻檢測

管道封堵后利用QV、CCTV進行管道檢測，除了可以查明排污來源，還可以對管道內(nèi)部破損及缺陷進行檢測，探明是否有因管道破損引起的污染滲入，同時為后續(xù)管道修復(fù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。視頻檢測依據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，依據(jù)照片、視頻進行判讀，確定管道的缺陷類型及缺陷等級，同時給出管道修復(fù)建議。管道缺陷分為結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷兩類，結(jié)構(gòu)性缺陷分為破裂、變形、接口問題、滲透、暗接、腐蝕、井體問題、軸線問題及標(biāo)高問題；功能性缺陷則指管道內(nèi)部障礙導(dǎo)致的水流受阻。管道破裂、變形視頻如圖2所示。

圖2 管道破裂、變形視頻

3.5 污染源實地調(diào)查成果資料

實地調(diào)查成果分為：雨水管線探測成果、排口調(diào)查成果、污染源調(diào)查成果、視頻檢測成果。其中雨水管線、排口、污染源成網(wǎng)狀聯(lián)通，視頻檢測成果與相應(yīng)雨水管線一一對應(yīng)。

4 基于GIS可視化技術(shù)的河道污染源動態(tài)管理

通過現(xiàn)場踏勘、探查完成的河道污染源溯源調(diào)查，形成了現(xiàn)勢的雨水管線、排口、暗管、排污點成果數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)河道污染源的動態(tài)管理，可考慮采用信息化手段，將上述實地調(diào)查成果進行建庫，建立河道污染一張圖，利用GIS可視化技術(shù)輔助后續(xù)河道污染源動態(tài)管理。

基于WebGIS技術(shù)研發(fā)輕量化的排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)(圖3)，以電子地圖等地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將雨污水管道、排口、點狀污染源等信息集中在一張圖，提供數(shù)據(jù)填報、編輯接口，更新排污點、排口、檢查井、溢流井等關(guān)鍵節(jié)點信息，同時還可以融合黑臭河流、排水片區(qū)等治水?dāng)?shù)據(jù)，按管道空間位置接入CCTV視頻檢測數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測視頻、水質(zhì)指標(biāo)信息等物聯(lián)網(wǎng)接口，在線、動態(tài)監(jiān)管排水基礎(chǔ)設(shè)施運維情況及城市治水業(yè)務(wù)進展信息，實現(xiàn)排水設(shè)施、綜合治水一站式管理，使得河道污染源實地調(diào)查的效用最大化。

圖3 排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)

基于移動GIS技術(shù)研發(fā)掌上排水系統(tǒng)(圖4)，通過移動、在線、現(xiàn)場辦公形式，改變了傳統(tǒng)人員現(xiàn)場勘查、手動更新模式，打通不同作業(yè)流程通道，使得日常巡查、問題督辦、責(zé)任落實業(yè)務(wù)一個平臺完成，提高排口、河道巡查辦公效率。水質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測信息的接入，并按月匯總生成水質(zhì)報表，形成河道整治一覽表，方便跟蹤河道治理進展。

圖4 掌上排水系統(tǒng)

排水綜合應(yīng)用系統(tǒng)同時也為前期河道污染源實地調(diào)查提供技術(shù)支撐(圖5)，利用空間分析功能獲取直通河流的排口信息，基于GIS的連通性分析功能，可以快速獲取與排口相連的雨水管網(wǎng)線路，根據(jù)聯(lián)通的雨水管網(wǎng)，再利用緩沖區(qū)分析功能，可以在圖上高亮顯示可能污染源，從而可以加快污染源普查效率。通過污染源普查工作，可以明確河道污染源分布及污染種類，在排水一張圖上添加與排口動態(tài)相關(guān)的污染源實體信息，以排口、污染源地理空間實體為圖形化基礎(chǔ)，串聯(lián)后期污染源治理計劃，建立城市污染源治理一覽圖，動態(tài)監(jiān)管跟蹤各污染源治理進展。

圖5 信息系統(tǒng)輔助河道污染源實地調(diào)查

5 結(jié) 語

本文結(jié)合常州市武進城區(qū)河道污染源調(diào)查工作，根據(jù)武進區(qū)城鎮(zhèn)河道污染源形成原因及分類，探討河道污染源實地調(diào)查的流程和技術(shù)路線，并提出利用GIS可視化技術(shù)實現(xiàn)雨水管線、排口、河道污染源等調(diào)查資料一張圖展示，服務(wù)于河道污染源持續(xù)性監(jiān)測管理，也為前期河道污染源實地調(diào)查提供技術(shù)支持。為使得河道污染源普查效用最大化，還需要建立河道污染源巡查、監(jiān)測制度，利用無人機航飛、移動端等技術(shù)輔助河道、排口移動巡查；考慮結(jié)合視頻監(jiān)控、排口浸潤傳感器、水質(zhì)監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)河道、排口、排污的動態(tài)監(jiān)測。