基于GIS的昆明主城区域排水系统研究及典型区域污水输移全过程分析1

1、基于GIS的昆明主城区域排水系统研究及典型区域污水输移全过程分析1论文导读:：昆明主城地处滇池流域北岸滨湖上游区域，污染负荷比重大，占流域污染负荷总量约80%，目前昆明北岸主城二环路内区域为合流制排水系统，二环路外为分流制排水系统，雨季雨、污合流污水溢流污染问题严重。本研究在昆明市地下管线探测工作的根底上，对排水管网数据进行空间信息和属性信息处理，建立污染源与排水系统拓扑关系，构建排水片区-子排水片区-排水单元结构网络。数据统计分析结果说明昆明主城区域现状污水收集率为81%；污水处理厂处理能力有限，雨季期间大量合流污水不经处理直接溢流排入河道，汇入滇池。通过对典型排水区域船房河排水片区第一污水

2、处理厂纳污区域进行局域排水系统详查和污水产生-收集-处理全过程分析，确定依托沟渠主干的排水系统地下水渗入量约占系统收集总水量的35%，此截流式合流制-不完全分流制相结合的典型排水片区旱季污水收集率约为60%，雨季典型降雨条件下，合流污水溢流率约为90%。本研究结论为昆明主城排水系统改造和污水处理厂规划建设提供了一定数据依据，且本研究方法具有可借鉴性，为全面开展主城排水系统诊断工作奠定了根底。论文关键词：滇池流域，昆明主城，排水系统诊断排水系统是城市根底设施重要组成局部，可分为合流制和分流制两种类型，其中合流制排水系统按雨、污、废水产生的次序及处理程度的不同可分为直排式合流制、截流处理式合流制和

3、全处理式合流制【1】。排水体制的选择应根据城镇和工业企业规划、当地降雨情况和排放标准、原有排水设施、污水处理和利用情况、地形和水体等条件，综合考虑确定，同一城镇的不同地区可采用不同的排水制度，新建地区的排水系统宜采用分流制【2】。昆明主城地处滇池流域北岸滨湖上游区域，污染负荷比重大，占流域污染负荷总量约80%【3】，目前昆明北岸主城二环路内区域为合流制排水系统，二环路外为分流制排水系统，雨季雨、污合流污水溢流污染问题严重。为保护下游滇池水环境，昆明市政府将雨污分流管网改造和完善工程列为近期治滇重大工程，本研究针对昆明主城区排水系统存在的问题，在昆明市地下管线探测工作的根底上，利用ARCGIS高

4、效的空间分析手段，构建排水片区-子排水片区-排水单元结构网络，建立污染源与排水系统拓扑关系，对研究范围内排水系统进行全过程诊断，分析旱季污水收集率和雨季合流污水溢流率水利工程论文，为排水系统完善工程的全面开展提供数据支持。1 研究方法1.1 空间数据信息处理系统空间数据信息建立的根底是原有的以AutoCAD绘制的排水管网图。由根底空间要素和管网要素组成，根底空间要素包括地表构筑物、下垫面、道路、河流等；管网要素包括管线和管网中的附属设施(雨水篦子、排水口、检查井、排水泵站等)。需要处理的工作包括以下两方面：排水单元：可以为一栋楼、一个庭院、一个小区或一个街区，划分的依据为庭院排水管网和市政排水

5、支管系统的相对独立性，其意义在于界定出了排水系统管理和污染控制的最小且有效的可操作对象。子排水片区：在排水单元划分的根底上，以市政排水干管和输水泵站为主线索，根据排水系统主次脉络，串联排水单元，形成基于排水干管和泵站的子排水片区。排水片区：即污水处理厂纳污范围，由基于排水干管和输送泵站的子排水片区组成。城市排水空间数据庞大、复杂、多层次，各要素间具有特定关联性，且由此关联性构成了排水系统结构。拓扑是反映空间要素和要素类之间关系的数据模型或格式。利用拓扑规那么可以指定要素类中的要素之间有何种空间关系，或者多个不同要素类中的要素之间的空间关系。系统中涉及到的排水单元、排水管线、检查井以及其他排水构

6、筑物之间的特定关系利用GIS提供的拓扑规那么建立，并利用拓扑处理功能进行有效的管理。1.2属性数据信息处理针对主要管网要素，录入属性信息论文的格式。表1管网要素属性信息Tab.1 Attribute information of sewageelement 要素 数据信息 节点 X、Y坐标、井底标高、地面标高、点源污水排放量 管长 比例 管长 比例 管长 比例 管长 比例 城北片区 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% 总计 219.8 100.00% 250.03 100.00% 7.9 100.00% 477.84 100.00% 城东南片区 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% 总计 165.36 100.00% 275.19 100.00% 42.64 100.00% 483.19 100.00% 城东片区 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、 总计 241.2 100.00% 276.47 100.00% 37.11 100.00% 554.78 100.00% 城南片区 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% 总计 227.67 100.00% 265.23 100.00% 20.34

10、100.00% 513.24 100.00% 城西片区 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% 总计 209.1 100.00% 288.94 100.00% 14.19 100.00% 512.23 100.00% 合计 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% 总计 1063.23 100.00% 1355.87 100.00% 122.18 100.00% 2541.29 100.00% 污水管线管径大于500mm的管段占总长58.72%，雨水管线管径大于500mm的管段占总长55.41%。各

12、片区管径大于500mm的管段占片区管线总长的50%60%，800mm以上管线占片区管线总长的2230%，1000mm以上管线占片区管线总长的15%18%。城东南片区，由于大局部为新建城区，雨污分流情况优于其他片区，大局部片区雨污分流，污水主干系统根本形成，但同时片区内的支次管缺乏，管网密度低，仅9.9 km/km2，管网覆盖率低导致污水收集率不高。城北片区管网密度约为10.08km/km2，管网覆盖率较高。片区内的污水根本沿盘龙江两岸截污干管进入污水处理厂处理，但管网系统仍然有待改善。其中，霖雨路系统子排水片区以北区域仍然缺乏市政管网；北辰大道系统子排水区雨水局部接入污水干管；学府路系统子排水

13、区以西北区域内缺乏污水管，雨污水混合排入盘龙江截污管；联盟路系统子排水区雨污水局部排入麻线沟，雨污分流较差。城东片区为老城区，管网密度约为10.93km/km2，是五大排水片区中最高的片区。但是由于管网铺设年代较为久远，管网错接、漏接的现象较为严重，没有完全实现雨污分流。其中，官南大道系统子排水片区市政雨污管线功能划分模糊；枧漕河上段系统子排水片区东二环路以东区域管网缺乏，阻碍了雨污水的有效收集；枧漕河下段系统支次管较为缺乏，污水收集率低；大清河泵站系统子排水片区内多为农村区域，管网极少，未形成雨污水收集系统，污水排入农灌沟渠。城南片区二环路以内区域属昆明老城区，为以箱涵、沟渠为依托的雨水、污

14、水完全收集的合流制排水体制，由于地下水渗入，管网收集总水量大于污水处理厂截流闸控制水量，即使旱季也存在溢流；二环路外区域理论上为分流制排水体制，但局部区域市政管网缺乏，污水直排河道水利工程论文，加之庭院管网与市政管网雨、污错接，污水收集率反而低于二环路内合流制区域；南郊污水干管系统效劳面积较大，但支次管缺乏，干管管径与收集水量不匹配，无法正常发挥系统效能。城西片区管网密度最低，仅9.76km/km2，污水收集率低，仍有大局部污水就近、或经管网收集后排入河道。其中张峰泵站系统子排水片区局部污水排入新运粮河；土堆泵站系统子排水片区局部污水排入老运粮河；庄房村泵站系统子排水片区绝大局部污水排入扁担沟

15、；系统二环路内区域属土堆泵站系统子片区，雨水、污水完全混合收集。表4昆明主城管网覆盖情况Tab.4 Sewer coverage of Kunming main city 区域 面积 管径长 管网密度 城南片区 49.01 512.93 10.47 城东南片区 48.77 482.92 9.90 城东片区 50.76 555.00 10.93 城西片区 52.35 511.09 9.76 城北片区 47.40 477.64 10.08 合计 248.30 2539.58 10.23 通过逐片区、排水单元的详细分析可得，滇池北岸昆明主城区内现状污水收集比例为81.18%。其中通过管网收集的污水比

16、例为51.09%，通过河道和沟渠收集的污水比例为30.09%，进入西园隧道排至外流域的污水比例为9.49%，通过河道直接排放的污水比例为9.34%。2.2 典型排水片区污水输移全过程分析船房河排水片区即第一污水处理厂纳污区域，人口密集，跨越二环路内外两个区域，老城区与新城区结合，截流式合流制-不完全分流制排水体制结合，污水局部区域完全收集、局部区域不完全收集，可综合代表昆明主城区排水系统特点，面积为20.46km2，区域内有第一污水处理厂，处理规模为12万m3/d。其二环路内区域为依托于兰花沟、省委大沟、西坝河、采莲河、永昌河5条沟渠的完全合流制排水系统，二环路外区域为分流制排水系统，但管网覆

17、盖率不高，局部污水直接排入采莲河、永昌河、清水河、小尚河、正大河等河流。整个区域可分为5个子排水片区，16个二级子片区，共193个排水单元。本文选择船房河排水片区，通过污染源、排水管网、污水处理厂运行情况详细调查及旱季、雨季管网、河道水质水量监测，研究昆明主城典型排水片区收集处理特征。通过逐栋楼、逐小区详细调查，该区域内有居民小区、企事业单位、餐饮业、学校、医院、宾馆、商场、施工区、招待所、农贸市场、洗浴效劳以及电影院、小吃店等其他小型用水单位，共3316家。点源污水总排放量为4521.81万m3/a，COD、TN、TP排放量分别为：14040.62t/a、2385.60 t/a、204.10

18、 t/a。船房河排水片区大局部区域为城市建成区，城市面源污水总排放量为1765.9万m3/a,COD、TN、TP排放量分别为：2095.87t/a、114.04 t/a、7.20 t/a。调查统计结果显示，在不考虑截流闸控制的情况下，船房河片区84%以上的点源污水将进入到第一污水处理厂，北侧进水口是主要的入水口，其次是南侧进水口，东侧进水口所占比例最小，而不经处理直接排入河道的点源污水占点源污水总量的10%。表5船房河片区点源、面源污染负荷排放分布Tab.5 Point source and nonpoint pollutiondischarge of Chuanfang River regi

19、on 污水量 COD TN TP 点源 面源 点源 面源 点源 面源 点源 面源 第一污水处理厂北侧进水口 68% 40% 69% 40% 69% 40% 72% 40% 第一污水处理厂南侧进水口 12% 23% 13% 22% 13% 22% 12% 22% 第一污水处理厂东侧进水口 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% 采莲河 0% 6% 0% 7% 0% 6% 0% 7% 清水河 2% 4% 2% 4% 2% 4% 2% 4% 西坝河 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% 合计 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 对于船房河片区的面源污染水利工程论文，69%的面源污水进入到第一污水处理厂收集系统，剩余面源污水主要进入船房河和采莲河，正大河、清水河、西坝河、小尚河接纳少量的面源污水。由于船房河片区二环路内区域排水系统较为封闭，因此选择该区域进行水质、水量产汇平衡分析论文的格式。该区域为典型合流式截流制排水系统，面积为7.57km2，排水单位共1611家。经统计与监测，该区域污染源和收集

21、系统水质、水量情况如表5所示。污染源污水水量合计值小于末端管道、沟渠水量监测合计值，而污染源污水浓度值高于收集系统中监测值，用水量水质比照可得，地下水渗入率约为35%，另外还需考虑污水输移过程中污染物在管道和沟渠中沉降而导致的污染物浓度损失，其中，TN稀释率最小，与其主要为溶解态的存在形态有关，输移过程中不易沉降，浓度损失较小。表6船房河排水片区污染物产汇平衡Tab.6 Balance of pollutants yield andcollection in Chuanfang River region 污染源 管道、沟渠 稀释率 水量 7.80 12.22 36.17% 水质 COD 325

22、.65 213.50 34.44% TN 52.39 36.61 30.12% TP 4.43 2.91 34.27% 污染负荷 COD 25.40 26.09 - TN 4.09 4.47 - TP 0.35 0.36 - 以上分析结果说明，目前昆明主城区普遍存在的沟渠为主的合流制排水系统内部地下水渗入率较高，增加了末端污水处理厂处理负担。系统调查结果说明，船房河片区二环路以内合流制区域，庭院及市政管网系统根本形成，但极不完善，雨污混接，兰花沟、省委大沟等五条沟渠为区域内完全合流制排水主干系统，根据水质、水量产汇平衡分析结果，由于地下水位较高的原因，沟渠中地下水渗入，旱季管网水量中约35%为地下水；而污水处理厂处理规模为12万m3/d，处理能力有限，局部污水溢流入河，实际污水收集率为66%。 二环路以外分流制区域，虽然分别建设了雨、污水管道，但仍然存在大量雨污混接现象，区域内管网密度缺乏，局部污水直接排入河道，导致实际污水收集率过低，仅为48%。综合统计结果说明，船房河排水片区旱季污水收集率为60%。在管网信息处理和排水单元概化的根底上，利用SWMM模型模拟2021年7月17日历时160min、降雨量为19mm的一场降雨过程中船房河排水片区合流污水输移特征。第一污水处理厂北侧进水口前端设有截流闸，将超过污水处理厂处理能力的大量合流污水溢流至下游船房河截