市政排水管網是城市基礎衛生設施的重要環節。它的作用就是及時可***地排除產生的污水或廢水，給城市創造一個安全的生存和生產環境，對于維護城市公共衛生、保障人民身體健康具有非常重要的意義。

市政排水管網有合流制和分流制兩種排水系統。合流制排水系統中，生活污水、降雨徑流和工業廢水混合排入同一管道。分流制排水系統中，生活污水和工業廢水在城市污水管道排出，雨水單獨由雨水管道排出，能夠有效減少降雨對城市污水處理廠造成的沖擊。大部分的老城采用的是合流制排水系統，大部分的新城市以及開發區采用的是分流制排水系統，合流制排水系統正逐步向分流制排水系統演變。 

        內珀維爾的污水收集系統是一個獨立的下水道系統，包含了469英里的污水管道和19個泵站，大多數管道都是重力流形式。收集到的污水和來自附近沃倫維爾小鎮的污水匯合，進入日均處理量約為8.5萬噸/天的污水處理廠。

內珀維爾大部分建于20世紀60年代的混凝土管道正迅速變壞，而且，其中還有一部分管道建于20世紀20年代。在污水長年累月的腐蝕及其他環境因素的作用下，污水管道嚴重老化，破損和堵塞的危險成為市政管理者主要關心的問題。

一方面，由于污水管道的破損，地下水可能會進入污水收集系統。我們稱之為滲漏。

另一方面，降雨時，由于雨水管路接到了污水管路，雨水會進入污水收集系統。我們稱之為入流。

       入流和滲漏問題會引起污水收集系統過載，沖擊污水處理廠的運行，造成更高的處理費用和過多的泵房運行成本；還會造成污水管道水位升高，當超過水位警戒線時，會導致污水回流，如圖1所示；甚至會造成檢修口溢流，破壞環境衛生，影響公共健康。

 

圖1、過載水位警戒線

Figure1. Warning level when overload

         所以，只有減少入流和滲漏問題，才能夠有效避免污水收集系統過載，從而節省處理費用，保護環境以及公共健康。這就要求能夠快速找到具有入流和滲漏問題的污水管道，進行修復。

然而，要在如此多的污水管道中，找到具有入流和滲漏問題的污水管道不是一件容易的事情。況且，污水管道的環境極其惡劣，難聞的、有毒的氣體隨時會阻止維護工作的進程。隨著經濟的飛速發展，排水管網也在不斷擴大。迫切需要一種快速簡便的方法，來找到管網中存在入流和滲漏問題的污水管道。

        信息系統是市政基礎設施有效運行和維護的關鍵，包括污水收集系統。對于污水收集系統而言，流量測量技術是信息系統的關鍵因素。只要能正確使用流量計，就能得到準確的流量，從而為減少入流和滲漏問題提供所需的關鍵信息。這些準確的流量數據，對于污水管網的運行和維護是很重要的。對污水管網進行恰當的運行和維護，能夠減少污水管道的入流和滲漏問題，從而減少對污水處理容量的需求，帶來更高的使用率，降低成本。對污水流量進行完全和準確的測量，還能夠判斷哪些污水管道的入流和滲漏問題比較嚴重，從而確定需要修復的污水管道。

 

圖2、Sigma流量計探頭的安裝

Figure2. Installation of the Sigma flow meter

        內珀維爾從20世紀80年代后期就開始解決入流和滲漏問題，2002年開始加快問題解決的進程。最近，安裝了HACH公司的Sigma AV流量計，如圖2所示，并開發出很好的流量監測信息系統，能夠提供污水收集系統當前狀態的實時信息。

整個流量監測系統有24個固定監測點和10個臨時監測點，用于監測排水主干管、干管的重要節點部位的流量。其中兩個固定監測點測量來自沃倫維爾小鎮的流量，用于收費目的。剩下的監測點主要用于入流和滲漏的監測。在適當的位置安裝適當的流量計，根據這些流量計測量到的流量信息，就能知道哪條污水管道的入流和滲漏問題最嚴重。區分出市政排水管網中入流和滲漏問題最嚴重的這部分管道，就能有針對性的進行修復。這樣，就把有限的資源投入到收益最大的地方。

        流量監測系統的功能，是建立在可***的流量信息上的。目前，有多種不同的測量技術用于流量測量，選擇正確的流量和液位傳感器是很關鍵的。Sigma AV流量計采用更加準確耐用的流量測量技術——多普勒頻移技術。如圖3所示，流體中的顆粒（固體或者氣泡）使超聲信號產生頻率偏移，頻率偏移和顆粒的流速成比例關系，通過測量頻率偏移測量流體的流速；利用浸沒壓力方法測量液位從而計算出橫截面積。根據測量的流速和面積計算出液體的流量。

 

圖3、Sigma AV流量計測量原理

Figure3. Measuring principle of Sigma AV sensor

        Sigma AV流量計能夠在苛刻的條件下，連續測量而沒有漂移，能夠在更長的維護間隔內工作，提供更加準確的流量數據，從而為城市的入流和滲漏減排計劃帶來了進一步的準確度和效率。

      有了可***、精確的流量計后，就能準確的判斷污水管道的問題了。比如：

1、流速下降了，液位卻出現了一個峰值，說明有堵塞現象。用戶有一次在查看數據時發現了這種現象，如圖3所示。到達現場提起檢修口的蓋子檢查，發現有一塊膠合板堵住了水流。

 

圖4、污水管道出現堵塞的情況

Figure4. Showing sewer blocked

2、在下雨時，流量有明顯的增加，說明該污水管道有入流或者滲漏的問題，需要對這段污水管道進行修復。如圖4所示。

 

圖5、下雨時污水管道有入流和滲漏的情況

Figure5. Showing infiltration and inflow when rainfall

       如果在下雨時，同時有多個測量點的流量有明顯的增加，說明有多段污水管道出現了入流和滲漏問題。而又因為資源有限，不能同時解決所有污水管道的問題。這時候，就需要判斷入流和滲漏問題最嚴重的污水管道，先解決這段污水管道的問題具有最大的成本效益。比較這幾個流量增加的測量點，可以發現流量增加最多的那段污水管路就是入流和滲漏問題最嚴重的。

        到目前為止，內珀維爾市已經減少大量的入流和滲漏問題。由于問題的解決，減少了進入污水處理廠的污水量，就沒有必要再新建污水處理廠了。

4、結語

        內珀維爾市安裝了更加準確耐用的流量計，為流量監測系統提供了可***的數據。內珀維爾市的流量監測系統，由于有了可***的流量和液位數據，能夠快速準確的分析城市排水管網的狀態，判斷污水管道是否出現入流和滲漏問題，對城市入流和滲漏減緩工程有著積極的意義。根據排水管網的分析結果，能夠優化對污水管網的維護和管理，還能夠執行最優的污水管道修復策略，最終減少入流和滲漏問題對污水處理廠造成的沖擊。

通過準確、連續的流量和液位監測，我們不僅可以分析污水管道是否堵塞，是否出現入流和滲漏問題，還可以分析污水管道是否發生污水泄漏，從而防止污水對環境的污染，保護環境。

參考文獻

[1] 葉萍. 中國城市排水建設發展的思考. 時代金融. 2006，4：95-97；