摘要：排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測對城市排水智慧化管理、系統優(yōu)化調度、在線(xiàn)預警報警等工作的開(kāi)展起到重要的支撐作用，需要在一定的經(jīng)濟成本約束下，制定合理有效的排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測方案。其中，在線(xiàn)監測布點(diǎn)數量的確定是制定方案的基礎工作，但目前主要依賴(lài)于人為主觀(guān)判斷，缺少定量化的方法。提出了排水管網(wǎng)分級監測的思路，根據整體、分區和源頭三個(gè)層級的監測思路，量化不同層級下最優(yōu)監測布點(diǎn)的數量及不同監測點(diǎn)數量設置下可實(shí)現的最優(yōu)監測效能，可指導排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測布點(diǎn)數量的確定。將該方法分別在城市雨水系統和污水系統監測點(diǎn)數量確定中進(jìn)行應用，能夠支持監測方案的量化評價(jià)、監測方式和指標的篩選等。

作者簡(jiǎn)介：郭效琛，博士，助理研究員，研究方向為城市排水管理。

排水管網(wǎng)對于城市安全運行起著(zhù)重要的保障作用，但由于排水管網(wǎng)工程本身的隱蔽性強、分布范圍廣，導致其運行狀態(tài)不清、管理難度較大，對管網(wǎng)混接、入流入滲等問(wèn)題的分析診斷困難。利用排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測可以支持排水系統問(wèn)題的定量診斷與分析，支持排水系統的智能化管理；而數據的可靠性、準確性及有用性則是排水管網(wǎng)分析診斷的基礎。對所有排水管網(wǎng)節點(diǎn)進(jìn)行在線(xiàn)監測布點(diǎn)，能夠全面掌握排水管網(wǎng)的運行動(dòng)態(tài)，但節點(diǎn)數量眾多，監測成本過(guò)高；在經(jīng)濟成本的約束下，需要根據監測需求和目的，制定科學(xué)有效的監測布點(diǎn)方案，篩選最具代表性的節點(diǎn)，以盡可能少的監測點(diǎn)獲取盡量全面的排水管網(wǎng)信息，形成兼顧代表性和經(jīng)濟性的可行監測方案。

對于特定區域，排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測方案應涵蓋監測指標、監測布點(diǎn)數量、監測位置以及監測時(shí)間等多項內容。其中，監測設備的數量在監測方案制定的初期是最為關(guān)鍵的指標，為區域問(wèn)題的整體規劃設計提供制定預算的依據，推進(jìn)項目的執行。目前，排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測布點(diǎn)數量的確定，主要依靠人為主觀(guān)經(jīng)驗判斷，尚沒(méi)有統一的方法和標準，造成布點(diǎn)數量的不確定性，降低了項目資金使用的有效性。

針對排水管網(wǎng)監測布點(diǎn)定量化確定的問(wèn)題，基于排水管網(wǎng)特征、運行規律、監測需求，研究按照整體監測、分區監測和源頭監測三個(gè)部分，提出分層級的排水管網(wǎng)監測思路，以水量監測為基礎，建立監測點(diǎn)數量定量化的制定方法。

01 排水管網(wǎng)監測基礎

對于目標區域排水管網(wǎng)，監測點(diǎn)數量的確定需要考慮對排水關(guān)鍵要素的覆蓋、監測指標的篩選以及區域開(kāi)展監測的目的。

排水管網(wǎng)是一種典型的網(wǎng)絡(luò )系統，具有很強的上下游關(guān)聯(lián)性，從排放源到分支管網(wǎng)、主干管網(wǎng)、泵站、污水廠(chǎng)及最終的受納水體，形成完整的排水系統。以污水排放系統為例，在監測點(diǎn)位的設置上，共可分為6個(gè)部分，如圖1所示。

①排放源。對污水系統而言，主要為片區內重點(diǎn)企業(yè)或典型小區，作為排水戶(hù)，向市政管網(wǎng)系統排入生產(chǎn)及生活污水；在排口應進(jìn)行水量和水質(zhì)的實(shí)時(shí)監測，對偷排漏排起到監管作用。對雨水系統而言，則為低影響開(kāi)發(fā)項目，排口的監測可直接支持項目達標性的分析。

②分支節點(diǎn)。對于污水系統，分支節點(diǎn)反映多個(gè)排水戶(hù)的情況，可掌握一個(gè)小片區整體的排污情況。對于雨水系統，分支節點(diǎn)的監測主要針對歷史易澇點(diǎn)，可對城市內澇問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與動(dòng)態(tài)預警。

③主干節點(diǎn)。無(wú)論污水系統還是雨水系統，主干節點(diǎn)都起著(zhù)重要的連接作用，通過(guò)流量和典型水質(zhì)指標的聯(lián)合監測，可作為上游問(wèn)題驗證、下游合理調度的依據。

④調蓄設施。針對調蓄控制的流域，體現上下游、排水系統聯(lián)合調度的關(guān)系。

⑤污水廠(chǎng)。污水系統的控制終端，通過(guò)進(jìn)、出水的監測，對排水情況進(jìn)行監測與預警，評估污水廠(chǎng)收水范圍內的整體情況。

⑥排口。排水管網(wǎng)系統的末端，體現對城市水環(huán)境質(zhì)量的影響。

1.2 排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測指標設置

排水監測指標整體上可分為水量和水質(zhì)兩大方面，同時(shí)需對降雨進(jìn)行監測，作為排水分析的背景信息與基礎。

①雨量。利用在線(xiàn)雨量計，監測片區內的降雨信息。

②流量。水量監測的主要指標，可以支持定量分析。

③液位。水量監測的輔助性指標，監測成本較低，可提供定性分析。

④水質(zhì)。在線(xiàn)監測主要選擇簡(jiǎn)單的單項指標，對水質(zhì)進(jìn)行整體掌握；其中雨水管網(wǎng)系統可選擇懸浮物（SS）；污水管網(wǎng)系統可選擇電導率；受納水體可選擇SS和溶解氧（DO）。

1.3 排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測目的

不同區域排水管網(wǎng)系統面臨的問(wèn)題不同，因而排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測的目的也有所差異，需要根據各自具體的監測目的，進(jìn)行監測點(diǎn)位置和監測指標的選擇。

不同監測目的下監測點(diǎn)設置分析如表1所示。

02 監測點(diǎn)量化確定的依據

對排水管網(wǎng)監測布點(diǎn)數量進(jìn)行定量化的制定，需要滿(mǎn)足排水管網(wǎng)監測布點(diǎn)的要求，并根據不同要素的重要程度進(jìn)行優(yōu)先級的排序，從而在一定經(jīng)濟成本約束下，確定最優(yōu)的監測點(diǎn)數量。

2.1 監測布點(diǎn)位置要求

2.1.1 雨水系統排放口

雨水排放口在旱季不應有水流排放，若旱季存在排水則應進(jìn)行重點(diǎn)監測，支持區域的偷排漏排管理；在降雨期間對雨水徑流排放進(jìn)行監測，可對片區整體的徑流水量及水質(zhì)情況進(jìn)行評估?？筛鶕趴诖笮?，選擇具備監測條件的雨水排口進(jìn)行在線(xiàn)監測：

①DN300以下，雨水徑流量?。ㄒ话阈∮?.2m3/min），對水體影響有限，可不監測；

②DN300～DN600中等排水口，對城市水體影響明顯，需監測流量；

③DN600及以上是主排口，降雨期間排入水體的水量大，對城市水體影響顯著(zhù)，需進(jìn)行流量及水質(zhì)監測。

2.1.2 合流制溢流口

在合流制體制下，混合污水的流量超過(guò)截污干管的輸水能力時(shí)，部分污水會(huì )發(fā)生溢流直接進(jìn)入受納水體；部分排口在旱季甚至存在污水直排的現象，通過(guò)對合流制溢流排口的監測可評估區域整體溢流污染情況，對點(diǎn)源污染進(jìn)行有效的監管。

①由于在降雨強度較大時(shí)，混合污水流量超過(guò)截流干管輸水能力，合流制排口存在污水排入水體的可能，所有排口均有監測的需求。

②所有排放口均優(yōu)先保障流量監測，對于重點(diǎn)排口（DN600及以上），若發(fā)生污水直排對城市水環(huán)境影響顯著(zhù)，有條件時(shí)應進(jìn)一步補充水質(zhì)監測。

2.1.3 雨水管網(wǎng)

①選擇下游主干管節點(diǎn)進(jìn)行流量監測，可支持對應分區的徑流總量控制率評估；

②歷史積水點(diǎn)及易澇點(diǎn)進(jìn)行液位監測，對城市內澇進(jìn)行預警并評估水安全情況。

2.1.4 合流制及污水管網(wǎng)

在管道主干節點(diǎn)進(jìn)行流量監測，可支持水量平衡、管網(wǎng)運行規律的識別；對入流入滲、雨污混接等管網(wǎng)問(wèn)題進(jìn)行診斷分析。

①選擇帶壓運行壓力較高的節點(diǎn)進(jìn)行液位監測，為運行評估及風(fēng)險預警提供在線(xiàn)動(dòng)態(tài)依據；

②在泵站、調蓄池、污水廠(chǎng)等主要設施的進(jìn)出水口進(jìn)行流量監測，為排水系統的整體運行調度提供依據。

2.2 節點(diǎn)布置優(yōu)先原則

無(wú)論是源頭、管網(wǎng)還是排口，作為排水系統的組成部分，都有監測的需求；污水和雨水也都應同步開(kāi)展監測，但在經(jīng)濟成本有限、監測點(diǎn)數量設置不夠的情況下，無(wú)法完全滿(mǎn)足監測點(diǎn)布置的需求，考慮不同監測點(diǎn)的重要性，應對重要節點(diǎn)優(yōu)先進(jìn)行監測。

①排口>管網(wǎng)>源頭

排口作為排水管網(wǎng)系統的終端，對城市水環(huán)境有顯著(zhù)影響，應優(yōu)先監測；管網(wǎng)節點(diǎn)是排水系統的過(guò)程部分，起著(zhù)承上啟下的聯(lián)通作用；源頭是排水系統的源頭端，個(gè)別排水戶(hù)/項目對整體排水系統的影響相對有限。

②污水>雨水

目前大多數城市的分流制排水體系，從排放時(shí)間角度，污水持續存在而雨水徑流僅在降雨期間產(chǎn)生；從城市監管角度，污水的排放更需要進(jìn)行合理有效的組織與管理。

03 排水管網(wǎng)分級監測方法

為支持排水管網(wǎng)監測布點(diǎn)數量的量化確定，在監測方案制定過(guò)程中采用分級監測的技術(shù)體系，逐級完善排水管網(wǎng)在線(xiàn)監測。

3.1 整體技術(shù)體系

分級監測技術(shù)體系以區域監測目的為基礎，包括整體監測、分區監測和源頭監測3個(gè)層級，不同層級所涵蓋的監測要素不同，能實(shí)現的監測目的也有所差異，如表2所示。

① 整體監測

整體監測主要是對區域整體情況的掌握，覆蓋程度相對有限，僅針對管網(wǎng)的主要節點(diǎn)，管網(wǎng)布點(diǎn)密度較低。整體監測針對的是區域最重要的節點(diǎn)，能夠掌握區域排水的基本負荷情況，支持基礎性管理工作的開(kāi)展，建議進(jìn)行長(cháng)期固定監測。

② 分區監測

結合區域匯水關(guān)系和管網(wǎng)存在的問(wèn)題，對區域進(jìn)行劃分，基于網(wǎng)格化的思維模式，將各分區作為監測單元，對排水系統進(jìn)行合理的分解。

在分區監測層級下，可對各分區的排水問(wèn)題進(jìn)行診斷分析，形成相對精細化的管理模式，可支持大部分排水管網(wǎng)問(wèn)題的管理，但由于未涉及排水源頭部分的監測，無(wú)法進(jìn)行污染溯源，不能對排水戶(hù)進(jìn)行追責，不能評價(jià)雨水管控項目的效果。

③ 源頭監測

污水系統主要針對企業(yè)、居民小區等排水戶(hù)，雨水系統則主要針對各類(lèi)低影響開(kāi)發(fā)項目。

源頭監測在分區監測層級上進(jìn)一步細化，可支持溯源分析并進(jìn)行追責，可輔助排水管理，落實(shí)排水許可制度的動(dòng)態(tài)監管，將在線(xiàn)監測數據進(jìn)行集成，對污染排放源進(jìn)行預警預報，實(shí)時(shí)更新?tīng)顟B(tài)。對低影響開(kāi)發(fā)改造項目，則可支持項目達標分析，根據評估結果可對存在的問(wèn)題進(jìn)行持續改進(jìn)與優(yōu)化。

3.2 分級監測定量評分曲線(xiàn)

為支持監測點(diǎn)數量的定量化確定，需要對監測效能進(jìn)行量化評分，確定不同監測點(diǎn)數量設置下所能實(shí)現的最佳監測效能，并通過(guò)分數進(jìn)行刻畫(huà)，從而形成分級監測定量評分曲線(xiàn)。

3.2.1 最佳監測效能的確定

同樣數量的在線(xiàn)監測點(diǎn)位設置，布置于不同的監測點(diǎn)位置、監測不同的監測要素，所能實(shí)現的監測效能則有所差異。對于尚未開(kāi)展監測的區域而言，優(yōu)先在排口布置在線(xiàn)監測點(diǎn)，能夠掌握區域內對應匯水范圍的整體情況，但僅布置在單獨源頭排水戶(hù)的排口，所能獲取的信息則大幅減少，對應的監測效能降低。

在一定數量的點(diǎn)位設置下，應按照節點(diǎn)布置的優(yōu)先原則進(jìn)行監測位置的篩選，將有限的監測設備布置在重要的監測要素上，獲取關(guān)鍵信息。

3.2.2 各層級最優(yōu)監測數量設定

以項目區域的面積、管網(wǎng)長(cháng)度、排口數量等信息為基礎，依據監測目標，對不同層級下最優(yōu)方案監測點(diǎn)的數量進(jìn)行設定。將整體監測最優(yōu)數量對應的評分設為100分，分區監測和源頭監測在整體監測的基礎上，能夠更進(jìn)一步了解排水系統情況，支持排水系統的診斷分析和智慧化管理，對應的分值逐級增加，將分區監測最優(yōu)數量得分設為200分，源頭監測最優(yōu)數量得分設為300分；不同層級對應的監測目的不同，對各要素監測覆蓋的比例要求也就有所差異，以水量監測布置的最優(yōu)數量為例，需依據區域內各要素節點(diǎn)數量進(jìn)行確定，如表3所示。

根據目前對城市排水系統的要求，污水不能直接排入受納水體，許多城市對污水直排口進(jìn)行了封堵和改造，但仍留有合流制溢流口，屬于重點(diǎn)監測要素，在整體監測層級下，應盡可能進(jìn)行監測覆蓋；區域內雨水排口數量遠多于排污口，尤其是河流水系密布的區域，大小排口沿河分布，在整體監測和分區監測層級下僅需要覆蓋主要排口，達到源頭監測層級后，才需對所有具有監測需求的雨水排口進(jìn)行覆蓋。

在管網(wǎng)節點(diǎn)監測布置部分，整體監測層級最優(yōu)數量?jì)H覆蓋管網(wǎng)系統核心的節點(diǎn)；以整體監測為基礎，考慮區域排水分區的劃分情況，識別排水管網(wǎng)的關(guān)鍵節點(diǎn)，在主干節點(diǎn)的基礎上覆蓋分支節點(diǎn)，雖然分區監測層級下，最優(yōu)監測點(diǎn)數量增加有限，但可支持大部分排水管網(wǎng)問(wèn)題的診斷與分析；在源頭監測層級下，由于污水系統的排水戶(hù)以及雨水系統的地塊類(lèi)項目數量巨大，最優(yōu)監測數量大幅增加。

在各層級內，由監測點(diǎn)數量設置的覆蓋比例確定基礎得分，并根據布點(diǎn)的要求、優(yōu)先原則、監測點(diǎn)覆蓋的重要程度，進(jìn)行分數的調整，對應分值均為該監測點(diǎn)數量下所能實(shí)現的最佳監測效能。

分級監測體系下在線(xiàn)監測點(diǎn)數量定量評分曲線(xiàn)如圖2所示。

04 監測點(diǎn)數量量化確定的應用

基于分級監測體系，利用定量化評分曲線(xiàn)，對于特定區域，可根據基本的排水管網(wǎng)資料和監測需求，對監測點(diǎn)數量進(jìn)行初步的量化確定，并根據經(jīng)濟約束條件，確定監測方式，形成區域初步的監測布點(diǎn)方案，并能夠指導監測方案的優(yōu)化與調整。

4.1 雨水系統監測

以某海綿試點(diǎn)區的監測為例，根據海綿城市考核評估的需求，按照降雨徑流的匯集過(guò)程，從源頭到過(guò)程到末端，建立全過(guò)程系統性的監測體系，全面掌握海綿試點(diǎn)區的雨水徑流排放情況，能夠支持多個(gè)排水分區的精細化管理及問(wèn)題診斷，對源頭低影響開(kāi)發(fā)項目進(jìn)行達標評價(jià)與分析并督促優(yōu)化整改。

該海綿試點(diǎn)城市位于我國東部地區，對海綿試點(diǎn)區的雨水管網(wǎng)系統進(jìn)行基本資料的收集：試點(diǎn)區域面積共計25.24 km2，其中排水管網(wǎng)輻射面積為20.5 km2；現狀雨水管道長(cháng)約79.5 km；末端入河主要排放口共計75個(gè)，其中雨水排放口73個(gè)，合流制排放口2個(gè)；源頭低影響開(kāi)發(fā)改造地塊類(lèi)項目共計108個(gè)。根據試點(diǎn)區的基本信息，考慮3個(gè)層級的監測需求，分別確定最優(yōu)監測點(diǎn)數量，即，整體監測最優(yōu)監測點(diǎn)為39個(gè)，分區監測最優(yōu)監測點(diǎn)為76個(gè)，源頭監測最優(yōu)監測點(diǎn)為178個(gè)。海綿試點(diǎn)區域評分曲線(xiàn)如圖3所示。

根據監測目的和需求，應完成整體監測和分區監測，考慮源頭地塊項目數量較多，應盡可能覆蓋，在源頭監測層級部分，監測效能應達到80%及以上。

4.1.1 整體和分區監測

根據區域內的排水關(guān)系，海綿試點(diǎn)區共劃分17個(gè)子排水分區，在排口部分共布置75臺在線(xiàn)監測設備，覆蓋所有排口；在管網(wǎng)監測部分，兼顧各排水分區，設置26個(gè)監測點(diǎn)，對管網(wǎng)主干和分支節點(diǎn)進(jìn)行監測。

① 排口監測

在匯流區域面積大的主要雨水排放口和2個(gè)合流制排放口布置流量在線(xiàn)監測點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集流量信息，共計60處；在匯流區域小的排放口布置液位在線(xiàn)監測點(diǎn)，僅作為排放口是否有出流的定性判斷，共計15處。

② 管網(wǎng)監測

在雨污混接處下游管網(wǎng)或主干管網(wǎng)下游節點(diǎn)進(jìn)行流量監測，支持排水管網(wǎng)日常運行規律的定量分析，共12處；在區域易澇點(diǎn)、管網(wǎng)重點(diǎn)區域進(jìn)行液位在線(xiàn)監測，支持內澇預警及管道運行風(fēng)險評估，共14處。

4.1.2 源頭監測

海綿試點(diǎn)區內共計108個(gè)源頭地塊類(lèi)項目，若全部布置在線(xiàn)監測設備進(jìn)行監測，所需成本會(huì )大幅增加；另外，根據評分曲線(xiàn)，源頭監測部分監測點(diǎn)個(gè)數增加顯著(zhù)，但后期分值增加幅度有限?？紤]各個(gè)地塊排水具有一定的相似性，僅選擇典型項目進(jìn)行在線(xiàn)監測。篩選住宅小區、公園綠地、廣場(chǎng)等不同類(lèi)型具有代表性的19個(gè)典型項目進(jìn)行監測，由于項目排口不唯一，部分項目需多臺監測設備，共布置34 處。

4.1.3 監測方案初步制定

根據試點(diǎn)區排水系統的基礎資料，可得到3個(gè)監測層級下最優(yōu)的監測布點(diǎn)數量，并得到定量化的評分曲線(xiàn)。

考慮海綿城市建設效果考核評估的需求，進(jìn)行監測布點(diǎn)數量的確定，最終形成135處在線(xiàn)監測布點(diǎn)方案，覆蓋試點(diǎn)區全部排口、主干和分支節點(diǎn)以及典型源頭項目。在評分曲線(xiàn)中，對應得分為285分，在布點(diǎn)位置、指標選擇合理的最優(yōu)布點(diǎn)方式下，理論上可完成整體監測和分區監測。在源頭監測部分，通過(guò)對典型項目的篩選，可進(jìn)行有效監測，在有限的經(jīng)濟成本投入下，完成該層級85%左右的監測效能。

試點(diǎn)區監測布點(diǎn)示意及得分見(jiàn)圖4。

4.2 污水系統的監測

為實(shí)現廠(chǎng)網(wǎng)一體化的智能管控模式、支持排水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)監測與預警機制的建立、評估區域內實(shí)施控源截污工程改造的效果，某市需對污水排水系統建立從排水戶(hù)到污水廠(chǎng)的全過(guò)程在線(xiàn)監測。該在線(xiàn)監測體系的建立，能夠為雨污混流、排水戶(hù)偷排、入流入滲、污水廠(chǎng)進(jìn)水濃度低、管網(wǎng)帶壓運行等問(wèn)題提供數據，從而大幅提高排水系統整體運行的可靠性和效率。

該市位于長(cháng)江流域，城區核心區域面積共計63.5 km2；新建區域的市政管網(wǎng)為雨污分流，但城區內大部分區域為合流制，存在污水下河現象，目前正在實(shí)行控源截污工程，消除污水直排現象；主城區內共計3座污水處理廠(chǎng)、21座泵站；區域范圍內水系密布，沿岸大小排污口共計600余個(gè)；排水戶(hù)共計323 個(gè)。

4.2.1 監測方案分級量化制定

以區域基本信息為基礎，考慮監測目的和需求，以污水系統監測為主，暫不考慮對雨水系統的監測，按照分級監測量化評分的方法，可得到監測效能分值與監測點(diǎn)個(gè)數的關(guān)系曲線(xiàn)圖，如圖5所示。

由于區域面積大，水系密布、排口眾多，各層級下最優(yōu)監測所需的布點(diǎn)數量都較大，若都采用固定設備的監測模式，經(jīng)濟成本過(guò)高，因此在兼顧考慮經(jīng)濟性與滿(mǎn)足需求的雙重約束下，采用固定與輪換相結合的監測模式，利用有限的監測成本盡量覆蓋較多的點(diǎn)位。

通過(guò)輪換監測的方式，在相同監測設備數量下，覆蓋的監測范圍可顯著(zhù)提升，提高監測效能，但相比于固定監測，輪換監測的方式必然會(huì )損失一部分信息量，因此需針對排水系統內不同要素的特征和監測需求，選擇監測方式，保障在線(xiàn)監測的有效性。

① 固定監測的內容

區域內管網(wǎng)部分所需監測點(diǎn)數量較少，主要是污水主干管，需長(cháng)期持續收集數據；為支持排水系統整體的運行調度，排水設施如污水廠(chǎng)進(jìn)水主干管和泵站也需要固定監測收集數據；排口部分，由于數量過(guò)多，僅對大型排口（d≥600 mm）采用固定監測的方式；考慮排水戶(hù)監管的需求，典型排水戶(hù)開(kāi)展固定監測，掌握區域排水規律。

② 輪換監測的內容

區域內大部分排口屬于中小型排口，入河水量有限，可采用輪換監測的方式，階段性收集數據；對區域內大部分排水戶(hù)采用輪換監測的方式，采集排水戶(hù)信息。

4.2.2 排水管網(wǎng)監測

① 污水主干管監測

結合主城區控源截污工程開(kāi)展的管網(wǎng)完善工程，對新建主干管（d800 mm和d1 000 mm）以及現狀污水主干管，進(jìn)行流量固定監測，掌握區域整體排污情況，共計16個(gè)監測點(diǎn)。

② 歷史積水點(diǎn)監測

區域以污水系統監測為主，考慮對積水內澇預警報警，選擇內澇嚴重的9個(gè)積水點(diǎn)進(jìn)行液位的監測。

③ 泵站進(jìn)出口

區域范圍內共選擇13座泵站，在泵站的進(jìn)水口進(jìn)行流量的在線(xiàn)監測，掌握各泵站服務(wù)范圍內來(lái)水量，從而為泵站調控策略的制定提供水量數據；選擇其中規模較大的4個(gè)主要泵站布置自動(dòng)采樣器，在流量發(fā)生突變時(shí)，可觸發(fā)采樣，進(jìn)一步對水樣進(jìn)行人工檢測化驗，選擇pH、電導率、濁度、氨氮、COD等指標進(jìn)行化驗，可掌握區域內水質(zhì)情況。

④ 污水廠(chǎng)干管

對污水廠(chǎng)收水干管進(jìn)行液位監測，從而掌握干管的充滿(mǎn)度；對污水廠(chǎng)的運行負荷進(jìn)行預警，支持排水系統的一體化調度；根據管網(wǎng)拓撲關(guān)系，2座污水廠(chǎng)分別與2根主干管相連，共需4臺在線(xiàn)液位計。

4.2.3 排口監測

① 固定監測

共篩選管徑600 mm及以上的重要排口進(jìn)行流量和水質(zhì)的固定監測，共計13臺在線(xiàn)流量計和13臺水質(zhì)在線(xiàn)預警儀。

② 輪換監測

服務(wù)于控源截污工程，需摸查排口以及未進(jìn)行截污干管建設區域和封堵的排口，避免偷排和漏排，共需對項目范圍內的142個(gè)排口開(kāi)展輪換監測，需預留24臺在線(xiàn)流量計。

4.2.4 排水戶(hù)監測

① 固定監測

選擇典型小區市政管道接口布置監測點(diǎn)。選擇已經(jīng)進(jìn)行雨污分流改造且排水量較大的項目進(jìn)行固定監測，分析雨天旱天運行情況，初步篩選29個(gè)典型排水戶(hù)監測，共需29臺流量計和29臺自動(dòng)采樣器。

② 輪換監測

對清河區188戶(hù)、清浦區114戶(hù)以及開(kāi)發(fā)區21戶(hù)采取雨污合流制的排水戶(hù)進(jìn)行雨污分流改造，共計323戶(hù)。除固定監測29戶(hù)，其余294戶(hù)采用輪換監測，預計在一年內完成所有排水戶(hù)雨季和旱季排口水量和水質(zhì)的數據收集。經(jīng)計算，共需19臺在線(xiàn)流量計，進(jìn)行16次輪換監測。

4.2.5 監測方案評價(jià)與優(yōu)化

該市主城區排水管網(wǎng)采用在線(xiàn)監測，水量在線(xiàn)監測方面共計139臺監測設備，各要素布點(diǎn)的在線(xiàn)液位計和在線(xiàn)流量計如表4所示。其中，部分要素采用輪換監測的方式，等效覆蓋監測點(diǎn)數量大幅增加，可達到532 個(gè)。

根據分級監測的理論分值曲線(xiàn)，覆蓋532個(gè)監測點(diǎn)位，監測效能對應的分值為220分（見(jiàn)圖6），可基本滿(mǎn)足3個(gè)層級的監測需求，實(shí)現監測目的。但受經(jīng)濟條件制約，采用輪換監測的方式，對于面積較大的監測區域，提高了監測覆蓋度，但監測的精細化程度較差，若后期經(jīng)濟條件允許，可再增加20臺左右的設備，將等效監測覆蓋點(diǎn)提升至600 個(gè)左右，監測效能對應得分可明顯提升。

05 結果與討論

對于排水管網(wǎng)系統的在線(xiàn)監測而言，在制定監測方案時(shí)，在線(xiàn)監測的布點(diǎn)數量是首先需要考慮的問(wèn)題。針對不同區域的監測目的和需求，根據分級監測的思路，明確不同層級下最優(yōu)監測方案的布點(diǎn)數量和不同監測點(diǎn)個(gè)數下所能實(shí)現的監測效能，可支持監測點(diǎn)數量的量化確定、方案量化評價(jià)與優(yōu)化、監測方式選擇以及監測的逐步完善等。

5.1 監測點(diǎn)數量的量化確定

根據項目區域排水系統所面臨的問(wèn)題以及監測目的，確定監測方案對應的監測層級，在每一層級內根據評分曲線(xiàn)確定監測點(diǎn)個(gè)數。

①各層級內監測點(diǎn)個(gè)數設置應盡量靠近最優(yōu)方案，一般而言，各層級內與最優(yōu)方案相比，監測效能應大于80%（對應整體監測為80分，分區監測180分，源頭監測280分），以實(shí)現該層級對應的監測目的。

②結合分值曲線(xiàn)各區間段的具體形狀，分析監測點(diǎn)的邊際效益，從而調節監測點(diǎn)個(gè)數。評分曲線(xiàn)的斜率能夠在一定程度上反映監測點(diǎn)所起到的邊際效益，某些階段曲線(xiàn)斜率較大，說(shuō)明該部分監測點(diǎn)數量的增加，能夠顯著(zhù)增加監測方案整體的有效性，在經(jīng)濟條件允許的情況下，應增加該部分監測點(diǎn)的數量；但也有一些監測點(diǎn)邊際效益較低，雖然增加一個(gè)監測節點(diǎn)的成本固定，但對監測方案整體效果的提升相對有限，只有在經(jīng)濟預算充足的情況下才需進(jìn)行布設。

5.2 監測方案量化評價(jià)與優(yōu)化

評分曲線(xiàn)按照監測布點(diǎn)優(yōu)先原則繪制，是一定監測點(diǎn)數量下所能實(shí)現的最優(yōu)監測效果，隨監測點(diǎn)個(gè)數增加，對應的分值升高，逐步接近最優(yōu)方案。

①在一定經(jīng)濟成本投入的約束下，可得到所能布設的監測點(diǎn)數量，快速確定該條件下能實(shí)現的最優(yōu)監測效果。

②隨著(zhù)項目實(shí)施的推進(jìn)，監測方案也需要進(jìn)行一定的優(yōu)化與調整，利用定量評分曲線(xiàn)，可以預評估監測方案調整后的理想效果。

5.3 監測方式的選擇

在相同監測設備數量的條件下，綜合利用固定監測和輪換監測的方式，可以大幅提高監測設備的覆蓋范圍，提升監測方案對應的評分。但設備輪換需要一定的更換時(shí)間，與固定監測相比，勢必會(huì )損失一部分信息。

①整體監測是區域核心關(guān)鍵點(diǎn)，掌握區域排水必需的基本信息，宜采用固定監測。

②分區監測部分對應的曲線(xiàn)斜率整體較大，單個(gè)監測點(diǎn)所起到的邊際效益高，監測數據可支持排水管網(wǎng)大部分問(wèn)題的診斷，宜采用固定或輪換監測。

③源頭監測，由于排水戶(hù)/源頭項目數量眾多所需監測點(diǎn)數量大，曲線(xiàn)斜率較小，選擇代表性的進(jìn)行固定監測，其余宜采用輪換或臨時(shí)監測。

5.4 分級監測的逐步完善

對于特定項目區域，應分階段實(shí)施分級監測，避免在基礎信息有限、監測實(shí)施條件較差的情況下，盲目追求一步到位。

①應優(yōu)先布置整體監測部分所需的點(diǎn)位，作為對區域整體信息的掌握，為后期監測布點(diǎn)提供基礎；尤其是基礎資料較差區域，盡快掌握區域排水整體特征。

②在整體監測的基礎上，可同步對分區監測和排水戶(hù)監測所需的監測點(diǎn)進(jìn)行設備安裝，支持區域排水精細化管理，以及污染溯源。

③完成設備安裝后，開(kāi)始持續收集數據，根據已有監測數據，持續補充完成剩余監測點(diǎn)設備安裝。

④根據監測目的、資金成本和已有數據，結合分值曲線(xiàn)，對初步的監測方案進(jìn)行優(yōu)化調整。