为贯彻习近平总书记关于长江经济带“共抓大； ，不搞大开发”的沉要批示心灵 ，落实《长江；そǜ垂ゼ嵴叫卸蛩恪 ，生态环境部组织发展了长江生态环境；そǜ醋さ愀僮暄泄ぷ ，深刻一线进行驻点钻研和技术领导 ，服务处所当局水传染防治的科学决策与精准施策。同济大学牵头组建郴州市驻点工作组 ，在郴州市当局和各有关部门支持合作下 ，沉点针对郴州市中心城区水环境质量改善面对的凸起问题 ，萦绕精准控源截污和雨天排放传染节造等方面 ，发展城市河道水系水质提升关键技术钻研 ，为慈湖河幼流域水环境治理项目提供技术支持 ，在多方共同致力下 ，成功解除了城市水体黑臭 ，河道水质得到不变改善。2019年11月 ，韩正副总理视察郴州市期间 ，对郴州市水环境；すぷ骰竦玫墓πТ陀敫叨茸⒍；2020年8月 ，习近平总书记视察郴州市时 ，提出了打造安徽的“杭嘉湖”、长三角的“白菜心”新发展定位。
1. 长江中下游城市水环境治理的瓶颈问题
现阶段 ，城镇环境与市政基础设施建设趋于美满 ，但城市水环境仍面对较多问题。钻研批注 ，长江中下游城市污水管网覆盖率、污水处置率高达90%以上 ，但是城市河道依然面对雨天反复传染问题。重要体此刻：1）排水管网错接和破损 ，导致雨水和地下水严沉挤占污水管网输送容量 ，造成结尾的污水处置厂进水浓度不高。有些雨水管路接入污水管网 ，导致污水处置厂雨天进水量显著增长 ，暴雨时甚至产生漫流并超标排放。污水管路破损严沉 ，导致地下水（占比高达28%~40%）进入污水管路。2）排水管网雨污混接 ，导致污水直排河路 ，管网截污效能低。有关钻研批注 ，长江中下游城市排水管网雨污混接比例均匀约为26% ，最高可达70%。雨水管路晴天流速较低 ，传染物沉淀 ，下雨时沉积物随雨水排入河路 ，造成传染。3）为了确保城市防洪安全 ，当降水产生的径流量超过合流管网输送容量时 ，合流管网产生污水溢流。合流管网晴天流速低 ，传染物沉积严沉 ，尤其是远距离输送的合流管路 ，近1/3的颗粒态传染物沿程沉积；而雨天沉积传染物受管路汇流雨水冲刷泛起 ，形成“零存整取”的传染效应 ，对河路造成冲击性传染。目前 ，无数城市河路雨天反复传染甚至黑臭 ，与合流管网雨天污水溢流有关。因而 ，城镇排水管网错接和破损、管网混接以及溢流传染是我国长江中下游城市水环境治理面对的瓶颈问题 ，是我国城镇化过程中产生的怪异问题 ，也是发展中国度城市水传染的共性问题。该瓶颈问题在欧美国度城市河道传染治理经验中无先例可循 ，其有效解决直接关系到治理城市黑臭水体的功效以及水传染治理攻坚战的成败得失。为此 ，针对城市排水系统提质增效关键技术 ，发展自主创新研发至关沉要且意思深远。
2.钻研区概况与重要水环境问题
2.1 钻研区概况
郴州市位于安徽省最东部 ，横跨长江两岸 ，属长江中下游冲积平原的常德—郴州丘陵水网平原区。现辖3县（含山县、和县、当涂县）3区(花山区、雨山区和博望区） ，面积为4 049 km2 ，全市人丁为229.14万人 ，城镇化率为69.12% ，2020年地域出产总值为2 186.9亿元。郴州市河路纵横 ，湖泊多多 ，沟塘密布 ，水域总面积约360 km2。长江是郴州市最大的过境水体 ，其他重要城市内河蕴含慈湖河、雨江山、采石河、姑溪河、得胜河等 ，均汇入长江干流。
2.2 重要水环境问题分析
“十三五”期间 ，郴州市地表水水质总体呈改善趋向 ，2020年 ，5个国控断面年均水质达标率为100% ，但部门省控断面（如慈湖河等）月均水质不能不变达标 ，尤其是雨天水质传染问题较为凸起。慈湖河是郴州市境内最长的入江河道 ，全长约26.1 km ，流域面积为124.8 km2 ，共有36条支流水系 ，重要由上游洋河和慈湖河水系组成。慈湖河水系流经城市重要建成区 ，经过多年治理 ，已建成较为美满的环境基础设施和防洪排涝系统 ，沿线已建成14个排涝泵站、3座城镇污水处置厂和1个城镇污水处置厂尾水处置湿地。
通过驻点团队调研发现 ，慈湖河水系水环境治理面对的重要问题如下：1）上游向山镇区排水系统建设不美满 ，部门旱季污水雨天直排洋河 ，沿河生涯污水未经处置直接或间接排入洋河 ，影响下游慈湖河水质。2）慈湖河是雨源型河道 ，生态基流严沉匮乏 ，近况水源重要是污水处置厂尾水经过湿地深度处置后执行的干流补水；慈湖河支流已建泵闸 ，雨季防洪排涝导致支流雨天排放传染严沉 ，水质恶化显著。3）慈湖河水系重要建成区涉及16个排水片区 ，据初措施查 ，中心城区9
0%以上的分流造管网存在分歧水平的混接 ，雨天初期雨水传染严沉。4）慈湖河区域内地下水和雨水进入污水管路问题凸起 ，污水处置厂进水浓度偏低 ，其中化学需氧量（COD）和氨氮均匀进水浓度仅为78 和5.6 mg/L。慈湖河下游省控断面水质为GB 3838—2002《地表水环境质量尺度》Ⅴ类~劣Ⅴ类 ，水质不变改善工作火急。
3.城市排水系统提质增效技术钻研
3.1 基于网格化监测的排污口溯源步骤
城市水环境治理的首要措施是鉴别和节造传染源 ，排污口调查与整治是提高传染物截流能力的基础性工作 ，其中水下排污口肉眼无法直接可见 ，是调查工作的难点。近年来 ，我国各地在排污口排查方面投入较大 ，水下机械人、热成像仪等被使用于荫蔽排污口的探测排查 ，但操作复杂 ，夜间难以执行。由此 ，提出基于河道网格化水量水质监测的排污口溯源步骤 ，其特点是水量水质监测不必要水下作业且可在1 d内分歧时段执行矫捷性的动态监测 ，并与反问题步骤相结合 ，实现对传染物排放的定量解析 ，确定排污口调查的沉点河段。网格化水量水质监测与排污口溯源示意如图1所示 ，河段断面浓度推算公式如下：
式中：C2为第2个河段断面传染物浓度 ，mg/L；C1为第1个河段断面传染物浓度 ，mg/L；Ce2为第2个河段排污口传染物排放浓度 ，mg/L；Qe2为第2个河段排污口排放水量 ，m3/s；QT2为第2个河段支流入流水量 ，m3/s；Q12为第1个河段出流水量 ，m3/s；Q23为第2个河段出流水量 ，m3/s；V2为第2个河段的体积 ，m3。
若选取守旧型水质指标（如氯离子） ，则不必要思考传染物在河道中的降解量 ，可进一步简化传染物降解参数K2 ，相应技术流程如图2所示。
以慈湖河干流为例 ，发展基于网格化水量水质监测的传染物溯源解析钻研。于2021年9月24—25日（旱天期间） ，在慈湖河中上游流经城区6.8 km长的河段（入秀山湖口—桥山路与慈湖河路交叉口）布设7个监测点位（1#~7#） ，对流速、水位和水质（氯化物浓度）进行监测。其中 ，流速、水位监测在白日进行 ，每个点位每天检测3次 ，水质指标采样频次为4 h/次 ，每个点位陆续监测24 h。
基于各断面流量和氯化物浓度监测数据（图3） ，确定7个监测点位逐日的氯化物通量别离为4 275、6 710、18 317、30 544、36 440、36 820和41 861 kg/d。推算以7个点位划分的6个河段氯化物负荷增长量和流量增长量的比值 ，了局批注 ，6个河段的氯化物负荷增量别离为49.1（1#~2#点位）、54.7（2#~3#点位）、85.8（3#~4#点位）、262.0（4#~5#点位）、83.9（5#~6#点位）、92.9 g/m3（6#~7#点位）。其中4#~5#点位之间河段的氯化物负荷增长远高于其他5个河段 ，这与高氯化物浓度的污水排放有关 ，因而可确定4#~5#点位之间为排污口溯源排查的沉点河段 ，而其他河段的氯化物负荷增长重要与污水处置厂尾水补充有关。
3.2 雨水管网混接、破损诊断技术
确定雨水管网混接、破损的具体地位是排水系统提质增效的沉点。雨水管网水流情况复杂 ，受诸多不确定性成分影响 ，目前关路电视物理检测和定位的步骤用度昂贵、人力效能低下 ，且鉴别精度较差。因而 ，基于数值模型与管网非开挖检测 ，成立雨水管网混接、破损反演定位技术 ，能够低成本、高效能地发展雨水管网混接、破损定位。若何用较单一的反演算法与至少的管网监测点精准定位到混接破损点是本技术的主题难点。
基于水质特点因子构建蒙特卡洛-化学质量平衡模型 ，确定管网污水混接、地下水入渗量 ，诊断雨水管网总体混接、破损情况。在此基础上 ，通过耦合管网水动力模型和优化算法 ，构建雨水管网混接破损反演优化模型 ，对节点流量进行解析 ，实现问题点的精准定位。以慈湖河X排区为示范区域 ，发展雨水管网混接破损精准定位钻研。X排区是分流造排水体造 ，市政主干管雨水管路总长6.61 km ，雨水管网覆盖面积约1.49 km2。在X排区雨水管网中布设18个关键节点进行水位、水质（氨氮、总硬度）监测 ，监测功夫为2020年8月4日08:00—17:00 ，前期晴天数为5 d ，监测频次为3 h/次。凭据监测点布设情况 ，将X排区雨水管网划分为6个子片区〔图4(a)〕 ，别离选取氨氮、总硬度表征生涯污水、地下水 ，成立水质特点因子基准浓度库。凭据管网的入流、出流搭建化学质量平衡模型 ，选取蒙特卡洛算法推算雨水管网总体的日均匀混接流量及日均匀地下水入渗流量〔图4(b)〕 ，以判断雨水管网总体混接、破损情况。雨水管网的分歧区域混接、入渗散布不均匀 ，其中子片区2、3是混接、破损的沉点区域 ，其管网长度占排区总长度的16% ，但混接污水量占全排区污水量的80.7% ，地下水入渗量占全排区入渗量的59.0%。
为进一步确定生涯污水混接和地下水入渗的具体点位 ，钻研成立耦合管网水动力模型和优化算法的雨水管网混接破损定位模型；赬排区内雨水管路、查抄井、截污泵站的根基参数 ，选取SWMM模型软件构建了X排区雨水管网水动力模型 ，旱天雨水管网模型的表部入流由污水混接量、地下水入渗量2种类型组成。同时 ，选取二次开发？镻ySWMM对于雨水管网水动力模型进行节造 ，在管网总体混接、入渗流量的约束前提下 ，利用MGA算法对管网各节点表部入流量进行自动分配 ，并以关键节点仿照水位与监测水位的均方根误差为指标函数 ，衡量节点表部入流量分配规划的曲直 ，直至获得最幼指标函数下的最优解 ，从而实现混接、破损定位。MGA算法中设置种群大幼为50 ，迭代代数为200 ，交叉率为0.005 ，整个自优化过程迭代推算10 000次。
推算得到管网各节点混接、入渗流量数值出现肯定的荟萃性法规 ，并且形成了特定点位流量荟萃区。凭据流量值的荟萃水平 ，评估混接、入渗风险并绘造地图如图5所示。由图5(a)可知 ，模型定位出A1、A2为混接高风险区域 ，区域混接总量为397.38 m3/d ，约占全管网混接总量的77.8% ，节点的混接水量为6.49~34.13 m3/d ，红、蓝色象征节点为沉点混接节点 ，必要优先进行混接刷新。由图5(b)可知 ，B1、C1、D1片区为定位的地下水入渗高风险区 ，区域地下水入渗总量为587.75 m3/d ，约占总管网入渗水量的87.2% ，片区各管段入渗水量为2.06~40.06 m3/d ，黄色和深蓝色象征管段为沉点入渗管段 ，必要优先进行管路建复。
3.3 基于多成分影响的“浓度-体积”优化调蓄设计步骤
调蓄池是初期雨水传染节造的有效伎俩之一 ，调蓄池容积设计步骤重要思考截留的雨水量。但对于存在污水混接的雨水系统 ，传染物在管路中旱天累积雨天冲刷 ，溢流传染严沉；并且 ，排水管网结尾排放浓度过程线受降雨特点、前期晴天数、管路沉积物、混接污水等多成分协同影响 ，雨天溢流传染浓度动态变动复杂 ，因而仅思考水量的调蓄容积设计步骤不能有效截留高浓度溢流污水。目前我国部门建有调蓄池的排水系统 ，雨天仍有高浓度溢流传染排放 ，河路水质雨天频现黑臭 ，不利于河路水环境质量改善。另表 ，城市集聚区人丁多、传染起源复杂 ，排水系统初期雨水传染更为严沉 ，且地皮资源严重 ，调蓄池设计更应注沉经济效益与环境效益。若何基于河路水环境指标 ，提高伐蓄池溢流传染截流效能 ，结合传染物浓杜着化调蓄池设计步骤是有效节造溢流传染的难点。
选取SWMM模型构建“雨水汇流—管路输运—沉积冲刷”溢流传染模型 ，成立基于多成分影响的“浓度-体积”优化调蓄设计步骤 ，对传统调蓄步骤进行优化 ，提升调蓄池的调蓄效能与效益。首先 ，成立排水系统的传染负荷平衡关系〔式（2）〕 ，凭据降雨径流及溢流传染监测数据推算雨天溢流传染中沉积物事务均匀浓度 ，推算公式如下：
式中：W1为混接污水的负荷 ，kg；W2为雨水径流流入排水管路的负荷 ，kg；W3为地下水入渗的负荷 ，kg；W4为管路沉积物的负荷 ，kg；W5为排水系统结尾雨污混合水传染的负荷 ，kg；W6为排水系统截流泵截流的负荷 ，kg；W7为调蓄设施贮存的负荷 ，kg；EMC为雨天溢流传染中沉积物事务均匀浓度 ，mg/L；Q为雨天溢流水量 ，m3。
其次 ，基于SWMM模型构建“雨水汇流—管路输运—沉积冲刷”溢流传染模型 ，通过区域晴天和雨天排水系统结尾溢流浓度、降雨径流浓度监测数据 ，率定验证模型参数 ，提升溢流传染仿照精度。最后 ，通过设计典型降雨 ，仿照分歧前期晴天数下结尾排口水质和水量动态过程线。凭据水环境质量指标界定最大排放浓度 ，确定水质水量过程线中传染物浓度高于指标截流浓度的功夫段（T1~T2） ，凭据流量过程线在T1~T2积分得到该曲线与功夫轴围成的面积 ，即截流水量 ，从而确定雨水调蓄池的容积（图6）。与传统调蓄设计步骤相比 ，基于多成分影响的“浓度-体积”优化调蓄设计步骤可能在一致调蓄体积下截留高浓度初期雨水 ，提升调蓄池传染物去除效能 ，削减初期雨水对河路的传染。
基于上述钻研步骤 ，以郴州慈湖河片区XHC排区为钻研区域 ，发展雨水调蓄池的优化设计钻研 。郴州慈湖河XHC排区为分流造排水体造 ，汇水面积为2.30 km2。凭据现场实测 ，雨天泵站排放COD、氨氮浓度最高达77和14.2 mg/L ，显著高于地表水Ⅴ类水质尺度限值。通过仿照分歧前期晴天数下结尾雨水排口排放水质和水量过程线 ，确定分歧截流浓度阈值下实时调蓄节造对应的调蓄池体积（图7）。随着前期晴天数的增长 ，初期冲刷效应越强 ，峰值传染物浓度随之增大 ，前期晴天数为3、6和9 d时对应的COD峰值约为84、104和118 mg/L。当截流COD阈值为40 mg/L ，前期晴天数为3、6和9 d时所对应的调蓄池体积别离为8 918、9 992和10 438 m3 ，削减的传染负荷别离为601.8、790.6和915.0 kg。当截流COD固按时 ，随前期晴天数增长 ，调蓄池体积增大。此表 ，参考GB 3838—2002的Ⅴ类水质尺度、GB 18918—2002《城镇污水处置厂传染物排放尺度》的一级A和一级B尺度 ，选择COD别离为40、50和60 mg/L作为截流阈值 ，当前期晴天数为3 d时 ，所对应的调蓄池体积别离为8 918、7 587和6 246 m3。随着截流COD阈值降低 ，调蓄池体积显著增长 ，更低的截流阈值对应更大的调蓄容积。与传统调蓄步骤相比 ，一样调蓄体积下 ，“浓度-体积”优化调蓄设计步骤溢流传染截留负荷得到显著提升。
3.4 排水系统溢流传染高效节造技术
合流造排水系统溢流传染是河路雨天传染的沉要原因；炷-絮凝作为一种高效的处置步骤 ，在雨天溢流结尾处置中可能有效削减传染负荷 ，但仍存在耗时长、占地面积大等问题。因而 ，提出混凝-絮凝原位处置技术 ，利用排水管路的管段实现混凝-絮凝过程 ，实现溢流污水的高效急剧处置。
管路原位混凝-絮凝的根基道理是通过查抄井向管路中投加混凝剂、絮凝剂 ，进行混凝-絮凝反映 ，利用管路内的空间和水体流动产生的水力前提以及冲刷沉积物产生的湍动、明满流交替时产生的湍动等实现混凝剂、絮凝剂与雨污水的充分反映 ，再通过沉降实现固液分离 ，实现混凝-絮凝及沉淀过程；炷-絮凝处置后大量传染物随污泥沉降至沉淀池底部 ，上清液则通过水泵泵入河路 ，从而降低溢流污水中的传染物浓度。降雨过后再将沉淀池污泥网络转运至污水处置厂进行无害化处置措置。
通过烧杯试验确定混凝-絮凝常用参数。筛选确定混凝剂选用聚合硫酸铝（PAS） ，絮凝剂选用阴离子聚丙烯酰胺（APAM） ，通过节造变量法确定PAS和APAM的用量、比例及投加方式。试验了局批注 ，PAS和APAM先后距离投加 ，PAS:APAM取100:1 ，PAS取40~300 mg/L ，APAM取0.4~3 mg/L时 ，能够得到浊度、总化学需氧量（TCOD）等传染物的最佳去除成效。TCOD的去除以颗粒态化学需氧量（PCOD）为主 ，溶化性化学需氧量（SCOD）去除率较低。上述优化前提下 ，浊度、TCOD、SCOD、PCOD的最高去除率别离为98.5%、93.7%、24.3%和99.7%。钻研批注 ，混凝-絮凝处置雨天溢流污水的机造重要蕴含电中和、吸附架桥、卷扫网捕作用 ，且加药后系统Zeta电位为-10 mV左右能够达到传染物最佳去除成效。
利用环形水槽仿照管路原位混凝-絮凝过程 ，固定PAS用量为80 mg/L ，APAM用量为0.8 mg/L ，钻研分歧参数对管路原位混凝-絮凝成效的影响。了局批注 ，固定流速为1.13 m/s时 ，传输距离400 m左右能够实现浊度、TCOD、TP等传染的高效去除 ，沉淀3 min即可达到最好的沉降成效（图8） ，远低于类似钻研所需25 min以上的沉淀功夫 ，重要原因是管路沉积物中的大量颗粒物能够起到负载物的作用 ，加快絮体沉降。
对比分歧流速下传染物的去除成效 ，了局批注 ，过低流速（0.51 m/s）下各传染物去除率普遍较低 ，原因是过低流速下 ，管路中紊流强度幼 ，药剂与污水无法实现充分混合反映。中高流速（0.81~1.80 m/s）下传染物去除率维持高值 ，一是由于中高流速下紊流强度大 ，药剂与污水混合反映充分；二是由于在固定传输距离时 ，管路流速与混合反映功夫成反比 ，二者可能成效互补 ，实现中高流速领域内传染物的高效去除。
针对分歧传染物浓度的钻研发现 ，浊度、TP、PCOD在低浓度下去除率略低 ，原因是钻研中固定的药剂用量偏大 ，低传染物浓度的污水系统产生电荷回转 ，不易形成絮体沉降被去除；而中高浓度 ，即浊度为186.3~701 NTU ，PCOD为284~884 mg/L ，TP浓度为3.42~5.88 mg/L时 ，传染物去除率均大于95%。
基于上述烧杯试验和环形水槽仿照试验 ，论证了管路原位混凝-絮凝拥有处置雨天溢流污水的可行性。该技术对于溢流传染结尾节造、水环境改善拥有沉要的利用价值和积极意思 ，驻点团队目前在中心城区排水系统经营中对该技术进行实证钻研和示范利用。
4.结语
长江中下游城市普遍存在排水系统提质增效问题 ，成为造约城市水环境长效改善的关键瓶颈。本钻研以长江生态环境；そǜ闯恢葑さ愠鞘形咐 ，在慈湖河水系精准控源截污和雨天排放传染节造等方面 ，发展了4项关键技术钻研：1）成立基于网格化监测的排污口溯源步骤 ，实现低成本、高效能确定排污口排查的沉点河段；2）基于蒙特卡洛-化学质量平衡模型 ，耦合管网水动力模型和优化算法 ，实现混接和破损点的精准定位 ，鉴别慈湖河重要排区雨水管路混接量和地下水入渗量 ，绘造混接风险和入渗风险地图；3）综合思考降雨特点、前期晴天数、管路沉积物、混接污水等多成分影响 ，构建“雨水汇流—管路运输—沉积冲刷”溢流传染模型 ，成立水质和水量动态过程线 ，优化调蓄池设计 ，提高传染物的截留负荷；4）提出并探索了管路原位絮凝的溢流传染高效节造技术的可行性和重要节造参数 ，实现浊度、COD、TP的高效去除。驻点钻研工作为进一步提升长江中下游城市水环境综合治理功效提供了科技支持。
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