宋振豪，陳思宇，潘輝，張治

（1.深圳市寶安排水有限公司，廣東 深圳 518101；2.南京水利科學研究院，南京 210029；3.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650051）

1 引言

沿河截污干管是用平行并靠近河道岸邊線的污水管，將排水區(qū)域內(nèi)所有直接向水體排放污水的干管或支管截流，使污水沿該干管匯流到污水處理廠進行處理的一種管道[1-2]。 這種沿河截污干管一般具有管徑大、運行水位高、受地形變化影響大、施工困難、造價較高的特點。

由于沿河截污干管所處環(huán)境復雜， 又受到各種因素的影響，管道狀況無法一直保持完好，而傳統(tǒng)內(nèi)窺檢測技術(shù)普遍難以適用于截污干管運行現(xiàn)狀的探查， 使得管道內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后不能及時發(fā)現(xiàn)并維護，導致缺陷逐漸積累放大，最終引發(fā)嚴重的管道問題[3]，因此，適用于沿河截污干管運行現(xiàn)狀探查的新興檢測技術(shù)的引進（如水下聲吶探查技術(shù)），并針對沿河截污干管運行現(xiàn)狀與缺陷分析的探索十分必要且重要。

2 水下聲吶探查

2.1 水下聲吶

水下聲吶通過激發(fā)換能器發(fā)射固定頻率的聲波， 波束在水中傳播到達物體表面后反射，接收換能器接收到反射信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號， 最終通過地面控制端將掃描到的信息以圖像的形式進行顯示。 針對沿河截污干管運行現(xiàn)狀探查，水下聲吶通過發(fā)射聲脈沖分別形成掃描斷面及掃描扇區(qū) （見圖1），即可得到管道內(nèi)壁的界面數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)，再通過水平方向和垂直方向多個角度的掃描， 即可實現(xiàn)截污干管管段內(nèi)壁的360°掃描探查[4]。

圖1 水下聲吶探查效果示意圖

2.2 水下無人潛航器

針對沿河截污干管探查工作，有纜水下無人潛器（Remote Operated Vehicle,ROV）作為水下聲吶的載體裝備，主要由甲板控制單元、臍帶纜、潛航器單元、臍帶纜絞車電力供應單元組成。

甲板控制單元由計算機控制、 視頻記錄機以及手持控制臺組成，其中，計算機控制單元具備實時監(jiān)測潛器單元狀態(tài)，包括潛器單元所在位置、深度、傾向、傾角、方位角等信息的功能； 保障操作員實時對潛器單元的空間位置及姿態(tài)進行及時調(diào)整，并對水下探查成果進行實時顯示；手持控制臺單元則是完成對潛器單元運動的控制， 控制信號以及視頻信號通過臍帶纜實現(xiàn)控制端和水下潛器單元的實時傳輸[5]。

水下聲吶與艏向傳感器、深度傳感器、姿態(tài)傳感器、水下定位設備等傳感器在水下無人潛航器上同時搭載（見圖2），形成了沿河截污干管運行現(xiàn)狀調(diào)查的探查裝備。

圖2 水下無人潛航器示意圖

3 探查與分析技術(shù)思路

針對沿河截污干管運行現(xiàn)狀進行探查與分析， 不僅面臨著水體能見度低、高水流速、水體懸浮雜質(zhì)多、作業(yè)通道狹小的復雜環(huán)境，并且對污水轉(zhuǎn)輸效率有要求，現(xiàn)場工作需在極有限的工作窗口期內(nèi)高效完成，因此，采用水下聲吶開展沿河截污干管運行現(xiàn)狀探查與分析， 宜分為綜合探查及分析兩個階段[6-7]。

1）綜合探查階段。 采用水下無人潛航器搭載水下聲吶開展干管內(nèi)壁的斷面掃描及扇形掃描，實現(xiàn)管段三維數(shù)字化全覆蓋探查。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合管道內(nèi)部環(huán)境，聯(lián)合應用包括光學探查、電法探測等多種技術(shù)協(xié)作，完成沿河截污干管多參數(shù)探查數(shù)據(jù)采集。 管道探查過程中，水下無人潛航器以平行于管道中軸線的方式進行測線布置，完成多參數(shù)實測數(shù)據(jù)采集與解譯， 精確標記并劃分管道內(nèi)壁缺陷的分布部位以及規(guī)模。

2）綜合分析階段。 根據(jù)綜合探查階段獲得多參數(shù)實測資料的解譯成果， 結(jié)合市政排水管道主要結(jié)構(gòu)性缺陷及功能性缺陷的特征開展綜合分析，確定管道內(nèi)壁缺陷的類型，并從截污干管及附屬設施、水質(zhì)凈化廠、輸水泵站、毗鄰河道多個維度開展沿河截污干管運行現(xiàn)狀問題的系統(tǒng)分析， 為沿河截污干管系統(tǒng)亟待整改的關(guān)鍵問題及決策提供信息支撐及決策依據(jù)。

4 應用實例

4.1 項目概況

深圳市某沿河截污干管，探查范圍內(nèi)全長10.5 km，作為該片區(qū)重要的行洪通道，且臨近交通要道，與周邊市民的生活息息相關(guān)。 該截污干管系統(tǒng)由于附近區(qū)域的施工改造，截污干管存在遷改、地面檢查井覆蓋等系列問題（見圖3）。 其日常管養(yǎng)工作困難重重，加上長期處于高水位運行狀態(tài)，污水冒溢以及河堤坍塌等突發(fā)情況頻出。

圖3 沿河截污干管示意圖

圍繞該沿河截污干管運行現(xiàn)狀的調(diào)查， 采用水下聲吶作為主要探查技術(shù)手段，并結(jié)合管道內(nèi)部的環(huán)境，聯(lián)合應用包括光學探查、電法探測等多種技術(shù)協(xié)作，完成沿河截污干管多參數(shù)探查數(shù)據(jù)采集，并在此基礎(chǔ)上，綜合截污干管及附屬設施、水質(zhì)凈化廠、輸水泵站、毗鄰河道多個維度開展了沿河截污干管運行現(xiàn)狀問題的系統(tǒng)分析。

4.2 綜合探查成果統(tǒng)計

通過應用包括水下聲吶在內(nèi)的措施對沿河截污干管現(xiàn)狀探查，共發(fā)現(xiàn)缺陷管段126 段，管段缺陷率為85.71%。 共發(fā)現(xiàn)缺陷328 處，其中，結(jié)構(gòu)性缺陷177 處，功能性缺陷151 處；1 級缺陷160 處、2 級缺陷114 處、3 級缺陷33 處、4 級缺陷21處。 其綜合分析成果如下。

1）“廠”維度分析。 污水處理廠（二期）未建成投入運行之前，一期工程無法及時處理進入前池的污水量，致使前池囤積污水，使得上游來水管水位上升，導致了沿河截污系統(tǒng)水位抬高。

2）“網(wǎng)”維度分析。 輸水能力方面，截污管主要轉(zhuǎn)輸河道左右岸雨污分流無法改造的區(qū)域及排澇泵站臨時抽排來水，現(xiàn)狀管徑滿足污水流量輸送要求， 不會導致管內(nèi)高水位運行或冒溢；管道逆坡方面，發(fā)現(xiàn)多處逆坡管段，其中，下游末端過河管逆坡現(xiàn)象較為明顯；管道缺陷方面，共發(fā)現(xiàn)缺陷328 處，可見管段變形（Ⅱ級）及滲漏（Ⅲ級）等重大缺陷；外水入污方面，發(fā)現(xiàn)多處錯接，包括雨篦接入污水管、截留溢流井等。

3）“河”維度分析。 沿河截污管上下游，以及沿河截污管結(jié)構(gòu)性三、四級缺陷臨近位置的河道水質(zhì)氨氮值均低于1.5 mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ級標準，未見明顯污水入河現(xiàn)象。 但河道斷面顯示，管內(nèi)水面標高基本高于河水面標高，存在污水入河隱患，建議加強巡視與監(jiān)測。

4）“站”維度分析。 排澇泵站來水范圍仍有污水未完全剝離，導致污水通過連通管經(jīng)泵站進入截污管，增加了截污干管的污水轉(zhuǎn)輸負荷。 建議進一步將未剝離完全的污水接入市政污水管網(wǎng)，恢復泵站排澇的主要功能。

5 結(jié)語

沿河截污干管運行現(xiàn)狀調(diào)查，受運行條件的限制，必須克服水位高、水體懸浮雜物多、作業(yè)通道小等復雜環(huán)境，通過采用水下無人潛航器作為水下工作載體，搭載水下聲吶等，以綜合探查及分析為工作思路，開展運行現(xiàn)狀探查與分析。 該方案彌補了傳統(tǒng)技術(shù)在高水位沿河截污干管缺陷探查中的不足，同時為截污系統(tǒng)關(guān)鍵問題及整治措施的制定提供了信息支撐及決策依據(jù)，具有良好的拓展應用前景。