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基础上，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。数据统计分析结果表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基础。
论文关键词：滇池流域，昆明主城，排水系统诊断

 

排水系统是城市基础设施重要组成部分，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基础上，利用ARCGIS高效的空间分析手段，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基础是原有的以AutoCAD绘制的排水管网图。由基础空间要素和管网要素组成，基础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：

1.1.1排水系统结构分层

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：在排水单元划分的基础上，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。

1.1.2拓扑关系构建

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。利用拓扑规则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筑物之间的特定关系利用GIS提供的拓扑规则建立，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

2 结果与讨论

2.1滇池北岸主城区排水系统现状分析及问题诊断

2.1.1排水系统现状分析

2.1.1.1排水系统划分

在昆明市地下管线堪探工作的基础上，本对排水管网数据进行空间信息和属性信息处理，详细分析市政排水管网，结合庭院管网，以污水处理厂的纳污范围为依据，将昆明主城区划分为相应的5个排水片区，以污水处理厂进水主干管为线索，将排水片区划分为22个子排水片区，以庭院排水管网和市政排水支管系统的相对独立性为边界条件共设立 922个排水单元（图1）。具体详见表2。

表2昆明主城排水系统结构

Tab.2 Framework of drainage system inKunming main city

各排水片区、子片区空间分布见图1。

图1昆明主城排水系统区域示意图

Fig.1 Area of drainage systemin Kunming main city

2.1.1.2排水管线特征

经统计分析，滇池北岸昆明主城区污水管道总长1062.50km，雨水管道总长1354.82km，合流沟渠总长122.25km。各片区的管线总长基本相等，污水管和雨水管的总长度也基本均衡水利工程论文，均占总长度的20%左右；城东和城东南片区由于管网密度不大，多以河流作为纳污沟，因此，合流管/渠所占比例较大，城北片区管网较为完善，合流管/渠所占比例远小于其他片区，仅1.65%。

表3昆明主城区排水管网特征统计表

Tab.3 Statistics of sewer characteristicsof Kunming main city

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22～30%，1000mm以上管线占片区管线总长的15%～18%。
 

2.1.2排水系统问题诊断

城东南片区，由于大部分为新建城区，雨污分流情况优于其他片区，大部分片区雨污分流，污水主干系统基本形成，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。片区内的污水基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部分接入污水干管；学府路系统子排水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部分排入麻线沟，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，但部分区域市政管网缺乏，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；南郊污水干管系统服务面积较大，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。

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