城镇污水管网模型构建技术指南

城镇污水管网模型构建技术指南为规范城镇污水管网模型构建全流程工作，统一参数取值标准、精度校验规则与成果应用要求，支撑城镇污水管网提质增效、溢流污染防控、运行调度优化等业务落地，制定本技术指南。本指南适用于全国县级及以上城镇建成区、新建开发区、老旧管网改造片区的污水收集管网水力、水质耦合模型构建工作，覆盖分流制污水管网、合流制管网污水传输段、雨污混接排查评估配套模型搭建等场景，可支撑管网淤积排查、混接溯源、排水能力评估、溢流污染调控、提质增效方案优化等业务需求，基准适用规模为管网总长度不低于5km、服务人口不低于1万人的片区，更小范围的管网建模可参照本指南简化执行。1建模前期准备1.1基础资料收集所有收集的资料需满足合法性、时效性、准确性要求，核心数据缺失率不得高于3%，否则需开展现场补测。1.1.1地理空间数据需收集1:500或1:1000比例尺的数字线划图（DLG），高程精度误差不超过±5cm，涵盖建模范围内的道路、建筑、水系、地形高程点，其中地形点密度不低于每100㎡1个，低洼区域、下穿通道、管网节点周边加密至每20㎡1个。同步收集建模片区的数字高程模型（DEM），分辨率不低于5m×5m，用于汇水区划分与汇流路径模拟。1.1.2管网属性数据优先收集近3年内的管网普查数据，数据精度符合《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181要求，包含管段的材质、管径（异形断面需标注长半轴、短半轴或宽、高参数）、埋设深度、管内底高程（误差不超过±3cm）、连接关系、敷设年代、功能类型（污水管、合流管、混接接户管），检查井的坐标、井面高程、井深、连接管段数量及接入高程，所有管网属性数据的拓扑错误率需低于1%。若没有有效普查数据，需先开展管网专项普查，普查覆盖率不低于管网总长度的90%。1.1.3在线监测数据水位监测点优先布设到主干管关键节点、泵站入口、溢流口上游、管网易淤积段，监测频率不低于5分钟/次，连续监测时长不少于30天，覆盖至少1场降雨强度≥10mm/24h的降雨事件，水位监测精度误差不超过±1cm；流量监测点优先布设在干管交汇节点、污水处理厂进水端、泵站出口，监测频率不低于5分钟/次，精度误差不超过满量程的±2%；水质监测点布设在混接疑似段上游、管网进水端、溢流口，监测指标包括COD、氨氮、SS，监测频率在降雨期间不低于30分钟/次，旱季不低于2小时/次，连续监测不少于15天。1.1.4排水户与用水数据收集建模范围内的常住人口、用水定额（参照当地《城市用水定额》，一般城镇居民生活用水定额为120-200L/人·d，办公类为30-50L/人·d，餐饮类为100-150L/桌·d），排水户的排污许可数据，其中直排工业企业的排水规律、排水量、水质浓度要逐户核实，排水户接入管的位置、管径数据准确率要达到100%。同步收集近3年的供水抄表数据，用于核算片区总排水量。1.1.5气象水文数据收集近3年的逐小时降雨数据，当地的日蒸发量、逐月地下水水位数据，特别是汛期的地下水埋深数据，用于评估地下水入渗量。合流制片区需同步收集近10年的降雨场次数据，用于不同重现期降雨的模拟分析。1.2现场核查校验所有历史数据需经过现场核查确认，核查结果形成书面记录存档。1.2.1拓扑关系核查采用探地雷达+人工开盖核查的方式，对普查数据中拓扑关系存疑的管段、检查井逐一核实，其中主干管的拓扑核查覆盖率100%，支管覆盖率不低于80%，接户管覆盖率不低于50%，探地雷达的探测深度要大于最大管网埋设深度的1.5倍，探测精度误差不超过±5cm。核查完成后开展拓扑一致性校验，确保不存在管段悬空、节点高程倒挂、流向错误等问题。1.2.2淤积状况核查采用CCTV管道检测的方式，对主干管的淤积状况检测覆盖率100%，支管覆盖率不低于60%，CCTV检测的视频清晰度不低于1080P，爬行器行进速度不超过0.5m/s，记录管段的淤积厚度、堵塞程度，计算过水断面折减系数：折减系数=实际过水断面面积/设计过水断面面积，淤积厚度超过管径1/5的管段折减系数取0.6-0.8，淤积厚度超过管径1/3的取0.3-0.5，无淤积的取1.0。1.2.3混接与入渗核查对旱季出现清水入渗、雨季出现雨水倒灌的管段，采用水量平衡+水质溯源的方式核查混接类型，混接点的定位误差不超过1m，混接类型（雨水接污水、污水接雨水、合流混接）的判断准确率不低于90%。对敷设年限超过20年的老旧管网，抽样开展闭水试验，检测管网破损率，破损率超过5%的片区需适当提高入渗量参数取值。2模型选型与精度设定2.1模型分类与选型按照应用场景选择适配的模型平台，避免过度选型造成资源浪费：（1）水力模型：适用于管网排水能力评估、淤积排查、溢流风险预判，可选用SWMM、InfoWorksICM、MIKEUrban等主流平台，其中中小规模片区（管网长度<50km）可选用开源SWMM平台，大规模片区（≥50km）可选用商业平台提高运算效率。（2）水质耦合模型：适用于混接溯源、溢流污染负荷核算、提质增效方案评估，需在水力模型基础上增加水质模块，可选择包含累积-冲刷模块的商业模型，或在SWMM中自定义水质参数实现耦合。（3）实时耦合模型：适用于管网调度、汛期应急管控，需对接在线监测系统，数据延迟不超过5分钟，模型运算步长不高于1分钟，预测时长不低于2小时。2.2精度等级设定按照应用需求选择对应的精度等级，所有参数校准结果需满足对应等级要求：（1）A级精度：适用于国家级、省级试点片区的提质增效方案编制、溢流污染管控考核，要求模型Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）≥0.75，流量、水位模拟相对误差≤15%，水质模拟相对误差≤20%。（2）B级精度：适用于地市级普通片区的管网评估、改造方案编制，要求NSE≥0.65，流量、水位模拟相对误差≤20%，水质模拟相对误差≤25%。（3）C级精度：适用于小型片区的初步排查、规划方案预判，要求NSE≥0.55，流量、水位模拟相对误差≤25%，水质模拟相对误差≤30%。3模型核心构建流程3.1拓扑网络搭建将核查后的管网数据导入模型平台，按照检查井位置划分节点，管段按照实际连接关系构建拓扑网络，其中管径<300mm的接户管可根据实际情况简化，将接户管的排水量直接赋值到对应的接入节点，但简化的接户管总长度不得超过片区管网总长度的10%。管段粗糙系数根据材质与淤积状况确定：混凝土管取0.013-0.015，塑料管取0.009-0.011，钢管取0.012-0.014，砖砌管渠取0.015-0.018，淤积严重的管段粗糙系数在基础值上提高20%-30%，北方寒冷地区冬季工况下粗糙系数提高10%-15%。检查井参数需考虑调蓄容积，直径1m的检查井调蓄容积按照0.5-0.8m³计算，直径1.5m的按照1.2-1.8m³计算，大口径沉沙井按照实际容积计算。截流井、溢流井的堰高、堰宽参数按照实际设计值或现场测量值设置，误差不超过±2cm。3.2汇水区划分与参数设置首先按照地形高程、道路红线、建筑边界划分一级汇水区，单个一级汇水区面积不超过0.5k㎡，然后按照管网收水范围划分二级子汇水区，单个二级子汇水区面积不超过0.1k㎡，每个子汇水区对应1个管网接入节点。平坦地形（坡度<1%）区域汇水区划分需结合收水井位置调整，每个收水井对应的汇水区面积控制在200-500㎡。子汇水区下垫面分为屋面、路面、绿地三类，分类精度不低于90%，其中屋面径流系数取0.8-0.9，路面取0.7-0.8，绿地取0.15-0.3，汇流时间按照子汇水区的最长汇流路径计算，一般为5-15分钟，坡度大于5%的区域汇流时间减少30%，坡度小于1%的区域汇流时间增加50%。入流入渗量采用水量平衡法核算：旱季入渗量=旱季干管实测流量-片区污水排放量，地下水入渗量占比按照管网敷设年代确定：敷设10年以内的管网入渗量占比≤5%，10-20年的≤10%，20年以上的≤20%，南方高地下水水位区域可在上述基础上提高10%-15%，超过限值的需核查管网破损点。雨季入流量包括混接雨水汇入、地下水入渗增量，混接雨水汇入量按照混接点位的汇水区面积、降雨径流系数计算。3.3污染源赋值旱季污染源参数需贴合实际排水规律：居民生活污水量按照用水量的85%-90%折算，COD浓度取250-400mg/L，氨氮取25-40mg/L，SS取150-250mg/L；第三产业污水量按照用水量的80%-85%折算，餐饮类COD浓度取500-800mg/L，办公类取150-250mg/L；工业废水按照排污许可申报的排放量、浓度赋值，没有申报数据的按照现场采样的实测值赋值，小型排水户参数按照同业态抽样实测的平均值赋值，抽样量不低于同业态排水户数量的20%。旱季排水规律按照作息时间设置：早高峰（7:00-9:00）排水量为平均小时排水量的1.5-2倍，晚高峰（18:00-21:00）为1.4-1.8倍，夜间（23:00-次日5:00）为0.3-0.5倍，工业企业排水规律按照实际生产班次设置。雨季面源污染采用累积-冲刷模型计算：旱季污染物累积量按照下垫面类型确定，路面SS累积量为10-20g/㎡·d，屋面为5-10g/㎡·d，绿地为3-8g/㎡·d，累积速率在旱季前3天最快，7天达到饱和；冲刷系数取0.7-0.9，降雨强度越大冲刷系数越高，初期15mm降雨的污染物冲刷量占总累积量的60%-80%。3.4模型校准与验证采用独立数据集分别开展校准和验证，70%的监测数据用于校准，30%用于验证，严禁使用同一批数据开展校准与验证，参数调整范围不得超过本指南给出的取值区间的±20%，超出范围的需提供现场核查佐证材料，避免过度拟合。首先开展旱季稳态工况校准，选取无降雨、气温稳定、无特殊排水事件的典型日监测数据，调整粗糙系数、入渗量、排水规律参数，直到模拟值和实测值的相对误差、NSE系数满足对应精度要求，旱季污水收集率模拟值与实际核算值的误差不得超过10%。其次开展雨季动态工况校准，选取小雨（<10mm/24h）、中雨（10-25mm/24h）、大雨（>25mm/24h）各1场典型降雨事件，调整汇流时间、径流系数、混接入流量参数，直到模拟的水位过程线、流量过程线和实测值拟合度达标，溢流发生的时间误差不超过10分钟，溢流量的相对误差不超过精度要求限值，截流井截流量的模拟误差不超过15%。最后开展水质参数校准，优先校准旱季水质，调整污染源的浓度、排水规律，直到COD、氨氮、SS的模拟值和实测值的相对误差满足精度要求，再校准雨季水质，调整累积冲刷参数，直到初期降雨的水质峰值浓度、峰值出现时间的误差不超过30%。校准完成后用预留的验证数据集开展验证，验证结果同样需满足精度要求，否则重新调整参数。4模型成果应用4.1管网排查评估利用水力模型模拟旱季满管流、流速低于0.3m/s的区域，定位管网淤积点或瓶颈管段，定位准确率不低于80%，可减少50%以上的现场检测工作量。模拟不同重现期降雨下的管网运行状况，1年一遇降雨下主干管满管流长度占比超过20%、3年一遇超过40%的区域，判定为排水能力不足，纳入改造清单。4.2混接溯源与提质增效方案优化利用水质耦合模型模拟旱季水质异常偏低、雨季水质异常偏高的管段，溯源混接点位，溯源准确率不低于75%。模拟不同改造方案（管网修复、混接改造、新增调蓄池、泵站扩容）的实施效果，对比旱季污水收集率、污水处理厂进水浓度、雨季溢流量、溢流污染负荷的提升幅度，核算单位投资效益比，优先选择性价比最高的方案，经模型优化的改造方案可降低15%-30%的投资成本，提高20%以上的改造效果。4.3运行调度与应急管控实时耦合模型可在降雨期间预测溢流发生的时间、位置、溢流量，提前启动泵站抽排、调蓄池预降水位等应急措施，可减少30%-50%的溢流量。旱季可通过模型模拟优化泵站运行液位，降低管网运行能耗，节能比例可达10%-20%。5模型维护与质量管控5.1长效维护更新管网模型每半年更新一次，更新内容包括新敷设的管网数据、改造完成的管段参数、新增的排水户数据；每年开展一次模型复校准，采用最新的监测数据验证模型精度，若精度下降超过10%，需重新开展参数校准，必要时开展现场核查更新基础数据。发生管网改造、混接治理、排水户接入或注销等事件后，需在15个工作日内更新模型参数，确保模型与实际管网状况一致。所有建模原始数据、