30谢震方上海中心城区污水干线运行风险评估

上海中心城区污水干线运行风险评估汇报人：谢震方城市水资源开发利用（南方）国家工程研究中心上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司2019年10月18日研究背景污水干线运行风险评估方法上海中心城区污水干线风险评估结果提纲结论与展望一、研究背景建造一些小型分散污水处理厂，总规模约10万m3/d实施西干线和南干线工程；建设了近20余座中小型污水处理厂，总规模达40~50万m3/d先后建设合流污水治理一期、污水治理二期、吴闵外排等工程1.1上海市排水系统演变历史起步阶段（1949~1960年代末）基础阶段（1970~1980年代中期）发展阶段（1985~20世纪末期）在当时的上海英国租界埋设陶土管道序幕（1862年）完善阶段（21世纪以后）实施苏州河六支流、污水三期、两港截流、新西干线、南线东段、南线输送干线完善工程等1.2上海中心城区污水干线总管目前上海市中心城区的污水集中外排处理格局已基本形成，建成外排污水干线共有5条，分别是西干线、南干线、合流一期工程总管、污水二期工程总管、污水三期工程总管。•石洞口片区服务面积295km2，规划服务人口约250~270万人，规划污水量100万m3/d，片区总管为西干线。•竹园片区服务面积约335km2，规划服务人口约590~610万人，规划污水量220万m3/d，片区内总管为合流一期工程总管与污水三期工程总管。•白龙港片区服务面积约1060km2，规划服务人口950~1000万人，近期规划污水量280万m3/d，远期规划污水量370万m3/d，片区内总管为南干线与污水二期工程总管。1.3上海中心城区三大排水片区1.4上海中心城区污水干线总管基本情况片区名称干线名称建设年代设计寿命运行年份长度（公里）管径（mm）石洞口西干线（新）2009501026.22DN2000~DN3000竹园合流一期19932632.9DN3000~2×4250×3500污水三期20071222.77DN1200~DN3500白龙港南干线1970、1984、2002、20109~3549（过江管）31.42×2300~3000×2100污水二期中线19992050.08DN2000~2×3200×3200南线1999、20145~20262×DN4000合计189.371.5存在问题1、应对突发事故能力弱。污水干线总管之间基本独立，总管与终端污水处理厂一一对应，如遇失电、管道破裂等突发性事故，可能会导致市中心污水冒溢、河道污染、国考断面不达标等重大事故。根据《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035）》，现状5条污水干线输送的污水量约540万m3/d，约占上海中心城区（石洞口、竹园、白龙港等三个片区，污水总量约587.4万m3/d）污水总量的91.9%，约占全市污水处理总量（817.6万m3/d）的66%，是上海排水系统的重中之重，维系着城市公共安全。1.5存在问题2、无法实现停水检修。污水干线管龄普遍已达10~30年，南干线更是超过40年，已进入或接近设计年限中期，在多种因素综合作用下，管涵内部逐步出现了顶板混凝土腐蚀剥落，钢筋锈断、脱落等严重结构性缺陷，承载力大大削弱，但由于管道互不联通，部分管线为单管、单孔或双孔互通，无法实现停水检修，局部区域内部淤积严重，安全隐患问题突出。1.6存在问题3、接纳增量污水的能力较差。为有效治理面源污染，《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035）》对初期雨水污染治理要求，初期雨水截流标准为合流制11mm、分流制5mm，全市强排系统初期雨水截流量约300万m3。同时随着苏州河深层调蓄管道、中心城区中小型污水处理厂功能调整等工程的推进，新增的污水量也需通过已建污水干线总管输送至末端污水处理厂进行处理。但目前污水干线总管之间输送污水量不平衡，部分干线接纳增量污水的能力较差。1.5存在问题4、无法实现统一的运行调度。污水干线相对独立、互不连通，输送方式既有重力流，又有压力流，无法像城市给水管一样实现水量调配，给运行调度带来了较大难度。在检修维护、发生应急事故时，无法将污水调配至相邻管道输送至末端污水处理厂处理，客观上造成泵站的旱季放江污染。1.6项目研究内容项目来源：上海市2017年度“科技创新行动计划”社会发展领域科技项目指南项目名称：上海市中心城区污水干线总管连通和调控关键技术研究研究内容：◆上海市中心城区污水干线收集系统现状分析及能力评估1）上海中心城区污水干线收集系统现状调查与分析2）上海中心城区污水干线总管系统运行能力评估3）上海中心城区污水系统末端污水处理厂调度水量承载能力评估4）上海中心城区污水系统调度协调能力研究◆上海市中心城区污水干线总管互联互通方案及可行性研究◆中心城区污水干线总管网络构建及调度策略研究二、污水干线运行风险评估方法2.1层次分析法特点层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，简称AHP)是美国著名的运筹学家SattyT.L在二十世纪七十年代中期提出的一种将半定性、半定量问题转化为定量计算的一种有效决策方法，经过几十年的应用，目前已成为一种较为成熟的决策方法。层次分析法是多指标综合评价的一种定量方法。它能把定性因素定量化，并能在一定程度上检验和减少主观因素影响，使评价更科学化。1、系统性：把调查数据、专家意见和分析者的判断直接有效地结合起来，提供了一种全面而又系统地分析包含各种复杂因素问题的科学工具；2、简洁性：主要环节比较容易完成，便于快速而简单地分析问题；3、灵活性：对于那些概念和判断不明确的、各种因素相互影响的复杂问题，可以根据不同需要，调整和修改分析过程和结果；4、实用性：要求的信息相对少，不需花费大量人力物力，所得结论明确。1、明确问题弄清所要研究问题的范围、目的、要求和所能掌握的原始信息。2、建立阶梯层次结构筛选考虑因素，将各个因素按照不同属性自上而下划分为若干层次3、各层指标权重的确定3.1构造两两比较判断矩阵；3.2计算各个元素的相对权重；3.3一致性检验。4、评价准则各指标评分值及等级划分的制定5、指标打分加权求和逐阶归并，得到不同对象的总体评分。2.2层次分析法基本思路及步骤层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标直至具体指标的顺序分解为若干不同的递阶层次结构，然后通过定性指标模糊量化方法，即通过构造两两比较判断矩阵，得到每一层次的各元素对其上一层次元素的相对权重，最后再加权和的方法递阶归并，得到各对象对总目标的最终数值。2.3评估对象以污水干线提升泵站和干线交汇井为节点，上海中心城区五条污水干线划分为47个评估管段：（1）合流一期工程总管：6个管段（2）污水二期工程总管：23个管段（3）污水三期工程总管：9个管段（4）南干线：5个管段（5）西干线：4个管段2.3、评估对象——合流一期干线名称管段编号位置说明合流一期工程总管L1-1中山北路金沙江路16#工作井至彭越浦泵站L1-2彭越浦泵站至凉城路4#交汇井L1-3凉城路4#交汇井至一期出口泵站L1-4合流一期黄浦江过江倒虹管L1-5一期出口泵站至竹园一厂L1-6苏北1#泵站至苏北3#泵站（六支流北片总管）2.4指标体系排水干线总管运行风险评估发生风险可能性物理特性运行状况外部环境风险发生后影响系统影响社会影响环境影响管段材料施工方式密封材料防腐涂层支线连接数服役年份维修记录水质状况运营条件正常输水能力事故输水能力泵站安全运行能力一级指标二级指标性能表现地层条件周围工程建设活动地面交通输水量输水量百分比连通能力路面交通拥堵情况地区重要性管段周边地表水环境地下水环境土壤环境空气环境三级指标一级指标A二级指标B三级指标C四级指标D五级指标E2.4指标体系——环境影响环境影响地表水环境管段周边输水量水环境功能区上游管段输水量水环境功能区地下水环境输水量土层渗透性土壤环境输水量用地类型空气环境输水量人口密度三级指标四级指标五级指标2.5指标权重1、构造两两比较判断矩阵建立阶梯层次结构以后,上下层次之间元素的隶属关系就被确定了。对于某一层次元素下一层次的所有元素,需要根据它们的相对重要性赋予相应的权重。在这一步中首先决策者要反复回答问题,针对某一元素下一层次的所有元素的重要性赋予一定的数值,这里采用1-9标度，而且由于两两判断矩阵是互反矩阵，仅需对其上（下）三角元素给出判断。2、一致性检验由于人们认识还可能存在主观性和片面性，以及问题复杂性，判断矩阵不能做到完全的一致性，但需要有一定的一致性，也就是说类型类似于C1比C2重要，C2比C3重要，但是C3却比C1重要的逻辑错误需要被避免，因此需进行一致性检验。3、权重计算1、专家权重求出通过一致性检验的判断矩阵的特征向量，然后对其进行归一化处理，即可得到每位专家在某一层次下各元素之间的相对重要性，即专家权重。2、综合权重全部专家权重值的算术平均值即为某一层次下各元素的综合权重值。4、组合权重按照上述步骤，逐级对每一个层次下的所有元素打分求权重，最后建立整个评估体系的组合权重。2.5指标权重2.6评估准则——定量指标8项定量评估指标，包括支线连接数、水质状况、输水量、输水量百分比、连通能力、路面交通拥堵情况、管段周边、人口密度。定量指标评估采用线性插值法计算评估分数，数据最大值评估分数100，最小值评估分数0，介于最大值和最小值的数据用0-100分数来表示，计算公式如下：其中X表示评估管段该项指标具体数值，Xmax和Xmin分别表示所有评估管段该项指标的最大值和最小值。y=100xmax−xmin(x−xmin)2.5评估准则——定性指标定性评估指标12345管段材料预制结构现浇结构///施工方式顶管盾构开挖//密封材料复合材料柔性接口单一材料柔性接口半柔半刚接口刚性接口/防腐措施全防腐措施部分防腐措施无防腐措施//运行年份1010~2020~3030~40≥40维修记录无维修记录1~2≥3//运营条件长期满管/压力流部分满管/部分压力流长期非满管/重力流//地层条件正常分布区古河道区河口砂岛区//周围大型工程建设活动没有1~2≥3//地面交通上方无道路四级公路三级公路二级道路高速/一级道路正常输水能力（负荷率）≤40%40%~60%60%~80%≥80%/事故输水能力≤20%20%~40%40%~60%60%~80%≥80%泵站安全运行能力一类泵站二类泵站三类泵站四类泵站/地区重要性其他区域其他道路交通干道/城市副中心区域城市主中心区域/水环境功能区VIVIIIII/土层渗透性正常分布区古河道区河口砂岛区//用地类型非敏感用地敏感用地///2.5评估准则——施工方式非开挖施工中顶管施工的运行风险低于盾构施工，具体体现在以下几个方面：①结构的承载体系：顶管施工无论外水压力和内水压力均作用在管段整体结构上，承载体系清晰，结构强度易保证；而盾构施工一般以双层结构（即外衬砌+内衬）为主，内衬施工是分段分批实施，容易导致双层结构之间承载分配的不均匀，增加工程风险。②防水性能：由于盾构的管节间纵向、环向的接头数量较多，对于需承受一定内水压的排水管道来说存在一定的渗漏风险，而顶管法的管段制作和养护工艺均在工厂完成，混凝土管壁有较好的水密闭性能，容易使接缝达到密封防水要求。③抗腐蚀性：顶管为成品制作，采用橡胶圈密封，且接口较少，内壁可采用涂料防腐，而盾构由于接口较多且接口处多采用螺栓连接，容易发生锈蚀。等级施工方式评估分数1顶管施工302盾构施工603开挖施工1002.5评估准则——防腐措施等级施工方式评估分数1全防腐措施502部分防腐措施60~703无防腐措施90~100《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）中3.0.4条规定，“对接触腐蚀性介质的混凝土，应按现行的有关规范或进行专门的实验确定防腐措施”。根据目前排水箱涵的普遍腐蚀规律，箱涵常水位以上至顶板，最容易发生腐蚀。在近年的设计中，采用提高混凝土抗渗等级来提高混凝土的防水防腐性能的做法也越来越多见，也符合了《工业建筑防腐蚀设计规范》的要求。抗渗等级的提高对混凝土材料的成本、造价的影响较小，因此采用提高混凝土抗