市政排水系统规划改造（如管网雨污分流、泵站扩容、污水处理厂提标）的核心目标是提升污染治理能力，而现有系统的污染负荷是确定改造规模、技术路线的关键依据。历史水质检测数据（涵盖管网进水、泵站出水、污水处理厂进出口等点位的长期监测数据）记录了不同时期、不同场景下的污染物浓度变化规律，通过科学分析这些数据，可精准评估现有系统的污染负荷特征（如污染来源、峰值负荷、时空分布），为改造方案设计提供数据支撑，避免改造不足导致的治理能力缺口或改造过度造成的资源浪费。

一、历史水质检测数据的筛选与预处理：确保数据有效性

历史水质检测数据常存在监测周期不一、指标缺失、异常值干扰等问题，需先通过 “筛选 - 补全 - 校准” 三步预处理，形成标准化数据集，为污染负荷评估奠定基础。

（一）数据筛选：聚焦核心指标与关键点位

根据排水系统改造需求，筛选两类核心数据：

污染物浓度数据：优先选择与污染负荷直接相关的指标，包括化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃ - N）、总磷（TP）、悬浮物（SS）—— 这四类指标是反映市政排水污染强度的核心参数，也是污水处理厂设计、管网截污能力评估的关键依据；对于工业废水占比高的区域，需补充重金属（如 Cr、Pb）、挥发性有机物（VOCs）等特征指标。

关键监测点位数据：重点保留管网主干管入口、泵站集水池、污水处理厂进水口 / 出水口、雨污合流制溢流口等点位的监测数据 —— 这些点位是污染负荷传递的关键节点，数据能反映从源头到末端的污染变化全貌。例如，主干管入口数据可评估区域整体污染输入，溢流口数据可反映合流制系统的污染溢流负荷。

筛选时需剔除两类无效数据：监测频率过低（如每年仅 1 - 2 次）的数据（无法反映负荷波动）、监测期间存在设备故障（如传感器失效导致的连续相同值）的数据，确保保留数据的时间连续性（至少覆盖 1 个完整水文年，包含旱季、雨季）与空间代表性。

（二）数据补全：应对指标缺失与周期断层

针对数据缺失问题，采用两种补全方法：

指标缺失补全：若某监测点仅缺失个别指标（如缺失 TP 数据，但有 COD、SS 数据），可通过相关性分析建立回归模型（如利用同一区域其他点位的 TP 与 COD 的线性关系，推算缺失的 TP 值）；若缺失指标较多（如仅保留 COD 数据），需结合区域用地性质（如居民区、工业区）补充监测（短期连续监测 7 - 10 天，获取缺失指标的均值与波动范围）。

周期断层补全：若存在监测断层（如某年度仅监测 6 个月），可采用 “同期类比法” 补全 —— 参考相邻年份同期（如 2022 年缺失的雨季数据，参考 2021 年、2023 年雨季同点位的浓度变化规律）的数据，结合当年降雨量、人口变化（如区域人口增长率）进行修正，确保补全数据符合实际污染趋势。

（三）数据校准：消除异常值与系统误差

通过统计方法识别并处理异常数据：

异常值识别：采用 “3σ 原则”（若数据超出均值 ±3 倍标准差，则判定为异常值）或箱线图法（超出上下四分位数 1.5 倍四分位距的数据为异常值），例如某泵站 COD 监测数据中出现 1200mg/L（均值为 350mg/L，标准差为 120mg/L），超出 3σ 范围（350±360mg/L），判定为异常值（可能因监测时混入高浓度工业废水）。

数据修正：对异常值，若可追溯原因（如设备校准偏差），则用校准后的数据替换；若无法追溯，用该点位同期相邻数据的均值替换（如用异常值前后 3 天的 COD 均值 340mg/L 替换 1200mg/L）；对系统误差（如某批次试剂导致的检测值普遍偏低），需根据实验室质控报告（如标准样品的检测偏差）进行系统性修正（如检测值普遍偏低 10%，则所有数据乘以 1.1 的修正系数）。

二、基于历史数据的污染负荷评估：明确改造核心需求

预处理后的历史数据，需从 “污染负荷总量、时空分布特征、超负荷风险” 三个维度展开评估，精准识别现有系统的污染治理短板，为改造方案提供靶向依据。

（一）污染负荷总量评估：确定改造规模基准

污染负荷总量（单位：kg/d）= 污染物浓度（mg/L）× 日均污水量（m³/d），需结合历史数据分场景计算：

旱季污染负荷：采用旱季（连续 7 天无降雨）的污染物浓度均值与旱季日均污水量（通过管网流量计历史数据获取）计算，反映生活污水、工业废水的常态化污染输入。例如，某区域主干管旱季 COD 均值为 320mg/L，旱季日均污水量为 8000m³/d，则旱季 COD 负荷 = 320mg/L×8000m³/d=2560kg/d。

雨季污染负荷：分 “初期雨水” 与 “中后期雨水” 计算 —— 初期雨水（降雨前 1 小时）污染浓度高，采用历史数据中初期雨水的浓度峰值与初期雨水量（根据降雨量、汇水面积计算）；中后期雨水浓度降低，采用浓度均值与中后期雨水量。例如，某合流制区域初期雨水 COD 峰值为 580mg/L，初期雨水量为 2000m³/ 次，中后期 COD 均值为 220mg/L，中后期雨水量为 6000m³/ 次，则单次降雨雨季 COD 总负荷 =（580×2000）+（220×6000）=2480kg / 次。

年污染负荷总量：结合旱季天数（按 270 天计）、雨季降雨次数（按年均 50 次计），计算年总负荷。例如，年 COD 总负荷 =（2560kg/d×270d）+（2480kg / 次 ×50 次）=793600kg / 年 = 793.6t / 年。

通过总量评估，可确定改造需承载的基本负荷 —— 若现有污水处理厂设计 COD 处理能力为 2800kg/d，而旱季实际负荷已达 2560kg/d，雨季峰值负荷超 3500kg/d，说明处理能力接近饱和，改造需考虑提标扩容（如将处理能力提升至 3800kg/d）。

（二）污染负荷时空分布评估：优化改造空间布局

空间分布评估：对比不同管网片区、不同监测点位的污染负荷，识别高污染负荷区域。例如，通过历史数据发现，工业区周边管网 COD 负荷达 1800kg/d（占区域总负荷的 65%），居民区周边管网 COD 负荷仅 760kg/d（占 25%），说明工业区是主要污染来源，改造需优先加强工业区管网的截污能力（如增设预处理设施）、减少工业废水直排。

时间分布评估：分析污染负荷的日内、季节变化规律。日内变化方面，若历史数据显示早 7 - 9 点、晚 18 - 20 点 COD 负荷达峰值（超 3000kg/d），说明存在生活污水排放高峰，改造需优化泵站调度（如高峰时段增加泵组运行频次，避免管网溢流）；季节变化方面，若雨季（6 - 8 月）氨氮负荷比旱季高 40%，说明雨水下渗携带地表污染物（如化肥残留），改造需在雨季前加强管网清淤（减少沉积物释放）、增设初期雨水调蓄池。

（三）超负荷风险评估：识别系统薄弱环节

通过历史数据中的 “负荷峰值” 与 “系统设计上限” 对比，评估超负荷风险：

管网超负荷风险：若历史数据显示，雨季合流制管网溢流口 COD 浓度峰值达 620mg/L，且溢流频次年均超 30 次（每次溢流时长超 2 小时），说明管网截污能力不足，改造需增设截流倍数（如从 1.5 倍提升至 3 倍）或建设调蓄池（容积按单次最大溢流量设计）。

污水处理厂超负荷风险：若历史数据显示，雨季污水处理厂进水 COD 浓度超设计值（如设计进水 COD≤500mg/L，实际峰值达 680mg/L），且进水流量超设计规模（如设计 10000m³/d，实际峰值达 13000m³/d），导致出水 COD 超标（超 50mg/L），说明处理厂抗冲击能力不足，改造需增设预处理单元（如格栅、沉砂池升级）、优化生化处理工艺（如增加曝气池容积）。

三、历史数据支撑改造方案设计：实现精准施策

基于污染负荷评估结果，历史水质检测数据可从 “技术路线选择、规模参数确定、效果预测验证” 三个方面支撑改造方案设计，确保方案科学可行。

（一）指导改造技术路线选择

不同污染负荷特征对应不同改造技术路线：

高浓度工业废水区域：若历史数据显示某片区工业废水 COD 均值超 800mg/L，且含重金属（Cr 浓度超 0.5mg/L），常规生化处理难以达标，改造需选择 “预处理 + 深度处理” 路线 —— 预处理采用化学沉淀法（去除重金属），深度处理采用臭氧氧化法（降低 COD），而非单一生化工艺。

合流制溢流污染区域：若历史数据显示初期雨水污染负荷占雨季总负荷的 60%（COD 峰值超 600mg/L），改造需优先选择 “初期雨水调蓄 + 后期雨水截流” 技术路线，调蓄池容积按历史数据中单次最大初期雨水量（如 3000m³）设计，避免初期高浓度雨水直接溢流。

老旧管网渗漏区域：若历史数据显示管网周边地下水 COD 浓度超 10mg/L（背景值为 2mg/L），且管网水位下降时污水浓度同步升高，说明存在管网渗漏，改造需选择 “管网修复 + 防渗处理” 路线（如采用 HDPE 缠绕管替换老旧混凝土管，管周铺设防渗膜），而非单纯扩容。

（二）确定改造规模与关键参数

历史数据可量化改造方案的核心参数：

管网改造参数：若历史数据显示某片区旱季污水流速仅 0.6m/s（设计流速 1.0 - 1.5m/s），且 SS 浓度均值超 200mg/L，说明管网淤积导致过流能力不足，改造需确定清淤管径（按历史最大流量 1200m³/h 计算，管径需≥DN800）、清淤周期（按历史数据中 SS 浓度升至 200mg/L 的周期，确定每 6 个月清淤 1 次）。

污水处理厂改造参数：若历史数据显示进水 NH₃ - N 年均均值为 45mg/L，出水需达一级 A 标准（NH₃ - N≤5mg/L），则需确定脱氮工艺的关键参数 —— 如缺氧池容积（根据历史数据中 NH₃ - N 去除率需求，计算缺氧池停留时间需≥2 小时）、回流比（按历史数据中 TN 去除效果，确定回流比为 200%）。

调蓄设施参数：若历史数据显示合流制区域单次最大溢流污水量为 4500m³，溢流持续时间 3 小时，改造需确定调蓄池容积（按 4500m³ 设计，预留 10% 安全容积，总容积 4950m³）、提升泵流量（按 3 小时排空计算，泵流量需≥1650m³/h）。

（三）预测改造效果与验证方案可行性

通过历史数据构建 “改造前 - 改造后” 对比模型，预测改造效果：

污染削减效果预测：若改造方案为 “合流制管网雨污分流 + 初期雨水调蓄”，根据历史数据，分流后旱季污水 COD 负荷 2560kg/d（全部进入污水处理厂，处理率 90%），雨季调蓄初期雨水 COD 负荷 1160kg / 次（处理率 90%），中后期雨水 COD 负荷 1320kg / 次（截流率 70%，处理率 90%），则改造后年 COD 削减量 = 改造前年负荷 - 改造后年负荷 = 793.6t - [（2560×0.1×270）+（1160×0.1×50）+（1320×0.3 + 1320×0.7×0.1）×50] = 793.6t - 128.8t = 664.8t，削减率达 83.8%，验证方案可满足区域污染治理目标。

经济可行性验证：结合历史数据中的污染负荷与改造投资，计算单位污染削减成本（改造总投资 / 年污染削减量）。若改造总投资 1200 万元，年 COD 削减 664.8t，则单位 COD 削减成本≈1.8 万元 /t，低于区域环保治理补贴标准（2.5 万元 /t），说明方案经济可行；若单位成本超标准，则需优化方案（如缩小调蓄池容积，降低投资）。

四、案例实践：某老城区排水系统改造中的数据应用

某老城区现有排水系统为合流制，存在管网渗漏、溢流污染严重等问题，改造中应用历史水质检测数据的过程如下：

数据预处理：筛选 2019 - 2023 年管网主干管、溢流口、污水处理厂的 COD、NH₃ - N、SS 数据，补全 2021 年缺失的雨季数据（参考 2020 年、2022 年同期数据），修正因试剂误差导致的 COD 检测值（普遍偏低 8%，数据乘以 1.08）。

污染负荷评估：旱季 COD 负荷 2800kg/d（超污水处理厂设计能力 2500kg/d 的 12%），雨季单次降雨 COD 负荷 3200kg / 次（溢流口溢流负荷 1800kg / 次，占比 56%），工业区周边管网 COD 负荷占区域总负荷的 70%。

改造方案设计：

技术路线：工业区管网雨污分流（单独建设工业废水管网，接入预处理站）+ 合流制区域初期雨水调蓄（容积 4000m³）+ 污水处理厂提标（COD 处理能力提升至 3500kg/d）。

效果预测：改造后旱季 COD 削减率 92%，雨季溢流 COD 削减率 85%，单位 COD 削减成本 1.6 万元 /t，符合环保与经济要求。

改造后实际监测数据显示，旱季污水处理厂出水 COD 稳定在 40mg/L 以下，雨季溢流频次从年均 35 次降至 8 次，验证了历史数据应用的有效性。

结语

在市政排水系统规划改造中，历史水质检测数据是评估污染负荷、设计改造方案的 “数据基石”。通过科学的预处理确保数据有效性，从总量、时空分布、超负荷风险维度评估污染特征，最终转化为改造技术路线、规模参数与效果预测的具体依据，可实现改造方案从 “经验驱动” 向 “数据驱动” 的转变。随着智慧排水建设的推进，需进一步建立历史数据与实时监测数据的联动机制，动态优化改造方案，确保排水系统长期适配区域污染治理需求。