CN105888046B - 防倒灌截流井控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防倒灌截流井控制方法，步骤为：初始设定：实时监测截留井内、下开式堰门上游液位高度为H，实时监测自然水体液位高度为H′，设定下开式堰门最大防倒灌高度为Hmax，设定下开式堰门截流状态下顶部高度H1，设定自然水体液位与下开式堰门顶部高度的安全距离为a；a.当H′＞H且H′＞H1‑a时，控制下开式堰门顶部高度始终为H′+a；当自然水体液位上升时，下开式堰门随之上升，直至顶部高度为Hmax；当自然水体液位下降时，下开式堰门随之下降，直至顶部高度为H1；b.当H′＜H，控制截流井执行排水程序。本发明控制方法简单有效，既能防倒灌又能安全排水行洪，实时调控下开式堰门拦截高度，反应灵敏，调节过程快速安全。

Description

防倒灌截流井控制方法
技术领域
本发明涉及排水系统，具体地指一种防倒灌截流井控制方法。
背景技术
在我国城市排水工程中的合流制管道系统中，截流井早就存在。截流井用在雨污合流系统中，目的是为了将雨污水分离。旱季时因管中只有污水，截流井可以将污水截住，流往污水管道至污水处理厂，雨季时将初期雨水与污水截住并流入污水管道中，后期雨水溢流通过井中堰、或拦截闸门开启，排向自然水体。但现有技术中的截流井，功能简单，当自然水体液位高于截流井内的液位时，无法避免自然水体的水倒灌进入截流井内，即现有截留井无法实现既能防倒灌又能安全排水行洪等功能。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种既能防倒灌又能安全行洪的防倒灌截流井控制方法。
本发明的技术方案为：一种防倒灌截流井控制方法，所述截流井包括井体，所述井体前端连有进水管道，所述井体后端连有排水管道通向自然水体，所述井体内前端设有污水管道，所述污水管道与自然水体间设有下开式堰门，其特征在于，步骤为：
初始设定：实时监测截留井内液位高度为H，实时监测自然水体液位高度为H′，设定下开式堰门的最大防倒灌高度为关闭时顶部最大高度Hmax，设定下开式堰门截流状态下顶部高度为截流倍数时对应的液位高度H1，设定自然水体液位与下开式堰门顶部高度的安全距离为a mm；
a.当H′＞H且H′＞H1-a时，控制下开式堰门执行防倒灌程序，所述防倒灌程序为：控制下开式堰门顶部高度始终为H′+a；当自然水体液位上升时，下开式堰门随之上升，直至下开式堰门顶部高度为Hmax；当自然水体液位下降时，下开式堰门随之下降，直至下开式堰门顶部高度为H1；
b.当H′＜H，控制下开式堰门执行排水程序。排水程序为水质型控制程序或雨量型控制程序。
优选的，所述井体内下开式堰门上下游分别设有第一液位传感器和第二液位传感器，井体上设有控制柜，控制柜内设有控制单元，所述控制单元的信号输入端与第一液位传感器、第二液位传感器的信号输出端连接，所述控制单元的信号输出端与下开式堰门的信号输入端连接。
优选的，所述排水程序为水质型控制程序，所述水质型控制程序为：
a.当降雨量为零时，控制截流井内污水截流到污水管道，同时停止向排水管道排水；
b.当降雨量大于零时，从降雨开始实时检测截流井内雨水中污染物的浓度，直至某一时刻t检测的污染物浓度小于设定值，则将从降雨开始至t时刻之间的雨水判定为初雨；
c.从降雨开始至t时刻这段时间内，控制截流井内的初雨截流到污水管道；超过t时刻控制截流井停止向污水管道排水，并控制雨水向排水管道排放。
进一步的，所述水质型控制程序的步骤c中，从降雨开始至t时刻这段时间内实时接收城市内涝预警信号，当接收到城市内涝预警信号时，控制截流井内雨水截流到污水管道，同时向排水管道排水；当未接收到预警信号时，仅控制截流井内雨水截流到污水管道，停止向排水管道排水。
进一步的，所述水质型控制程序的步骤c中，超过t时刻后再次检测到污染物浓度超过设定值时，控制截流井内污水截流到污水管道、同时停止向排水管道排水，直至污染物浓度小于设定值再控制截流井停止向污水管道排水、并控制雨水向排水管道排放。
进一步的，所述水质型控制程序中，超过t时刻后，再次检测的污染物浓度超过设定值的一段时间内，实时接收城市内涝预警信号，当接收到城市内涝预警信号时，控制截流井内雨水截流到污水管道，同时向排水管道排水；当未接收到预警信号时，仅控制截流井内雨水截流到污水管道，停止向排水管道排水。
优选的，所述排水程序为雨量型控制程序，所述雨量型控制程序为：
1)定义初雨和初雨径流时间T：初雨为从降雨形成地面径流开始前Xmm降雨形成的径流量；初雨径流时间T为初雨降到地面径流到截流井内所需要的时间；
2)定义截流高度H1和旱流水位H3：截流高度H1为截流井截流倍数对应的液位高度；旱流水位H3为晴天时最大污水流量对应在截流井内的液位；
3)同时，控制单元通过液位传感器采集截流井内液位信号和城市内涝警戒信号，并通过雨量传感器采集雨量信号，进而控制雨污截流和城市防内涝排水：
a.当截流井内液位不高于旱流水位H3时，控制污水管道处于开启状态，并控制下开式堰门的关闭高度为截流高度H1；
b.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到降雨达到初雨量Xmm时，雨量传感器发出信号给控制单元，控制单元延迟时间T后发出指令控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门；
c.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到的降雨还未达到初雨量Xmm却收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制下开式堰门调节关闭高度直到城市内涝警戒信号解除，当雨量传感器检测到降雨达到初雨量Xmm时，雨量传感器发出信号给控制单元，控制单元延迟时间T后发出指令控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门；
d.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到的降雨已达到初雨量Xmm但延时时间还未达到T却收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制下开式堰门调节关闭高度直到城市内涝警戒信号解除，当延时时间达到T时，控制单元控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门。
进一步的，所述雨量型控制程序的步骤c和步骤d中，所述调节下开式堰门的关闭高度是指：收到城市内涝警戒信号后，下开式堰门将逐步开启，如果截流井内液位没有下降到城市内涝警戒信号解除，下开式堰门将继续开启直至完全开启，如果截流井内液位下降到城市内涝警戒信号解除，下开式堰门将逐渐关闭到截流高度H1。
进一步的，所述雨量型控制程序的步骤a中当截流井内液位不高于旱流水位H3但控制单元收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制污水管道关闭或部分关闭，并完全开启下开式堰门。
进一步的，所述雨量型控制程序的初雨径流时间T为收水区最远端到截流井雨水进水口的地面径流时间，X取6～12。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过液位传感器实时监测下开式堰门上下游两侧液位，当截留井内液位大于自然水体液位，可以向自然水体进行排水，此时执行排水程序，使初期雨水的有效分离，最大限度让初期雨水全部截流到雨水调蓄池后送往污水处理厂。
2.当实时监测到截留井内液位小于自然水体液位，且自然水体液位已经上升至大于H1-a时，证明自然水体液位已经到达危险状态，需要开始执行防倒灌程序，因此根据自然水体实时液位灵活控制下开式堰门拦截高度，使其一直与自然水体保持安全高度。
3.本发明控制方法简单有效，既能防倒灌又能安全排水行洪，实时调控下开式堰门拦截高度，反应灵敏，调节过程快速安全。
附图说明
图1为本发明截流井结构示意图
图2为图1俯视图
图3为截流时本发明截流井工作原理图
图4为防倒灌时本发明截流井工作原理图
图5为水质型控制程序时截流井结构示意图
其中：1.井体 2.进水管道 3.自然水体 4.污水管道 5.流量控制闸门 6.浮动挡板 7.下开式堰门 8.1第一液位传感器 8.2第二液位传感器 9.雨量计 10.控制柜 11.排水管道 12.水质传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-2所示，本发明截流井包括井体1，井体1为混凝土构筑物，井体1前端连有合流制的进水管道2，井体1后端连有排水管道11通向自然水体3，井体1内前端设有污水管道4，污水管道4管口处设有流量控制闸门5，污水管道4与自然水体3间设有下开式堰门7，本实施例中下开式堰门7设置在井体1内后端，也可以设置于自然水体3内与井体1连通处。井体1内流量控制闸门5与下开式堰门7间设有斜置的浮动挡板6，浮动挡板6用于引导井内浮渣进入污水管道4。下开式堰门7动力为液动或电动，井体1在下开式堰门7两侧分别设有第一液位传感器8.1(上游侧)和第二液位传感器8.2(下游侧)，井体1上设有雨量计9和控制柜10。
控制柜10内设有控制单元，控制单元的信号输入端与第一液位传感器8.1、第二液位传感器8.2的信号输出端连接，控制单元的信号输出端与下开式堰门7信号输入端连接。控制单元通过接收第一液位传感器8.1、第二液位传感器8.2的信号控制下开式堰门7进行截流井防倒灌。
本发明防倒灌截流井控制方法为：
初始设定：通过第一液位传感器8.1实时监测截留井内、下开式堰门7上游液位高度H，通过第二液位传感器8.2实时监测自然水体3液位高度H′，截流井通过下开式堰门7进行截流，此时截流井的截流高度即为下开式堰门7顶部高度，设定下开式堰门7的最大防倒灌高度为关闭时堰门顶部能达到的最大高度Hmax，设定下开式堰门7截流状态下顶部高度为截流倍数时对应的液位高度H1(截流状态下下开式堰门7高度始终为H1，H1可根据情况选择，H1＜Hmax；节流倍数为合流制排水系统在降雨时截留的雨水量与旱流污水量之比值，该比值为指定的数值)，设定自然水体与下开式堰门顶部的安全距离为a mm，300≥a≥10(本实施例a为15，a数值可以根据情况调节)。
具体防倒灌控制过程为：
如图3所示，当晴天以及下小雨时，下开式堰门7处于截流状态，旱流污水和初期雨水经污水管道4流入污水处理厂，浮动挡板6将井内浮渣引导进入污水管道4，此时下开式堰门7维持截流高度H1不变。
a.当第一液位传感器8.1、第二液位传感器8.2检测到H′＞H且H′＞H1-a时，控制单元控制下开式堰门7执行防倒灌程序，防倒灌程序为：控制下开式堰门7顶部高度始终为H′+a；当自然水体液位上升时，下开式堰门7随之上升，直至下开式堰门7顶部高度为Hmax，如图4所示；当自然水体液位下降时，下开式堰门7随之下降，直至下开式堰门7顶部高度为H1，在防倒灌程序中，下开式堰门7顶部高度始终在Hmax与H1之间(包括端点值)。
b.当H′＜H，控制单元控制下开式堰门7执行排水程序。排水程序为雨量型控制程序或水质型控制程序。
采用水质型控制程序时：井体1内下开式堰门7上游侧安装水质传感器12，如图5所示，水质传感器12用于实时监测截流井内污染物的浓度，水质传感器12输出端连接控制单元输入端。控制单元用于接收第一液位传感器8.1信号、水质传感器12、雨量计9信号以及城市内涝预警信号，控制流量控制闸门5、下开式堰门7。
本发明水质型控制程序为：
先初始设定：晴天不降雨时，下开式堰门7的关闭高度为H1(此高度为截流井的截流高度，此高度可以调节，定义同防倒灌程序中H1)；警戒水位为H2(超过警戒水位，城市就会产生内涝)；雨水中污染物的浓度(如TSS)设定值C，当截流井内雨水的浓度大于C时，判定为初雨，当截流井内雨水的浓度小于C时，则判定为后期雨水。
具体排水控制过程如下：
晴天不降雨(即降雨量为零，通过雨量计判断)时，控制单元控制污水管道4上的流量控制闸门5(或刀闸阀)处于开启状态、下开式堰门7关到一定高度H1，晴天的旱流污水被截流到污水管道4，流到污水处理厂进行处理。
降雨(即降雨量大于零，通过雨量计判断)时，控制单元控制污水管道4上的流量控制闸门5(或刀闸阀)保持开启状态，前期的初期雨水与旱流污水一起被截流至污水管道4中；降雨发生时，水质传感器12实时检测截流井内雨水中污染物(如TSS)的浓度，当TSS浓度低于设定值C时，控制单元发出指令控制污水管道4上的流量控制闸门5关闭(或部分关闭，关闭位置可以根据现场的需要自由设定)停止截流，同时，控制单元发出指令控制下开式堰门7开启，后期雨水就直接排放到自然水体3，保证行洪的安全。在后期降雨过程中，当水质传感器12再次检测到污染物浓度大于等于设定值时，控制单元控制污水管道4上的流量控制闸门5开启(或部分开启，开启位置可以根据现场的需要自由设定)，截流井内污水截流到污水管道4，同时下开式堰门7关到一定高度H1，停止向排水管道11排水。
如果水质传感器12实时检测截流井内雨水TSS的浓度高于设定值C，但第一液位传感器8.1检测到截流井内的液位(由第一液位传感器8.1实时监测截留井内、下开式堰门上游液位高度H)已经超过警戒水位时，控制单元会接收到城市内涝预警信号，发出指令，控制下开式堰门7开启，堰门的开度取决于截流井内的液位情况(当液位超过警戒水位时，下开式堰门7将开启，如果水位没有下降到警戒水位以下，下开式堰门7将继续开启直至完全开启；如果液位低于警戒水位H2时，下开式堰门7将逐渐关闭到晴天时对应的高度H1)，在此过程中，污水管道4上的流量控制闸门保持开启状态，保证初雨尽量截流到污水处理厂。当检测截流井内雨水TSS的浓度低于设定值C后，控制单元发出指令控制污水管道4上的流量控制闸门5关闭(或部分关闭，关闭位置可以根据现场的需要自由设定)，同时，控制单元发出指令控制下开式堰门7开启，后期雨水就直接排放到自然水体3，保证行洪的安全。
采用雨量型控制程序时：截流井内除未设置水质传感器12，结构与水质型控制程中结构相同，具体结构如图1-2所示。控制单元用于接收第一液位传感器8.1信号、雨量计9信号以及城市内涝预警信号，控制流量控制闸门5、下开式堰门7。
本发明雨量型控制程序为：
1)设定初雨为从降雨形成地面径流开始前10mm降雨形成的径流量；初雨径流时间T为初雨降到地面径流到截流井内所需要的时间；截流高度H1为截流井截流倍数对应的液位高度，此高度可以调节(定义同防倒灌程序中H1)，晴天时，下开式堰门7的关闭高度为H1；旱流水位H3为晴天时最大污水流量对应在截流井内的液位；警戒水位为H2(超过警戒水位，城市就会产生内涝，定义同水质型控制程序中的警戒水位)。
2)晴天时，当截流井内液位(由第一液位传感器8.1实时监测截留井内、下开式堰门上游液位高度H)不高于旱流水位H3，污水管道4上的流量控制闸门5处于开启状态，下开式堰门7关到一定高度H1(此高度为截流井的截流高度，此高度可以调节)，晴天的污水被截流到污水管5，经过流量控制闸门5流到污水处理厂进行处理。
具体排水过程为：
降雨时，污水管道4上的流量控制闸门5保持开启状态，前期的初雨与旱流污水一起被截流至污水管5中，降雨发生时，雨量计9对降雨进行定量，当降雨达到初雨量10mm，雨量计9发出信号给控制单元，控制单元延迟时间T(T为初雨径流时间)后，发出指令控制污水管道4上的流量控制闸门5关闭或部分关闭(关闭位置可以根据现场的需要自由设定)，同时，控制单元发出指令控制下开式堰门7开启，后期雨水就直接排放到自然水体，保证行洪的安全。
如果当降雨没有达到初雨量10mm时(或者降雨量达到10mm后，但延时时间T还没有达到时)，但截流井内液位已经超过警戒水位H2时，即控制单元收到城市内涝警戒信号时，控制单元发出指令，控制下开式堰门7开启，下开式堰门7的开度取决于截流井内液位情况，当截流井内液位超过警戒水位H2时，下开式堰门7将开启，如果截流井内液位没有下降到警戒水位H2以下(即：城市内涝警戒信号未解除)，下开式堰门7将继续开启直至完全开启；如果截流井内液位低于警戒水位H2时，即城市内涝警戒信号解除，下开式堰门7将逐渐关闭到晴天时对应的高度H1，在此过程中，污水管道4上的流量控制闸门5保持开启状态，保证初雨尽量截流到污水处理厂。当降雨达到初雨量10mm后(或者延时时间T达到后)，控制单元发出指令控制污水管道4上的流量控制闸门关闭或部分关闭，同时，控制单元发出指令控制下开式堰门7开启，后期雨水就直接排放到自然水体3中，保证行洪的安全。

Claims (9)

1.一种防倒灌截流井控制方法，所述截流井包括井体，所述井体前端连有进水管道，所述井体后端连有排水管道通向自然水体，所述井体内前端设有污水管道，所述污水管道与自然水体间设有下开式堰门，其特征在于，步骤为：
初始设定：实时监测截留井内液位高度为H，实时监测自然水体液位高度为H′，设定下开式堰门的最大防倒灌高度为关闭时顶部最大高度Hmax，设定下开式堰门截流状态下顶部高度为截流倍数时对应的液位高度H1，设定自然水体液位与下开式堰门顶部高度的安全距离为a mm；
a.当H′＞H且H′＞H1-a时，控制下开式堰门执行防倒灌程序，所述防倒灌程序为：控制下开式堰门顶部高度始终为H′+a；当自然水体液位上升时，下开式堰门随之上升，直至下开式堰门顶部高度为Hmax；当自然水体液位下降时，下开式堰门随之下降，直至下开式堰门顶部高度为H1；
b.当H′＜H，控制下开式堰门执行排水程序。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述井体内下开式堰门上下游分别设有第一液位传感器和第二液位传感器，井体上设有控制柜，控制柜内设有控制单元，所述控制单元的信号输入端与第一液位传感器、第二液位传感器的信号输出端连接，所述控制单元的信号输出端与下开式堰门的信号输入端连接。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述排水程序为水质型控制程序，所述水质型控制程序为：
a.当降雨量为零时，控制截流井内污水截流到污水管道，同时停止向排水管道排水；
b.当降雨量大于零时，从降雨开始实时检测截流井内雨水中污染物的浓度，直至某一时刻t检测的污染物浓度小于设定值，则将从降雨开始至t时刻之间的雨水判定为初雨；
c.从降雨开始至t时刻这段时间内，控制截流井内的初雨截流到污水管道；超过t时刻控制截流井停止向污水管道排水，并控制雨水向排水管道排放。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述水质型控制程序的步骤c中，从降雨开始至t时刻这段时间内实时接收城市内涝预警信号，当接收到城市内涝预警信号时，控制截流井内雨水截流到污水管道，同时向排水管道排水；当未接收到预警信号时，仅控制截流井内雨水截流到污水管道，停止向排水管道排水。
5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述水质型控制程序的步骤c中，超过t时刻后再次检测到污染物浓度超过设定值时，控制截流井内污水截流到污水管道、同时停止向排水管道排水，直至污染物浓度小于设定值再控制截流井停止向污水管道排水、并控制雨水向排水管道排放。
6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述水质型控制程序中，超过t时刻后，再次检测的污染物浓度超过设定值的一段时间内，实时接收城市内涝预警信号，当接收到城市内涝预警信号时，控制截流井内雨水截流到污水管道，同时向排水管道排水；当未接收到预警信号时，仅控制截流井内雨水截流到污水管道，停止向排水管道排水。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述排水程序为雨量型控制程序，所述雨量型控制程序为：
1)定义初雨和初雨径流时间T：初雨为从降雨形成地面径流开始前Xmm降雨形成的径流量；初雨径流时间T为初雨降到地面径流到截流井内所需要的时间；
2)定义截流高度H1和旱流水位H3：截流高度H1为截流井截流倍数对应的液位高度；旱流水位H3为晴天时最大污水流量对应在截流井内的液位；
3)同时，控制单元通过液位传感器采集截流井内液位信号和城市内涝警戒信号，并通过雨量传感器采集雨量信号，进而控制雨污截流和城市防内涝排水：
a.当截流井内液位不高于旱流水位H3时，控制污水管道处于开启状态，并控制下开式堰门的关闭高度为截流高度H1；
b.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到降雨达到初雨量Xmm时，雨量传感器发出信号给控制单元，控制单元延迟时间T后发出指令控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门；
c.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到的降雨还未达到初雨量Xmm却收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制下开式堰门调节关闭高度直到城市内涝警戒信号解除，当雨量传感器检测到降雨达到初雨量Xmm时，雨量传感器发出信号给控制单元，控制单元延迟时间T后发出指令控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门；
d.当截流井内液位高于旱流水位H3且未收到城市内涝警戒信号时，污水管道继续保持开启状态，下开式堰门继续保持关闭高度为H1，雨量传感器开始收集降雨检测雨量信号，当雨量传感器检测到的降雨已达到初雨量Xmm但延时时间还未达到T却收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制下开式堰门调节关闭高度直到城市内涝警戒信号解除，当延时时间达到T时，控制单元控制污水管道关闭或部分关闭，并在污水管道关闭或部分关闭的同时完全开启下开式堰门；
步骤c和步骤d中，调节下开式堰门的关闭高度是指：收到城市内涝警戒信号后，下开式堰门将逐步开启，如果截流井内液位没有下降到城市内涝警戒信号解除，下开式堰门将继续开启直至完全开启，如果截流井内液位下降到城市内涝警戒信号解除，下开式堰门将逐渐关闭到截流高度H1。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述雨量型控制程序的步骤a中当截流井内液位不高于旱流水位H3但控制单元收到城市内涝警戒信号时，控制单元控制污水管道关闭或部分关闭，并完全开启下开式堰门。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述雨量型控制程序的初雨径流时间T为收水区最远端到截流井雨水进水口的地面径流时间，X取6～12。
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