CN108984823A

CN108984823A - 一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法

Info

Publication number: CN108984823A
Application number: CN201810549339.5A
Authority: CN
Inventors: 于磊; 潘兴瑶; 马盼盼
Original assignee: Beijing Water Science and Technology Institute
Current assignee: Beijing Water Science and Technology Institute
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2018-12-11
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: CN108984823B

Abstract

本发明提供了一种合流制溢流(CSOs)调蓄池规模的确定方法，基于长时间高分辨率数值模拟结果，包括：步骤一，基于相关软件构建数值模型；步骤二，输入长时间高分辨率降雨数据，以获取长时间高分辨率模拟结果；步骤三，基于长时间高分辨率模拟结果划分溢流场次，统计每个溢流场次对应的溢流量，将溢流量按大到小进行排序，建立溢流频次与溢流量关系；步骤四，基于溢流频次与溢流量关系，结合控制目标确定调蓄池规模。通过建立数值模型，以长时间高分辨率的实测降雨为输入条件，借助数值模型模拟结果分析溢流规律，从而得出不同溢流频次控制率对应的溢流量作为调蓄池的规模设计的依据，得出的结果更为科学合理。

Description

一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法

技术领域

本发明涉及城市水环境治理领域，尤其涉及海绵城市建设和黑臭水体中合流制管网截污改造方案设计中关于合流制溢流(CSOs)调蓄池设计的领域。

背景技术

国内城市老城区多采用合流制排水系统，在外部降水条件下，由于大量雨水流入排水系统，合流制排水系统内的流量超过截污流量时，超过排水系统负荷的雨污混合污水便会直接排入受纳水体，这被称为合流制管道溢流(Combined Sewer Overflows，简称CSOs)。CSOs污染已经成为城市水体的主要污染源之一。

CSOs调蓄池作为控制CSOs污染的一种有效措施，在国内外诸多城市得到越来越多的应用，日本、德国、加拿大以及国内的上海、武汉、成都、广州等地都建设大型CSOs调蓄池。调蓄池规模的确定既要考虑污染防治目标，又要考虑经济成本，规模过大，造成浪费，过小又起不到污染防治效果。欧洲一般按不透水表面和降雨量设计；德国采用标准计算公式法和临界雨水量法；日本采用估算法。国内大多关注水量控制，主要方法包括：(1)通过统计旱季污水量，结合截流倍数(常取1-5倍)，确定调蓄池规模；(2)通过统计区域不透水面面积，结合单位不透水面积对应调蓄池规模，确定区域调蓄池总规模；(3)通过建立数学模型，依靠个别场次或某一年度溢流量模拟结果，确定调蓄池规模。

然而，这些方法都忽略了降雨时间差异性和不确定性，忽略了区域管网拓扑结构对溢流造成的影响，得出的结论科学性不足，缺少代表性。

因此，需要新的技术或者方法来处理上述存在技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种合流制溢流(CSOs)调蓄池规模的确定方法，其发明构思为：通过建立数值模型，以长时间高分辨率的实测降雨为输入条件，借助数值模型模拟结果，分析背后隐藏的溢流规律，从而得出不同溢流频次控制率对应的溢流量，以此作为调蓄池的规模设计的依据。

本发明目的在于提供一种合流制溢流(CSOs)调蓄池规模的确定方法，所述方法基于长时间高分辨率数值模拟结果，包括步骤：

步骤一，基于相关软件构建数值模型；

步骤二，输入长时间高分辨率降雨数据，以获取长时间高分辨率模拟结果；

步骤三，基于长时间高分辨率模拟结果划分溢流场次，统计每个溢流场次对应的溢流量，将溢流量按大到小进行排序，建立溢流频次与溢流量关系；

步骤四，基于溢流频次与溢流量关系，结合控制目标确定调蓄池规模。

优选的，所述步骤一利用SWMM开源软件或InfoWorks ICM、MIKE商业软件构，或其它自主研发的城市排水模型软件来建数值模型，所述数值模型的构建所需的数据包括但不限于：管网数据、监测井数据、下垫面数据、地面高程数据和污水排放数据，所述管网数据包括管道尺寸和上下游管底高程，所述监测井数据包括监测井尺寸、井底高程和井深。

优选的，所述步骤二的所述长时间为5年及以上，所述高分辨率为按照5分钟间隔作为模型输出步长。

优选的，所述步骤二包括：

(2-1)将多年逐分钟间隔的降雨数据输入模型；

(2-2)开始模拟工作，获取长时间高分辨率模拟结果，模型输出步长为5分钟。

优选的，所述步骤三包括：

(3-1)根据实际情况，以2小时内累计溢流量低于0.1立方米作为场次划分标准；

(3-2)以年为单位，统计每个溢流场次(S_(i，m))及每次溢流量(Q_(i，m))，其中i代表溢流场次的编号，m代表年的编号，S(i，m)表示第m年第i个溢流场次；Q_(i，m)表示第m年第i次溢流的溢流量；

(3-3)将每年的统计结果按照溢流量由大到小排列(Q_(1，m)、Q_(2，m)、…Q_(N，m))，建立溢流频次与溢流量关系。

优选的，所述步骤四的所述控制目标为控制一年最多溢流的次数T，T为自然数。

优选的，所述步骤四包括：

(4-1)结合实际情况和管理需求，确定控制目标，即一年最多允许溢流的次数(T)；

(4-2)根据溢流频次与溢流量关系，选择长时间内(例如m年内)每年第T+1次溢流事件对应的溢流量，即Q_(T+1，1)、Q_(T+1,2)、…Q_(T+1,m)，取平均值即为调蓄池规模。

本发明所采用的确定方法有益效果在于：形式上借助数值模拟手段，本质上是通过统计学方法挖掘溢流规律，得出的结果更为科学，更为合理。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

附图1为根据本发明实施例的合流制溢流(CSOs)调蓄池规模的确定方法流程图。

附图2为根据本发明实施例的该研究区域的概况图；

附图3为根据本发明实施例的SWMM模型概化示意图；

附图4为根据本发明实施例的溢流场次划分及溢流量统计结果示意图；

附图5为根据本发明实施例的各溢流场次对应的溢流量排列示意图。

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详细描述，但不作为对本发明的限定。

合流制溢流(CSOs)调蓄池规模的确定方法基于长时间序列高分辨率数值模拟结果，适用于城市排水系统CSOs调蓄池规模的确定。这个城市一般具备以下条件：合流制排水系统，具有长时间降雨资料，管网资料齐全，但缺少长序列溢流监测数据，拟通过建设CSOs调蓄池控制CSOs污染。具体流程图见图1，包括步骤：

步骤一，基于相关软件构建数值模型，利用SWMM开源软件或InfoWorks ICM、MIKE商业软件构建数值模型，所述数值模型的构建所需的数据包括但不限于：管网数据、监测井数据、下垫面数据、地面高程数据和污水排放数据，所述管网数据包括管道尺寸和上下游管底高程，所述监测井数据包括监测井尺寸、井底高程和井深；应该理解的是，本领域技术人员结合本发明的教导以及现有技术可以容易地实现这样的建模；

步骤二，输入长时间高分辨率降雨数据，以获取长时间高分辨率模拟结果，长时间为5年及以上，所述高分辨率为按照5分钟间隔作为模型输出步长，包括：

(2-1)将多年逐分钟间隔的降雨数据输入模型；

(2-2)开始模拟工作，获取长时间高分辨率模拟结果，模型输出步长为5分钟；

步骤三，基于长时间高分辨率模拟结果划分溢流场次，统计每个溢流场次对应的溢流量，将溢流量按大到小进行排序，建立溢流频次与溢流量关系，包括：

(3-2)以年为单位，统计每年每个溢流场次(S_(i，m))及每次溢流量(Q_(i，m))；

(3-3)将每年的统计结果按照溢流量由大到小排列(Q_(1，m)、Q_(2，m)、…Q_(N，m))，建立溢流频次与溢流量关系；

步骤四，基于溢流频次与溢流量关系，结合控制目标确定调蓄池规模，该实施例控制目标为控制一年最多溢流的次数，包括：

(4-2)根据溢流频次与溢流量关系，选择长时间m年内每年第T+1次溢流事件对应的溢流量，即Q_(T+1，1)、Q_(T+1,2)、…Q_(T+1,m)，取其平均值即为调蓄池规模。

以某国家海绵城市试点区某排水分区合流制溢流污染治理工程中CSOs调蓄池设计为实施例进一步阐述本发明，其中附图2表示该研究区域的概况，包括道路、绿地、建筑、铁路、荒地，并分别表示出合流管线和污水管线。设计CSOs调蓄池包括：

一、基于SWMM搭建研究区排水数值模型，形成如图3的实施例的SWMM模型概化示意图

(1)根据项目区市政管线及建筑小区排口分布，划分排水分区，确定排水路径。

(2)利用ArcGIS软件，分别提取各排水分区面积、宽度等特征参数，基于项目区土地利用数据，计算出各排水分区不透水面积比(其中道路、建筑为不透水区域，绿地和裸地为透水区域)；基于项目区DEM数据，计算各排水分区的坡度。

(3)根据项目区管网数据及截污工程资料，搭建雨水管线、合流制管线、污水管线，设置溢流堰、截污管线等信息。

(4)设置蒸发、下渗等其他模型必须输入的参数。

二、数据输入及模型模拟：

输入5年(m1、m2,、…m5)、5分钟间隔的实测降雨数据进行模拟，模型模拟时长为5年，模型输出步长为5分钟，模型输出参数包括流量、水位等信息。

三、划分溢流场次、统计溢流量并建立二者关系：

溢流堰后节点的流量即为溢流量，以2小时内累计溢流量低于0.1立方米作为场次划分标准，并统计每次溢流量，得到图4。将各溢流场次对应的溢流量按照从大到小的顺序排列，得到图5。

四、确定CSOs调蓄池规模

以年最多溢流次数5次作为溢流污染控制目标，则在图5中选择横坐标值(溢流频次N)为6(也即5+1)对应的纵坐标值(Q溢流量)即为调蓄池规模(图5中较粗的线柱)，分别为5514m³、5154m³、5082m³、10362m³、10602m³，求平均值为7343m³，即对应CSOs调蓄池容量：7343m³。

本发明的方法形式上借助数值模拟手段，本质上是通过统计学方法挖掘溢流规律，得出的结果更为科学，更为合理。

以上所述，仅是本发明较佳的实施方式，并非对本发明的技术方案做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例做任何简单修改，形式变化和修饰，均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，所述方法基于长时间高分辨率数值模拟结果，其特征在于包括步骤：

步骤一，基于相关软件构建数值模型；

2.根据权利要求1所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤一利用SWMM开源软件或InfoWorks ICM、MIKE商业软件、或其它自主研发的城市排水模型软件来构建数值模型，所述数值模型的构建所需的数据包括但不限于：管网数据、监测井数据、下垫面数据、地面高程数据和污水排放数据，所述管网数据包括管道尺寸和上下游管底高程，所述监测井数据包括监测井尺寸、井底高程和井深。

3.根据权利要求1所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤二的所述长时间为5年及以上，所述高分辨率为按照5分钟间隔作为模型输出步长。

4.根据权利要求3所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤二包括：

(2-1)将多年逐分钟间隔的降雨数据输入模型；

5.根据权利要求1所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤三包括：

(3-2)以年为单位，统计每个溢流场次(S_(i，m))及每次溢流量(Q_(i，m))；其中i代表溢流场次的编号，m代表年的编号，S(i，m)表示第m年第i个溢流场次；Q_(i，m)表示第m年第i次溢流的溢流量；

(3-3)将每年的统计结果按照溢流量由大到小排列，即Q_(1，m)、Q_(2，m)、…Q_(N，m)，建立溢流频次与溢流量关系。

6.根据权利要求1所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤四的所述控制目标为控制一年最多溢流的次数T，其中T为自然数。

7.根据权利要求6所述的一种合流制溢流调蓄池规模的确定方法，其特征在于：所述步骤四包括：

(4-1)结合实际情况和管理需求，确定控制目标，即一年最多允许溢流的次数T；

(4-2)根据溢流频次与溢流量关系，选择长时间m年内每年第T+1次溢流事件对应的溢流量，即Q_(T+1，1)、Q_(T+1,2)、…Q_(T+1,m)，取平均值即为调蓄池规模。