CN109977601B - 分流制区域控制降雨径流和混接污染的截流厚度确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，首先，收集排水管网和下垫面数据，现场监测不同降雨强度下排口的出水量和出水水质；然后，建立排水管网模型，并对模型进行率定和验证，确定COD、NH3‑N和TP三种水质指标的排放要求，利用数学函数预测排口COD、NH3‑N和TP三种污染物随时间推移的变化过程，确定污染物排放达标时刻，利用排水管网模型模拟排口出流过程，计算截流量；最后计算不同降雨强度下满足三种污染物排放要求的截流厚度，并计算不同降雨强度下满足三种污染物排放要求的截流厚度的平均值。本发明能够针对特地地区特定条件下，确定与水环境治理目标匹配、经济上合理的截流厚度。

Description

分流制区域控制降雨径流和混接污染的截流厚度确定方法
技术领域
本发明涉及黑臭水体治理、水环境提升技术领域，特别是一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法。
背景技术
分流制排水系统是我国主推的排水系统建设方式，降雨径流带来的面源污染、雨污混接产生污水排河是造成分流制区域水环境污染和水体黑臭的主要原因。沿河两岸建设截污系统(含初期雨水调蓄池)是解决分流制区域水环境污染的主要措施。截流厚度是规划设计截流系统的重要参数，在数值上等于截流量与对应集水区的总面积比值，单位为mm。
截流厚度受地区降雨特征、地表污染状况、服务范围和人口、雨污混接情况、受纳水体水质要求、受纳水体水环境容量等因素影响，不同地区存在显著的差异性。截流厚度取值过大，将加重污水处理厂的运行负荷，截流系统工程建设的投资会相应增大，造成不必要浪费；截流厚度取值偏小，达不到水环境治理目标。
目前，规划设计截污系统时，截流厚度一般参照《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)，取值4-8mm，截流厚度取值较主观，且无法准确定量说明与水环境治理目标的关系。因此，如何根据分流制区域的实际特征(降雨条件、服务人口、受纳水体水环境要求和水环境容量等)，科学准确的确定截流厚度，对于黑臭水体治理和水环境提升具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，能够针对特地地区特定条件下，确定与水环境治理目标匹配、经济上合理的截流厚度。
本发明采用以下方案实现：一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取分流制区域的排水管网和下垫面数据以及分流制区域面积，并分别获取小雨、中雨、大雨和暴雨强度下分流制区域排口的出水量和出水水质监测数据；
步骤S2：建立分流制区域排水管网模型，分别利用小雨、中雨、大雨和暴雨强度下的出水量确定和验证模型；
步骤S3：根据分流制区域内受纳水体水质要求，确定COD、NH3-N和TP三种污染物形成的三种水质指标的排放要求；
步骤S4：获取降雨排口水质监测数据，所述降雨排口水质监测数据包括每场降雨每种污染物的浓度以及每场降雨每种污染物的浓度对应的时间；利用所述降雨排口水质监测数据，采用最小二乘法拟合求解数学函数；改变上述数学函数中的每场降雨每种污染物的浓度对应的时间，分别得到降雨排口COD、NH3-N和TP三种污染物的排放浓度，当所述三种污染物的排放浓度达到各自设定的排放要求时，分别得到三种污染物排放达标时刻，记为化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和总磷排放达标时刻T(TP)i,i表示第i场降雨；
步骤S5：利用所述分流制区域排水管网模型，模拟分流制区域排口的流量过程，得到每个时刻的出流量，分别将所述化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、所述氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和所述总磷排放达标时刻T(TP)i三个时刻之前的出流量累加，得到三种污染物排放的截流量，分别为化学需氧量排放截流量Q(COD)i、氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和总磷排放截流量Q(TP)i，单位均为m3。
步骤S6：将所述化学需氧量排放截流量Q(COD)i、所述氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和所述总磷排放截流量Q(TP)i分别除以所述分流制区域面积，得到三种污染物排放截流厚度，分别为化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和总磷排放截流厚度H(TP)i，单位均为mm。
步骤S7：分别计算所述化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、所述氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和所述总磷排放截流厚度H(TP)i的平均值，得到化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)。
进一步地，步骤S7所述计算化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)的具体计算公式如下：
Figure GDA0003619106850000031
Figure GDA0003619106850000032
Figure GDA0003619106850000033
式中：m为降雨场数。
进一步地，步骤S1中所述的排水管网包括但不限于雨水井、雨水排口、雨水管段。
进一步地，步骤S2中所述的建立分流制区域排水管网模型具体为：提供所述排水管网的拓扑结构，将所述雨水管段连接至所述雨水排口，并划分集水区；设置各个集水区的产流表面类型，选择非线性水库模型进行地表汇流演算，得到分流制区域排水管网模型。
进一步地，所述设置各个集水区的产流表面类型具体为：将所述各个集水区的产流表面类型分为两种，分别为非渗透表面和渗透表面两种类型。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明能够针对特地地区特定条件下，确定与水环境治理目标匹配、经济上合理的截流厚度。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取分流制区域的排水管网和下垫面数据以及分流制区域面积，并分别获取(通过现场监测的方式获取)小雨、中雨、大雨和暴雨强度下分流制区域排口的出水量和出水水质监测数据；
步骤S2：建立分流制区域排水管网模型，分别利用小雨、中雨、大雨和暴雨强度下的出水量确定和验证模型；
步骤S3：根据分流制区域内受纳水体水质要求，通过查阅《地表水环境质量标准》中对应的地表水环境质量标准基本项目标准限值，确定COD、NH3-N和TP三种污染物形成的三种水质指标的排放要求；
步骤S4：获取降雨排口水质监测数据，所述降雨排口水质监测数据包括每场降雨每种污染物的浓度以及每场降雨每种污染物的浓度对应的时间；利用所述降雨排口水质监测数据，采用最小二乘法拟合求解数学函数；(以COD为例，利用COD浓度y1、y2…yi,以及对应的时刻t1、t2…ti,通过最小二乘法求解出数学函数中的参数，得到用于预测的数学函数，利用上述数学函数，通过改变时间t，得到降雨排口COD、NH3-N和TP三种污染物的排放浓度)改变上述数学函数中的每场降雨每种污染物的浓度对应的时间，分别得到降雨排口COD、NH3-N和TP三种污染物的排放浓度，当所述三种污染物的排放浓度达到各自设定的排放要求时，分别得到三种污染物排放达标时刻，记为化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和总磷排放达标时刻T(TP)i,i表示第i场降雨；
步骤S5：利用所述分流制区域排水管网模型，模拟分流制区域排口的流量过程，得到每个时刻的出流量，分别将所述化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、所述氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和所述总磷排放达标时刻T(TP)i三个时刻之前的出流量累加，得到三种污染物排放的截流量，分别为化学需氧量排放截流量Q(COD)i、氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和总磷排放截流量Q(TP)i，单位均为m3。
步骤S6：将所述化学需氧量排放截流量Q(COD)i、所述氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和所述总磷排放截流量Q(TP)i分别除以所述分流制区域面积，得到三种污染物排放截流厚度，分别为化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和总磷排放截流厚度H(TP)i，单位均为mm。
步骤S7：分别计算所述化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、所述氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和所述总磷排放截流厚度H(TP)i的平均值，得到化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)。
在本实施例中，步骤S7所述计算化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)的具体计算公式如下：
Figure GDA0003619106850000061
Figure GDA0003619106850000062
Figure GDA0003619106850000063
式中：m为降雨场数。
在本实施例中，步骤S1中所述的排水管网包括但不限于雨水井、雨水排口、雨水管段。
在本实施例中，步骤S2中所述的建立分流制区域排水管网模型具体为：提供所述排水管网的拓扑结构，确保雨水管线上下游关系正确，将所述雨水管段连接至所述雨水排口，并划分集水区；设置各个集水区的产流表面类型，选择非线性水库模型进行地表汇流演算，得到分流制区域排水管网模型。
在本实施例中，所述设置各个集水区的产流表面类型具体为：将所述各个集水区的产流表面类型分为两种，分别为非渗透表面和渗透表面两种类型。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：获取分流制区域的排水管网和下垫面数据以及分流制区域面积，并分别获取小雨、中雨、大雨和暴雨强度下分流制区域排口的出水量和出水水质监测数据；
步骤S2：建立分流制区域排水管网模型，分别利用小雨、中雨、大雨和暴雨强度下的出水量确定和验证模型；
步骤S3：根据分流制区域内受纳水体水质要求，确定COD、NH3-N和TP三种污染物三种水质指标的排放要求；
步骤S4：获取降雨排口水质监测数据，所述降雨排口水质监测数据包括每场降雨每种污染物的浓度以及每场降雨每种污染物的浓度对应的时间；利用所述降雨排口水质监测数据，采用最小二乘法拟合求解数学函数；改变上述数学函数中的每场降雨每种污染物的浓度对应的时间，分别得到降雨排口COD、NH3-N和TP三种污染物的排放浓度，当所述三种污染物的排放浓度达到各自设定的排放要求时，分别得到三种污染物排放达标时刻，记为化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和总磷排放达标时刻T(TP)i,i表示第i场降雨；
步骤S5：利用所述分流制区域排水管网模型，模拟分流制区域排口的流量过程，得到每个时刻的出流量，分别将所述化学需氧量排放达标时刻T(COD)i、所述氨氮排放达标时刻T(NH3-N)i和所述总磷排放达标时刻T(TP)i三个时刻之前的出流量累加，得到三种污染物排放的截流量，分别为化学需氧量排放截流量Q(COD)i、氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和总磷排放截流量Q(TP)i，单位均为m3；
步骤S6：将所述化学需氧量排放截流量Q(COD)i、所述氨氮排放截流量Q(NH3-N)i和所述总磷排放截流量Q(TP)i分别除以所述分流制区域面积，得到三种污染物排放截流厚度，分别为化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和总磷排放截流厚度H(TP)i，单位均为mm；
步骤S7：分别计算所述化学需氧量排放截流厚度H(COD)i、所述氨氮排放截流厚度H(NH3-N)i和所述总磷排放截流厚度H(TP)i的平均值，得到化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)。
2.根据权利要求1所述的一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，其特征在于：步骤S7计算化学需氧量排放截流厚度平均值H(COD)、氨氮排放截流厚度平均值H(NH3-N)和总磷排放截流厚度平均值H(TP)的具体计算公式如下：
Figure FDA0003619106840000021
Figure FDA0003619106840000022
Figure FDA0003619106840000023
式中：m为降雨场数。
3.根据权利要求1所述的一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，其特征在于：步骤S1中所述的排水管网包括雨水井、雨水排口、雨水管段。
4.根据权利要求3所述的一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，其特征在于：步骤S2中所述的建立分流制区域排水管网模型具体为：提供所述排水管网的拓扑结构，将所述雨水管段连接至所述雨水排口，并划分集水区；设置各个集水区的产流表面类型，选择非线性水库模型进行地表汇流演算，得到分流制区域排水管网模型。
5.根据权利要求4所述的一种分流制区域控制降雨径流污染和混接污染的截流厚度确定方法，其特征在于：所述设置各个集水区的产流表面类型具体为：将所述各个集水区的产流表面类型分为两种，分别为非渗透表面和渗透表面两种类型。
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