CN110607836A - 一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，将平原城市调蓄池对应汇水区污染物累积过程中污染物累积速率最大值对应的时间作为调蓄池的雨水径流截留时间点，并结合调蓄池对应汇水区产生的径流量累积量过程，设计调蓄池容积。采用本发明设计初期雨水调蓄池，有助于提供初期雨水调蓄池设计方法的合理性，能够科学的利用污染物累积特性设计调蓄池容积，截污率较高，也提高了一定的经济性，避免不必要的人力、物力和财力的浪费。

Description

一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法
技术领域
本发明涉及初期雨水调蓄池设计领域，具体涉及一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法。
背景技术
城市雨水径流所产生的非点源污染是城市水质恶化的主要原因。设置初期雨水调蓄池是解决雨水径流污染最经济有效的手段之一。将初期雨水收集到调蓄池中，雨季过后，排入污水处理厂进行处理，处理达标后再就近排入河中。
在城区，通常根据土地利用格局、排水管网布置情况、污水处理厂的位置等条件，设置多个初期雨水调蓄池。初期雨水调蓄池大小不仅与运营建设成本有关，也直接影响城市水体的水环境质量，因此，合理确定初期雨水调蓄池的大小是城区非点源污染控制的重要研究工作之一。
初期雨水调蓄池的截污能力与初雨径流下污染物累积特性密切相关，影响污染物累积特性主要因素有城市地形、土地利用性质、地貌、雨量、雨强、降雨前的干旱天数、交通量、尤其是不透水面积等，各调蓄池对应汇水区的地面情况均不一样。而目前，对于初期雨水调蓄池的设计，一般是根据《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)中初期截流降雨量4～8mm和地表径流面积确定得到的，没有考虑具有各异性的环境变量的影响，尤其没有考虑汇水区的下垫面条件以及各调蓄池截污率差异较大的特征。
对于平原城市而言，地势平缓，污染物前期累积速度较低，中期累积速度较大，若生搬GB 50014-2006文件标准进行设计截留初期雨水，则截污率较低，实际效果不佳。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法解决了现有初期雨水调蓄池的设计方案不适用于平原城市，出现的截污率较低，实际效果不佳的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，包括以下步骤：
S1、根据所处平原城市初期雨水的蓄水和排水需求，结合城市排水管网，确定调蓄池汇水区的排水口数量N以及每个排水口i所处的位置，其中N为大于1的整数，i为排水口编号，其值为区间[1,N]内的整数；
S2、建立SWMM城市非点源污染数学模型模拟计算，根据SWMM结果文件获取每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，其中t为模拟时间；
S3、根据调蓄池对应汇水区包含的每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，采用调蓄池污染物累积模型方程计算得到调蓄池对应汇水区污染物累计总量W(t)；
S4、根据调蓄池污染物累计总量W(t)，对其进行一阶求导，得出调蓄池污染物累计速率，计算累积速率最大值对应的时间点，即为截污时间点tc；
S5、根据截污时间点tc、每个排水口i的径流过程ri(t)和排水口数量N，采用调蓄池容积模型方程计算得到调蓄池容积V，完成调蓄池的设计规划。
进一步地：步骤S3中调蓄池污染物累积模型方程为：
进一步地：步骤S4包括以下步骤：
S41、计算调蓄池污染物累计总量W(t)对时间t的导数
S42、遍历的数值，找出的最大值点对应的时间点将时间点作为截污时间点tc。
进一步地：步骤S5中调蓄池容积模型方程为：
本发明的有益效果为：将调蓄池对应汇水区污染物累积过程中污染物累积速率最大值对应的时间作为调蓄池的雨水径流截留时间点，并结合调蓄池对应汇水区产生的径流量累积量过程，设计调蓄池容积。采用本发明设计初期雨水调蓄池，有助于提供初期雨水调蓄池设计方法的合理性，能够科学的利用污染物累积特性设计调蓄池容积，截污率较高，也提高了一定的经济性，避免不必要的人力、物力和财力的浪费。
附图说明
图1为一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，包括以下步骤：
S1、根据所处平原城市初期雨水的蓄水和排水需求，结合城市排水管网，确定调蓄池汇水区的排水口数量N以及每个排水口i所处的位置，其中N为大于1的整数，i为排水口编号，其值为区间[1,N]内的整数；
S2、建立SWMM城市非点源污染数学模型模拟计算，根据SWMM结果文件获取每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，其中t为模拟时间；
S3、根据调蓄池对应汇水区包含的每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，采用调蓄池污染物累积模型方程计算得到调蓄池对应汇水区污染物累计总量W(t)；
S4、根据调蓄池污染物累计总量W(t)，对其进行一阶求导，得出调蓄池污染物累计速率，计算累积速率最大值对应的时间点，即为截污时间点tc；
S5、根据截污时间点tc、每个排水口i的径流过程ri(t)和排水口数量N，采用调蓄池容积模型方程计算得到调蓄池容积V，完成调蓄池的设计规划。
步骤S3中调蓄池污染物累积模型方程为：
步骤S4包括以下步骤：
S41、计算调蓄池污染物累计总量W(t)对时间t的导数
S42、遍历的数值，找出的最大值点对应的时间点将时间点作为截污时间点tc。
步骤S5中调蓄池容积模型方程为：
本发明将调蓄池对应汇水区污染物累积过程中污染物累积速率最大值对应的时间作为调蓄池的雨水径流截留时间点，并结合调蓄池对应汇水区产生的径流量累积量过程，设计调蓄池容积。采用本发明设计初期雨水调蓄池，有助于提供初期雨水调蓄池设计方法的合理性，能够科学的利用污染物累积特性设计调蓄池容积，截污率较高，也提高了一定的经济性，避免不必要的人力、物力和财力的浪费。
表1所示为用《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)文件提供的方法以及用本发明方法在安徽省涡阳县城区设计的调蓄池截污性能对比表，从表中截污率数据可以看出，使用本发明相比于GB 50014-2006法，全域截污率提高到了31.77％。
表1两种方法下各调蓄池截污率和容积对比表

Claims (4)

1.一种基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据所处平原城市初期雨水的蓄水和排水需求，结合城市排水管网，确定调蓄池汇水区的排水口数量N以及每个排水口i所处的位置，其中N为大于1的整数，i为排水口编号，其值为区间[1，N]内的整数；
S2、建立SWMM城市非点源污染数学模型模拟计算，根据SWMM结果文件获取每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，其中t为模拟时间；
S3、根据调蓄池对应汇水区包含的每个排水口i的径流过程ri(t)和污染物浓度过程ai(t)，采用调蓄池污染物累积模型方程计算得到调蓄池对应汇水区污染物累计总量W(t)；
S4、根据调蓄池污染物累计总量W(t)，对其进行一阶求导，得出调蓄池污染物累计速率，计算累积速率最大值对应的时间点，即为截污时间点tc；
S5、根据截污时间点tc、每个排水口i的径流过程ri(t)和排水口数量N，采用调蓄池容积模型方程计算得到调蓄池容积V，完成调蓄池的设计规划。
2.根据权利要求1所述的基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，其特征在于，所述步骤S3中调蓄池污染物累积模型方程为：
3.根据权利要求1所述的基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S41、计算调蓄池污染物累计总量W(t)对时间t的导数
S42、遍历的数值，找出的最大值点对应的时间点将时间点作为截污时间点tc。
4.根据权利要求1所述的基于污染物特性的平原城市初期雨水调蓄池设计方法，其特征在于，所述步骤S5中调蓄池容积模型方程为：
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