CN111501952B - 一种管道空间调蓄装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型管道空间调蓄装置及其使用方法，包括管道、若干个调蓄闸门和自动控制系统；管道倾斜预设坡度布设在地面下方；调蓄闸门按照预设间隔设置于管道内，并将管道空间分成若干个蓄水区；自动控制系统包括控制器、数学模型计算机管理系统、液位传感器、监控视频；数学模型计算机管理系统、液位传感器和监控视频均与控制器相连接；控制器根据液位传感器和监控视频检测的反馈结果与数学模型计算机管理系统的数学模型预案库进行比对，控制调蓄闸门的开启与关闭。其具有结构设计合理、运行可靠稳定，有效解决大量的基础设施建设费用、难以在已建成区再次开发、消耗大量人力物力，且无法保证调蓄精准度的难点。

Description

一种管道空间调蓄装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及地下管道管网运营技术领域，尤其涉及一种管道空间调蓄装置及其使用方法。

背景技术

城市排水管网系统具有收集输送污水和排除雨水的双重功能，是重要的城市基础设施。在排水管网设施中，调蓄设施是一种在水处理领域广泛应用的能够调蓄污水和雨水的装置。目前，对排水管网进行空间调蓄主要为前端设置海绵措施、末端建立调蓄池。其能够有效规避水量洪峰，避免出现洪涝灾害。特别是针对于中心城区，存在合流制溢流污染、初期雨水污染等问题。在调蓄时，可能因过水断面的减少，影响行洪，造成上游洪涝；在调蓄时，需要在管道上设置调蓄池，然而，调蓄池的调蓄能力都比较有限，并且需要有足够的场地建造调蓄池，实施和应用起来较为困难，难以大规模的推广和应用。

本发明正是基于上述研究背景而提出，旨在提供一种管道空间调蓄装置及其使用方法以克服上述缺陷。这种方法不但摒弃大量的基础设施建设费用，难以在已建成区再次开发，消耗大量人力物力，且无法保证调蓄精准度的难点。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中调蓄池中存在的上述不足，提供一种管道空间调蓄装置及其使用方法，其具有结构设计合理、运行可靠稳定，有效解决大量的基础设施建设费用、难以在已建成区再次开发、消耗大量人力物力，且无法保证调蓄精准度的难点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种管道空间调蓄装置，该装置包括管道、若干个调蓄闸门和自动控制系统；所述管道倾斜预设坡度布设在地面下方，且上游高程高于下游高程；所述调蓄闸门按照预设间隔设置于管道内，并将管道空间分成若干个蓄水区；所述自动控制系统包括控制器、数学模型计算机管理系统、液位传感器、监控视频；所述数学模型计算机管理系统、液位传感器和监控视频均与控制器相连接；所述数学模型计算机管理系统包括预存于存储器内的雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型；所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型均为根据防汛风险控制、运行风险控制和结构风险控制为导向采用分布式水文水动力模型计算的调蓄最佳方案建立的管网模型；所述液位传感器和监控视频均设置于每个蓄水区的预设位置处；所述控制器与调蓄闸门控制连接，用于根据液位传感器和监控视频检测的反馈结果与数学模型计算机管理系统的数学模型预案库进行比对，控制调蓄闸门的开启与关闭。

作为上述方案的进一步优化，所述管道为雨水管道、污水管道、合流管道、箱涵或深邃；

所述雨水管网数学模型为：根据雨水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建雨水管网模型；

所述污水管网数学模型为：根据污水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建污水管网模型；

所述合流管网数学模型为：根据合流管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建合流管网模型。

作为上述方案的进一步优化，所述调蓄闸门为自下开式堰门、下开式闸门或旋转堰门。

作为上述方案的进一步优化，两个相邻调蓄装置之间的预设间隔为200-2000米。

作为上述方案的进一步优化，所述控制器为与数学模型计算机管理系统相适配的控制器，包括DHI系列DIMS、PID比例积分微分控制器；所述液位传感器为浮筒式液位传感器或浮球式液位传感器；所述监控视频为防水红外摄像头。

作为上述方案的进一步优化，调蓄闸门包括闸门本体、自动泄压阀和手动泄压阀；所述自动泄压阀为弹簧式或杠杆式泄压阀。

作为上述方案的进一步优化，所述调蓄最佳方案包括：

预估气象降雨信息，该气象降雨信息包括一段时间内降雨毫米数；

预估气象降雨信息下，所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型模拟出的调蓄闸门水位高度；

以此持续同等气象降雨信息下，调节调蓄闸门水位上涨速度、安全蓄水高度；

当调蓄闸门的蓄水高度达到警戒水位高度，则启动蓄水紧急速开方案。

本发明上述管道空间调蓄装置的使用方法包括如下步骤：

1)每次调蓄前排空方沟内剩余水量，以保证调蓄空间充足；

数学模型计算机管理系统针对管道所属流域的防汛风险、管道运行风险和管道结构风险角度进行数学模型模拟，制定基于数学模型的最佳管道空间调蓄预案；

2)基于数学模型的管道空间调蓄预案，设置调蓄闸门关闭的高度值，确保每台调蓄闸门都有一定的溢流高度，并考虑到调蓄闸门相互之间的溢流关系，所述溢流高度根据管道数学模型模拟计算结果来设定；

3)基于数学模型的管道空间调蓄预案，在相对应气象预警信息下，设置相应调蓄闸门，根据液位传感器实时监测的液位高度，以及监控视频实时监测结果，通过控制自动泄压阀确保每个调蓄闸门能达到相应的蓄水高度；

4)当降雨量持续增大，管道内蓄水达到警戒水位，通过自动泄压阀和手动泄压阀打开所有调蓄闸门，保证管道的正常行洪。

5)建立闸门定期维护保养制度，非汛期30天为保养周期，汛期为每天都进行保养；

6)降雨来临前对闸门进行开启关闭测试，如发现问题及时抢修及上报；闸门泄压阀的泄压方式采取便捷泄压，以防突发状况；当监控视频所运行的视频回放平台系统无法回放监控视频时，对视频回放平台系统进行问题排查及维修；确保视频回放系统各通道正常稳定，并及时保存视频，以备查验；在出现紧急状况时，确保闸门的自动泄压阀和手动泄压阀能够正常运行，能够快速将闸门放倒；

7)当采用多个调蓄闸门时，同一时刻从最上游的调蓄闸门到最下游调蓄闸门的溢流高度逐渐降低；所述溢流高度可根据最上游、最下游调蓄闸门的水位和降雨量，依托数学模型计算来判定；所述溢流高度根据管道的过流量和最上游调蓄闸门上游的水位来设置。

采用本发明的管道空间调蓄装置及其使用方法具有如下有益效果：

该管道空间调蓄装置可以利用自身的空间来进行调蓄，从而实现下游水量的错峰排放，避免城市出现合流制溢流污染、初期雨水污染。同时，还能在调蓄水体的同时能够确保在特殊条件下，能够预留足够的调蓄装置关闭时间，确保安全行洪。

附图说明

附图1为本发明的管道空间调蓄装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的管道空间调蓄装置及其使用方法作以详细说明。

一种管道空间调蓄装置，该装置包括管道3、若干个调蓄闸门10、11、12和自动控制系统；所述管道倾斜预设坡度布设在地面G下方，且上游高程高于下游高程；所述调蓄闸门按照预设间隔设置于管道内，并将管道空间分成若干个蓄水区；所述自动控制系统包括控制器2、数学模型计算机管理系统1、液位传感器7，8，9、监控视频4，5，6；所述数学模型计算机管理系统、液位传感器和监控视频均与控制器相连接；所述数学模型计算机管理系统包括预存于存储器内的雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型；所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型均为根据防汛风险控制、运行风险控制和结构风险控制为导向，采用分布式水文水动力模型计算的调蓄最佳方案建立的管网模型；所述液位传感器和监控视频均设置于每个蓄水区的预设位置处；所述控制器与调蓄闸门控制连接，用于根据液位传感器和监控视频检测的反馈结果与数学模型计算机管理系统的数学模型预案库进行比对，控制调蓄闸门的开启与关闭。

所述管道为雨水管道、污水管道、合流管道、箱涵或深邃；

所述雨水管网数学模型为：根据雨水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建雨水管网模型；

所述污水管网数学模型为：根据污水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建污水管网模型；

所述合流管网数学模型为：根据合流管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建合流管网模型。

所述调蓄闸门为自下开式堰门、下开式闸门或旋转堰门。

两个相邻调蓄装置之间的预设间隔为200-2000米。

所述控制器为与数学模型计算机管理系统相适配的控制器，包括DHI系列DIMS、PID比例积分微分控制器；所述液位传感器为浮筒式液位传感器或浮球式液位传感器；所述监控视频为防水红外摄像头。

调蓄闸门包括闸门本体、自动泄压阀和手动泄压阀；所述自动泄压阀为弹簧式或杠杆式泄压阀。

所述调蓄最佳方案包括：预估气象降雨信息，该气象降雨信息包括一段时间内降雨毫米数；预估气象降雨信息下，所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型模拟出的调蓄闸门水位高度；以此持续同等气象降雨信息下，调节调蓄闸门水位上涨速度、安全蓄水高度；当调蓄闸门的蓄水高度达到警戒水位高度，则启动蓄水紧急速开方案。

本发明上述管道空间调蓄装置的使用方法包括如下步骤：

1)每次调蓄前排空方沟内剩余水量，以保证调蓄空间充足；

数学模型计算机管理系统针对管道所属流域的防汛风险、管道运行风险和管道结构风险角度进行数学模型模拟，制定基于数学模型的最佳管道空间调蓄预案；

2)基于数学模型的管道空间调蓄预案，设置调蓄闸门关闭的高度值，确保每台调蓄闸门都有一定的溢流高度，并考虑到调蓄闸门相互之间的溢流关系，所述溢流高度根据管道数学模型模拟计算结果来设定；

3)基于数学模型的管道空间调蓄预案，在相对应气象预警信息下，设置相应调蓄闸门，根据液位传感器实时监测的液位高度，以及监控视频实时监测结果，通过控制自动泄压阀确保每个调蓄闸门能达到相应的蓄水高度；

4)当降雨量持续增大，管道内蓄水达到警戒水位，通过自动泄压阀和手动泄压阀打开所有调蓄闸门，保证管道的正常行洪。

5)建立闸门定期维护保养制度，非汛期30天为保养周期，汛期为每天都进行保养；

6)降雨来临前对闸门进行开启关闭测试，如发现问题及时抢修及上报；闸门泄压阀的泄压方式采取便捷泄压，以防突发状况；当监控视频所运行的视频回放平台系统无法回放监控视频时，对视频回放平台系统进行问题排查及维修；确保视频回放系统各通道正常稳定，并及时保存视频，以备查验；在出现紧急状况时，确保闸门的自动泄压阀和手动泄压阀能够正常运行，能够快速将闸门放倒；

7)当采用多个调蓄闸门时，同一时刻从最上游的调蓄闸门到最下游调蓄闸门的溢流高度逐渐降低；所述溢流高度可根据最上游、最下游调蓄闸门的水位和降雨量，依托数学模型计算来判定；所述溢流高度根据管道的过流量和最上游调蓄闸门上游的水位来设置。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种管道空间调蓄装置，其特征在于：该装置包括管道(3)、若干个调蓄闸门(10、11、12)和自动控制系统；所述管道倾斜预设坡度布设在地面(G)下方，且上游高程高于下游高程；所述调蓄闸门按照预设间隔设置于管道内，并将管道空间分成若干个蓄水区；所述自动控制系统包括控制器(2)、数学模型计算机管理系统(1)、液位传感器(7，8，9)、监控视频(4，5，6)；所述数学模型计算机管理系统、液位传感器和监控视频均与控制器相连接；所述数学模型计算机管理系统包括预存于存储器内的雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型；所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型均为根据防汛风险控制、运行风险控制和结构风险控制为导向采用分布式水文水动力模型计算的调蓄最佳方案建立的管网模型；所述液位传感器和监控视频均设置于每个蓄水区的预设位置处；所述控制器与调蓄闸门控制连接，用于根据液位传感器和监控视频检测的反馈结果与数学模型计算机管理系统的数学模型预案库进行比对，控制调蓄闸门的开启与关闭；

所述管道为雨水管道、污水管道、合流管道、箱涵或深邃；

所述雨水管网模型为：根据雨水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建雨水管网模型；

所述污水管网模型为：根据污水管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建污水管网模型；

所述合流管网模型为：根据合流管网的位置坐标、高程、管径、管路连接关系，进水口排水口情况，搭建合流管网模型；

所述调蓄闸门为自下开式堰门、下开式闸门或旋转堰门；

两个相邻调蓄装置之间的预设间隔为200-2000米；所述控制器为与数学模型计算机管理系统相适配的控制器，包括DHI系列DIMS、PID比例积分微分控制器；所述液位传感器为浮筒式液位传感器或浮球式液位传感器；所述监控视频为防水红外摄像头；

调蓄闸门包括闸门本体、自动泄压阀和手动泄压阀；所述自动泄压阀为弹簧式或杠杆式泄压阀；

所述调蓄最佳方案包括：

预估气象降雨信息，该气象降雨信息包括一段时间内降雨毫米数；

预估气象降雨信息下，所述雨水管网模型、污水管网模型、合流管网模型模拟出的调蓄闸门水位高度；

以此持续同等气象降雨信息下，调节调蓄闸门水位上涨速度、安全蓄水高度；

当调蓄闸门的蓄水高度达到警戒水位高度，则启动蓄水紧急速开方案。

2.一种根据权利要求1所述的管道空间调蓄装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：

1)每次调蓄前排空方沟内剩余水量，以保证调蓄空间充足；

数学模型计算机管理系统针对管道所属流域的防汛风险、管道运行风险和管道结构风险角度进行数学模型模拟，制定基于数学模型的最佳管道空间调蓄预案；

2)基于数学模型的管道空间调蓄预案，设置调蓄闸门关闭的高度值，确保每台调蓄闸门都有一定的溢流高度，并考虑到调蓄闸门相互之间的溢流关系，所述溢流高度根据管道数学模型模拟计算结果来设定；

3)基于数学模型的管道空间调蓄预案，在相对应气象预警信息下，设置相应调蓄闸门，根据液位传感器实时监测的液位高度，以及监控视频实时监测结果，通过控制自动泄压阀确保每个调蓄闸门能达到相应的蓄水高度；

4)当降雨量持续增大，管道内蓄水达到警戒水位，通过自动泄压阀和手动泄压阀打开所有调蓄闸门，保证管道的正常行洪。

3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，该使用方法还包括如下步骤：

5)建立闸门定期维护保养制度，非汛期30天为保养周期，汛期为每天都进行保养；

6)降雨来临前对闸门进行开启关闭测试，如发现问题及时抢修及上报；闸门泄压阀的泄压方式采取便捷泄压，以防突发状况；当监控视频所运行的视频回放平台系统无法回放监控视频时，对视频回放平台系统进行问题排查及维修；确保视频回放系统各通道正常稳定，并及时保存视频，以备查验；在出现紧急状况时，确保闸门的自动泄压阀和手动泄压阀能够正常运行，能够快速将闸门放倒；

7)当采用多个调蓄闸门时，同一时刻从最上游的调蓄闸门到最下游调蓄闸门的溢流高度逐渐降低；所述溢流高度可根据最上游、最下游调蓄闸门的水位和降雨量，依托数学模型计算来判定；所述溢流高度根据管道的过流量和最上游调蓄闸门上游的水位来设置。

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