CN113379299B - 一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，本发明涉及合流制溢流污染情况的评价方法。本发明要解决现有无法确定措施的参数以及建设后对溢流污染控制效果的问题。方法：一、计算硬化率，获取不同下垫面的相关数据；二、对待评价的排口监测；三、获取各个海绵设施对径流量的源头控制效果；四、汇水面积以及硬化率构建在模型中；五、构建入人口数量；六、构建入海绵城市措施及建设参数；七、构建入雨水管和污水管混接比例、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；八、计算理论年排放流量和年污染负荷量，得出模型模拟雨量理论变化曲线；九、校核；十、类推到其他排口的溢流情况计算。

Description

一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法
技术领域
本发明涉及合流制溢流污染情况的评价方法。
背景技术
随着城镇化进程的加快，城市的雨洪问题以及雨污合流制排水管网中的溢流污染问题变得日益严重，“城市看海”、“黑臭水体”等问题是老百姓强烈反应的水环境问题，也是住建部、环保部等相关部门着重开展的治理工作。城市的黑臭水体，不仅损害了城市居民的生活环境，还严重影响了城市形象，甚至会威胁到人类的健康。黑臭水体的治理已成为城市水环境工作中的重中之重。在我国许多老城区内，排水体制是雨污合流，旱天与雨天时的溢流不仅加剧了城市污水处理厂的工作负荷，也污染了城市的受纳水体，造成巨大的经济损失。合流制溢流污染长期以来严重制约了我国的城市水环境的改善工作，也是黑臭水体治理工作中所面临的一个重点和难点。
为有效治理合流制溢流污染，现已采取了排水体制分流、截留设施、绿色海绵设施等一系列措施，以求有效改善生态环境，实现长制久清。而在城市排水系统基本成熟的老城区，一般采取截留设施、绿色海绵建设等措施进行改善。那么如何确定措施的参数以及建设后对溢流污染的控制效果，也是在合流制溢流污染控制中需要考虑的问题之一。
发明内容
本发明要解决现有无法确定措施的参数以及建设后对溢流污染控制效果的问题，而提供一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法。
一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，它是按照以下步骤进行的：
一、确定待评价的排口，通过对待评价的排口所对应的汇水面积中不同下垫面进行实际调查，计算硬化率，获取不同下垫面的相关数据；
所述的下垫面的相关数据为雨水管和污水管混接比例、人口数量、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
二、通过对待评价的排口监测，得到某降雨场次下实际情况下的降雨曲线、排口流量和污染物排放量，计算该场降雨的降雨总量，测量得出降雨污染物总量；
三、获取各个海绵设施对径流量的源头控制效果，即径流总量控制率及污染物总量控制率；
四、将步骤一中待评价的排口的汇水面积以及硬化率构建在KSOIM水文模型中；
五、将步骤一中待评价的排口所对应的各下垫面人口数量构建入步骤四中的水文模型中；
六、借助KSOIM水文模型，将区域内建设的海绵城市措施及海绵城市措施建设参数构建入步骤五中的水文模型中，同时给定源头污染源及步骤三中得出的源头控制效果，即径流总量控制率和污染物总量控制率；
七、结合实际情况在步骤六中的水文模型中输入待评价的排口所对应的雨水管和污水管混接比例、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
八、在步骤七中的水文模型中输入长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线，通过KSOIM水文模型计算得到待评价的排口理论年排放流量和年污染负荷量，以及得出模型模拟雨量理论变化曲线；
九、通过步骤二中实际情况下的降雨曲线和模型模拟雨量曲线可对模型参数进行校核，校核后模型反映片区的雨量控制过程；
十、利用KSOIM水文模型，将待评价的排口模型计算方法类推到其他排口的溢流情况计算，从而得到整个合流制体系中的污染物溢流量、溢流频次和年溢流天数。
本发明的有益效果是：本发明可对雨污合流制排水口的污染物溢流情况进行评估，对可通过排口的溢流情况反馈绿色海绵设施在源头建设中的建设效果。
本发明用于一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法。
附图说明
图1为未建设绿色海绵设施时合流制排口的溢流情况水文简化模型；
图2为实施例一建设绿色海绵设施后合流制排口的溢流情况水文简化模型；
图3具体实施方式一步骤六中海绵设施调蓄容积模型参数输入界面；
图4具体实施方式一下垫面模型参数输入界面。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图3及4具体说明，本实施方式所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，它是按照以下步骤进行的：
一、确定待评价的排口，通过对待评价的排口所对应的汇水面积中不同下垫面进行实际调查，计算硬化率，获取不同下垫面的相关数据；
所述的下垫面的相关数据为雨水管和污水管混接比例、人口数量、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
二、通过对待评价的排口监测，得到某降雨场次下实际情况下的降雨曲线、排口流量和污染物排放量，计算该场降雨的降雨总量，测量得出降雨污染物总量；
三、获取各个海绵设施对径流量的源头控制效果，即径流总量控制率及污染物总量控制率；
四、将步骤一中待评价的排口的汇水面积以及硬化率构建在KSOIM水文模型中；
五、将步骤一中待评价的排口所对应的各下垫面人口数量构建入步骤四中的水文模型中；
六、借助KSOIM水文模型，将区域内建设的海绵城市措施及海绵城市措施建设参数构建入步骤五中的水文模型中，同时给定源头污染源及步骤三中得出的源头控制效果，即径流总量控制率和污染物总量控制率；
七、结合实际情况在步骤六中的水文模型中输入待评价的排口所对应的雨水管和污水管混接比例、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
八、在步骤七中的水文模型中输入长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线，通过KSOIM水文模型计算得到待评价的排口理论年排放流量和年污染负荷量，以及得出模型模拟雨量理论变化曲线；
九、通过步骤二中实际情况下的降雨曲线和模型模拟雨量曲线可对模型参数进行校核，校核后模型反映片区的雨量控制过程；
十、利用KSOIM水文模型，将待评价的排口模型计算方法类推到其他排口的溢流情况计算，从而得到整个合流制体系中的污染物溢流量、溢流频次和年溢流天数。
本具体实施方式所述的KSOIM水文模型由德国汉诺威ITWH公司开发。
本实施方式提供了一种城市合流制溢流污染情况的模型评价方法。将城市排水体制的合流制管网以及相关的改善措施信息构建入数字模型中，进行溢流频次、溢流量等的计算，从而对城市的合流制溢流污染状况进行有效评价。
本实施方式所用到的工具及资料主要包括但不限于：长历时降雨曲线、年蒸发量、年蒸发曲线、排口对应的上游汇水面积、硬化面积、非硬化面积、雨水管和污水管混接比例、人口数量、旱流流量、满流流量以及建设绿色海绵设施后所对应的调蓄容积和源头监测数据等。
本实施方式构建思路如下：构建针对上游的污水和雨水合流溢流排口，每个排口降雨时上游雨水汇集至排口，降雨和旱天的污水均汇集至该排口，雨水和污水混合至溢流排口后超出满流流量部分以溢流形式排放。通过计算并对比构建海绵设施之前以及之后的溢流量、溢流频次和溢流天数对比可得出海绵建设的作用。
本实施方式通过对不同下垫面进行实际调查，获取不同下垫面的污染量相关数据；结合绿色海绵设施的建设参数及源头监测数据，获取各海绵设施的源头处理效果；通过对末端排口的监测，可以得出该降雨场次下实际情况下的排口流量和污染排放量；借助模型，将海绵城市措施构建入模型中，同时给定源头污染源及海绵城市处理效果，同时结合实际情况给定一定的雨污混接比例，可得出理论年排放流量和年污染负荷量，并可以根据情况选择输出特定降雨下的理论变化曲线；结合实际测量曲线可对模型进行校核，校核后模型可近似反映片区的雨量控制过程；将此模型类推到所有排口，可得出所有排口的年排水总量和污染负荷排放总量。
本实施方式的有益效果是：
本实施方式可对雨污合流制排水口的污染物溢流情况进行评估，对可通过排口的溢流情况反馈绿色海绵设施在源头建设中的建设效果。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的下垫面为硬化面积和非硬化面积。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中通过硬化面积和非硬化面积计算硬化率。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中通过某降雨场次下实际情况下的降雨曲线计算出该场降雨的降雨总量，通过对降雨中污染物的浓度测量得出降雨污染物总量。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中
Figure BDA0003136233390000041
单位为％。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中
Figure BDA0003136233390000042
单位为％。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤六中所述的海绵城市措施为植草沟、生物滞留池和调蓄池。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤六中所述的海绵城市措施建设参数为调蓄容积。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤八中根据该地区气象局资料，获取该地区长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的长历时降雨曲线为10年长历时降雨曲线。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、确定待评价的排口，通过对待评价的排口所对应的汇水面积中不同下垫面进行实际调查，计算硬化率，获取不同下垫面的相关数据；
所述的下垫面的相关数据为雨水管和污水管混接比例、人口数量、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
二、通过对待评价的排口监测，得到某降雨场次下实际情况下的降雨曲线、排口流量和污染物排放量，计算该场降雨的降雨总量，测量得出降雨污染物总量；
三、获取各个海绵设施对径流量的源头控制效果，即径流总量控制率及污染物总量控制率；
四、将步骤一中待评价的排口的汇水面积以及硬化率构建在KSOIM水文模型中；
五、将步骤一中待评价的排口所对应的各下垫面人口数量构建入步骤四中的水文模型中；
六、借助KSOIM水文模型，将区域内建设的海绵城市措施及海绵城市措施建设参数构建入步骤五中的水文模型中，同时给定源头污染源及步骤三中得出的源头控制效果，即径流总量控制率和污染物总量控制率；
七、结合实际情况在步骤六中的水文模型中输入待评价的排口所对应的雨水管和污水管混接比例、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
八、在步骤七中的水文模型中输入长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线，通过KSOIM水文模型计算得到待评价的排口理论年排放流量和年污染负荷量，以及得出模型模拟雨量理论变化曲线；
九、通过步骤二中实际情况下的降雨曲线和模型模拟雨量曲线可对模型参数进行校核，校核后模型反映片区的雨量控制过程；
十、利用KSOIM水文模型，将待评价的排口模型计算方法类推到其他排口的溢流情况计算，从而得到整个合流制体系中的污染物溢流量、溢流频次和年溢流天数；
步骤一中所述的下垫面为硬化面积和非硬化面积；
步骤一中通过硬化面积和非硬化面积计算硬化率；
步骤二中通过某降雨场次下实际情况下的降雨曲线计算出该场降雨的降雨总量，通过对降雨中污染物的浓度测量得出降雨污染物总量；
Figure BDA0003136233390000061
单位为％；
Figure BDA0003136233390000062
单位为％；
步骤六中所述的海绵城市措施为植草沟、生物滞留池和调蓄池；
步骤六中所述的海绵城市措施建设参数为调蓄容积；
步骤八中根据该地区气象局资料，获取该地区长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线；
所述的长历时降雨曲线为10年长历时降雨曲线。
将某片区91号排口所对应的合流信息统计后(表1)，建立入KOSIM模型，图1为未建设绿色海绵设施时合流制排口的溢流情况水文简化模型，图2为实施例一建设绿色海绵设施后合流制排口的溢流情况水文简化模型；并分别计算海绵设施添加前后合流制溢流频次、溢流量和年溢流天数，得出结果如表2，根据计算结果，该排口未建立海绵设施时总溢流频次、总溢流量、总溢流天数分别为138.3次/年，15.81万m3/年和69.7d/年，而海绵设施的建设使得他们分别减少到26.2次/年，10.1万m3/年和29.2d/年，分别降低了81.06％，36.11％和58.11％。因此，本实施例方法可确定措施的参数以及建设后对溢流污染控制效果。
表1某片区91排口合流信息统计
Figure BDA0003136233390000063
Figure BDA0003136233390000071
表2某片区91排口合流溢流信息KSOIM模拟结果
Figure BDA0003136233390000072

Claims (9)

1.一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、确定待评价的排口，通过对待评价的排口所对应的汇水面积中不同下垫面进行实际调查，计算硬化率，获取不同下垫面的相关数据；
所述的下垫面的相关数据为雨水管和污水管混接比例、人口数量、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
二、通过对待评价的排口监测，得到某降雨场次下实际情况下的降雨曲线、排口流量和污染物排放量，计算该场降雨的降雨总量，测量得出降雨污染物总量；
三、获取各个海绵设施对径流量的源头控制效果，即径流总量控制率及污染物总量控制率；
四、将步骤一中待评价的排口的汇水面积以及硬化率构建在KOSIM水文模型中；
五、将步骤一中待评价的排口所对应的各下垫面人口数量构建入步骤四中的水文模型中；
六、借助KOSIM水文模型，将区域内建设的海绵城市措施及海绵城市措施建设参数构建入步骤五中的水文模型中，同时给定源头污染源及步骤三中得出的源头控制效果，即径流总量控制率和污染物总量控制率；
七、结合实际情况在步骤六中的水文模型中输入待评价的排口所对应的雨水管和污水管混接比例、旱流流量、排口所设堰的堰宽及满流流量；
八、在步骤七中的水文模型中输入长历时降雨曲线、年蒸发量和年蒸发曲线，通过KOSIM水文模型计算得到待评价的排口理论年排放流量和年污染负荷量，以及得出模型模拟雨量理论变化曲线；
九、通过步骤二中实际情况下的降雨曲线和模型模拟雨量曲线可对模型参数进行校核，校核后模型反映片区的雨量控制过程；
十、利用KOSIM水文模型，将待评价的排口模型计算方法类推到其他排口的溢流情况计算，从而得到整个合流制体系中的污染物溢流量、溢流频次和年溢流天数。
2.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤一中所述的下垫面为硬化面积和非硬化面积。
3.根据权利要求2所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤一中通过硬化面积和非硬化面积计算硬化率。
4.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤二中通过某降雨场次下实际情况下的降雨曲线计算出该场降雨的降雨总量，通过对降雨中污染物的浓度测量得出降雨污染物总量。
5.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤三中所述的
Figure FDA0003728391140000021
单位为％。
6.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤三中所述的
Figure FDA0003728391140000022
单位为％。
7.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤六中所述的海绵城市措施为植草沟、生物滞留池和调蓄池。
8.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于步骤六中所述的海绵城市措施建设参数为调蓄容积。
9.根据权利要求1所述的一种基于模型的合流制溢流污染情况的评价方法，其特征在于所述的长历时降雨曲线为10年长历时降雨曲线。
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合流制溢流污染控制实践：以岳阳蛇皮套泵站为例;朱利民 等;《中国给水排水》;20200131;第36卷(第1期);第99-104页 *
基于KOSIM模型的调蓄容积对绿色屋顶效能影响研究;刘国宏 等;《给水排水》;20200930;第46卷(第S期);第17-21页 *

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