CN113502893A - 一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法及系统。其方法包括根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。本发明基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数精确计算出调蓄设施的有效容积，有效避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，有效解决了雨水管网设计排水能力不足的问题，既能存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。

Description

一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法及系统

技术领域

本发明涉及雨水调蓄技术领域，尤其涉及一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法及系统。

背景技术

当一定范围内的强降雨或连续性降雨超过其雨水设施消纳能力时，地面将产生积水、发生内涝。随着城市化进程的推进，下垫面硬化严重，导致降雨下渗受阻、地表径流产量增加；江河湖泊萎缩、淤积严重，导致天然湿地的调蓄及行泄功能难以充分发挥。再加之城市雨水排放管道设计标准偏低、排水能力不足，在面对强降雨或连续性降雨天气时城市内涝现象频发，对居民的生活生产乃至生命财产安全都造成了极大的威胁，如：北京2012年7月21日特大暴雨导致79人遇难，武汉2016年7月6日强降雨导致全城交通瘫痪、铁路枢纽武汉火车站也因被淹而暂停运营。然而，市政道路下的城市地下空间极其紧张，各种电力电信、给水排水、燃气热力管线以及交通设施、商业设施密集排布、错综复杂，因此通过扩大雨水管道过水断面解决城市内涝的方案实施难度非常大。在雨水排水系统中增设合理容积的调蓄设施存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，既能够避免挤占城市地下空间，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。调蓄容积的科学计算则是调蓄工程的关键，不仅关系着工程效果，还深刻影响着工程投资。

目前，雨水调蓄设施的有效容积的计算方法主要有推理公式法和数学模型法两种，推理公式法衍生于雨水管渠设计中采用的恒定均匀流推理公式，数学模型法则是基于管道进、出水流量过程线。当汇水面积小于2km²时，可采用推理公式法简单估算调蓄设施的有效容积，但是此时不能粗略的估算，控制精度无法保证；当汇水面积大于2km²时，降雨、地表产流的时空不均匀性以及地表产流、管网汇流的过程性对管道流量过程线的影响会比较明显，也无法精确计算出雨水调蓄设施的有效容积。

显然，上述两种现有方式都不能很精确的计算出调蓄设施的有效容积，进而导致无法根据调蓄设施的有效容积精确管控下游雨水管道过流量，从而无法实现有效存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法，包括如下步骤：

根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

本发明的有益效果是：本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法，基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施拟设点上下游用于表征管道过流能力的上游管道参数、下游管道参数精确计算出调蓄设施的有效容积，有效避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，有效解决了雨水管网设计排水能力不足的问题，既能存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

上述进一步方案的有益效果是：基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施的上游实际入流量和下游设计出流量之间的偏差在过载时间段内的积分，可以非常精确地计算出调蓄设施的有效容积，方便对下游雨水管道进行调节控制，实现下雨过程中雨水的分时错峰排放，避免发生溢流和积水。

进一步：所述方法还包括如下步骤：

根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。

上述进一步方案的有益效果是：通过对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，可以便于确定对应有效容积的调蓄设施是否能避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，便于对调蓄设施的有效容积设置提供科学的指导。

进一步：所述根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体方法为：

将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

上述进一步方案的有益效果是：通过述第一验证条件和第二验证条件可以保证所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶高度，且调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积比较接近，在保证雨水调蓄功能的前提下合适设置调蓄设施的体积，解决调蓄设施的建造成本。

本发明还提供了一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统，包括计算模块和控制模块；

所述计算模块，用于根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

所述控制模块，用于根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统，基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施拟设点上下游用于表征管道过流能力的上游管道参数、下游管道参数精确计算出调蓄设施的有效容积，有效避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，有效解决了雨水管网设计排水能力不足的问题，既能存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述计算模块根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

上述进一步方案的有益效果是：基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施的上游瞬时入流量和下游设计出流量之间的偏差在过载时间段内的积分，可以非常精确地计算出调蓄设施的有效容积，方便对下游雨水管道进行调节控制，实现下雨过程中雨水的分时错峰排放，避免发生溢流和积水。

进一步：所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统还包括验证模块，用于根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。

上述进一步方案的有益效果是：通过对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，可以便于确定对应有效容积的调蓄设施是否能避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，便于对调蓄设施的有效容积设置提供科学的指导。

进一步：所述验证模块根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体实现为：

将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

上述进一步方案的有益效果是：通过述第一验证条件和第二验证条件可以保证所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶高度，且调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积比较接近，在保证雨水调蓄功能的前提下合适设置调蓄设施的体积，解决调蓄设施的建造成本。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的方法。

本发明还提供了一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控设备,其特征在于：包括所述的存储介质和处理器，所述处理器执行所述存储介质上的计算机程序时实现所述方法的步骤。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控原理示意图；

图2为本发明一实施例的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例的调蓄实例区的雨水管网平面示意图；

图4为本发明一实施例的降雨事件一和降雨事件二的降雨强度曲线示意图；

图5为本发明一实施例的调控前J1-J5管道最高水位线示意图；

图6为本发明一实施例的调控前降雨事件一的J3-J4管道流量过程线示意图；

图7为本发明一实施例的调控前降雨事件二的J3-J4管道流量过程线示意图；

图8为本发明一实施例的调控后J1-J5管道最高水位线示意图；

图9为本发明一实施例的调控后降雨事件一的J3-J4管道流量过程线示意图；

图10为本发明一实施例的调控后降雨事件二的J3-J4管道流量过程线示意图；

图11为本发明一实施例的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法的原理示意图。在雨水管道上设置分流井或将现状检查井改造为分流井，分化进入下游管道的水量。降雨期间，当下游管道排水不畅时，分流井内液位壅高，当分流井内液位壅高至溢流堰顶高程以上时，一部分上游来水从管道中分离出来并进入调蓄池，从而减少进入下游管道的水量。降雨期间，当上游来水量小于下游管道设计排水能力时，分流井内液位降低，当分流井内液位降低至溢流堰顶高程以下时，上游来水全部进入下游管道。降雨结束后，调蓄池内存储的雨水再排入雨水管道，从而实现了雨水的错峰排放，降低了雨水管网溢流和路面积水的风险。分流水量的多少可通过调节溢流堰顶高程予以调节，为保证上游来水量不超过下游管道设计排水能力，本方法中溢流堰顶高程取分流井出水管口内顶高程。

如图2所示，一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法,包括如下步骤：

S1：根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

这里，上游管道参数取管道实时入流量、下游管道参数取管道设计排水流量。

S2：根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法，基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施拟设点上下游用于表征管道过流能力的上游管道参数、下游管道参数精确计算出调蓄设施的有效容积，有效避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，有效解决了雨水管网设计排水能力不足的问题，既能存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。

实际降雨过程中，管道内的流量是瞬时变化的，基本上可分为三种状态：①下游无壅水时，管道排水通畅，为非满管重力流，管道水力坡度等于管道设计坡度，Qi为管道充满度的函数；②下游壅水但未承压时，管道排水不畅，为非满管重力流，管道水力坡度不等于管道设计坡度，Qi为管道充满度的函数和水力坡度的函数；③下游壅水且承压时，管道排水不畅，为满管承压流，水力坡度不等于设计坡度，Qi为水力坡度的函数。每种状态的持续时间不同，其中第②种状态较短。

这里，雨水管道流量计算方法见公式(1)，且管道实时流量和设计流量的关系见公式(2)：

式中，A为管道过水面积(m²)，R为管道水力半径(m)，n为管道曼宁系数，Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，Q_d为管道设计排水流量，i(t)为t时刻的实时管道水力坡度，i_d为管道设计水力坡度，η(t)为t时刻的实时管道充满度。

从公式(2)可以看出，实时管道排水流量与管道设计排水流量之间不是一直相等的，因此，采用粗略的估算方法无法得到精确的调蓄设施有效容积结果。

本发明的调蓄设施的有效容积计算的根本依据是基于物料守恒关系和连续性方程的水量平衡。用于削减峰值流量时，调蓄的目的是暂时储存超过下游管道排水能力的来水，而不影响管道排水能力承受范围内的来水的正常排放。根据水量平衡关系，在没有其他排水出口时，下游管道的出流量不小于上游管道的入流量，即Q_in≤Q_out，Q_out减去Q_in的剩余部分为设置点处检查井的入流量——该检查井所服务子汇水区的产流量；当检查井发生溢流时，上游管道的入流量不小于下游管道的出流量，即Q_in≥Q_out，Q_in减去Q_out的超出部分为检查井溢流量，在降雨期间的累计值即为需要调蓄的部分。但是，当管道埋深较大时，如果下游管道排水不畅导致管道壅水，虽然调蓄设施拟设点处的检查井可能不发生溢流，但是壅水过程向上游的传导会导致上游检查井溢流风险加大。

为此，为保持管道排水通畅、防止上游检查井溢水，在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤S2中，所述根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，n为管道曼宁系数，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

这里，管道设计排水流量Q_d的计算公式与公式(4)类似，见如下公式(5)所示：

式中，A_d为管道设计过水面积，n为管道曼宁系数，R_d为管道设计水力半径，i_d为管道设计水力坡度。

基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施的上游瞬时入流量和下游设计出流量之间的偏差在过载时间段内的积分，可以非常精确地计算出调蓄设施的有效容积，方便对下游雨水管道进行调节控制，实现下雨过程中雨水的分时错峰排放，避免发生溢流和积水。

可选地，在本发明的一个或多个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

S3：根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。

通过对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，可以便于确定对应有效容积的调蓄设施是否能避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，便于对调蓄设施的有效容积设置提供科学的指导。

在本发明的一个或多个实施例中，所述根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体方法为：

S31：将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

S32：将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

S33：根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

通过述第一验证条件和第二验证条件可以保证所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶高度，且调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积比较接近，在保证雨水调蓄功能的前提下合适设置调蓄设施的体积，解决调蓄设施的建造成本。

本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法的实例如下：

本发明实施例的调蓄实例区雨水管网见图3，子汇水区面积见表1，综合径流系数为0.6。J2-J3、J11-J3管道直径为2000mm、坡度为8‰，设计排水能力为12.64m³/s。进水前不设调蓄设施时，J3-J4管道需采用BH＝2.5m×2.5m的箱涵，设计坡度为8‰、排水能力为34.37m³/s。为了满足排水需求并综合考虑工程投资等因素，拟在J3检查井处设置离线调蓄池，J3-J4管道直径调整为2000mm、坡度调整为10‰，管道设计排水能力为14.13m³/s，调蓄池的设置点位于J3-J4管道上，服务面积为305.15hm²(见表1)，已超出推理公式法的适用范围，因此有效容积采用数学模型法计算。

表1各子汇水区面积

本发明的实施例中采用InfoWorks ICM软件构建了案例区雨水管网系统模型，模拟分析中产流计算采用固定径流系数法，径流系数取案例区综合径流系数。根据《城镇雨水调蓄工程技术规范》(GB 51174-2017)设计降雨历时宜采用3h～24h较长降雨历时。本发明中设计降雨历时取5h，降雨事件采用芝加哥雨型按公式(6)设计，降雨重现期取P＝3a，设计降雨强度曲线见图4。

式中，q表示设计暴雨强度[L/(s·hm²)]，t表示降雨历时T内的任意时刻，P表示设计重现期。

调蓄前J1-J5管道最高水位线见图5，J3-J4管道流量过程线见图6和图7。由图5可知，降雨期间J4检查井上游管道存在壅水现象，并导致J2检查井处发生溢流，可见J3-J4管道排水能力已对J4检查井上游管网排水效果形成制约。由图3可知，J3-J4管道的入流量由J2-J3管道流量、J11-J3管道流量和J3检查井服务地块(子汇水区SUB3)径流量三部分组成，因此调蓄设施设置点上游瞬时入流量为三部分瞬时入流量之和。

本发明中，针对降雨事件一和降雨事件二，在调控调蓄设施前，测得不同时刻J3-J4管道的实际进水量如下表2所示；

表2 J3-J4管道实际入流量

根据不同离散时刻J3-J4管道的实时过流量绘制J3-J4管道流量过程线，如图6和图7所示，根据公式(1)计算时，降雨事件一种计算降雨历时取s1-f1时段(Ⅱ区)，所需调蓄容积V₃＝5.49×10⁴m³；降雨事件二中计算降雨历时取s1-f1时段(Ⅱ区)和s2-f2时段(Ⅳ区)，所需调蓄容积V₃`＝8.30×10⁴m³。以降雨事件二为例，基于公式(3)和矩形求解法的调蓄容积计算过程如下：

经过调控调蓄设施后，当入流量超过出水管设计排水能力导致分流井内液位壅高至堰顶以上时，部分来水溢流进入调蓄池。调蓄后J1-J5管道最高水位线见图8，J3-J4管道流量过程线见图9和图10。由图7可知，经调蓄后降雨期间J3-J4管道基本未发生壅水现象，J2检查井处也未发生溢流。由图9和图10可知，在两次降雨事件中调蓄设施设置点下游的J3-J4管道峰值流量大幅降低，峰值流量分别为14.65m³/s和15.04m³/s，调蓄池最大进水量分别为5.55×10⁴m³和8.07×10⁴m³。J3-J4管道峰值流量略大于管道设计过流能力，说明管道处于微承压状态，其原因分析为堰上水头导致J3检查井(分流井)内液位高于管道内顶。实际调蓄量与公式(3)计算值基本一致，调蓄效果可满足削峰需求，说明公式(3)可用于削峰型调蓄设施有效容积的计算。

可见，本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法，更符合削峰的设计意图，模拟结果显示据此设置的调蓄池可有效分化并控制峰值时刻管道过流量。此外，运用该方法时，分流井溢流堰顶高程可根据出水管内顶高程计取，使用简单、设计方便。

如图11所示，本发明还提供了一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统，包括计算模块和控制模块；

所述计算模块，用于根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

所述控制模块，用于根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

本发明的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统，基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施拟设点上下游用于表征管道过流能力的上游管道参数、下游管道参数精确计算出调蓄设施的有效容积，有效避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，有效解决了雨水管网设计排水能力不足的问题，既能存储降雨期间超过管道承载能力的雨水并错峰排放，又可以提高城市的排水标准，具有良好的可行性。

在本发明的一个或多个实施例中，所述计算模块根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

基于水量平衡、管道水力特性和过流过程分析，通过调蓄设施的上游瞬时入流量和下游设计出流量之间的偏差在过载时间段内的积分，可以非常精确地计算出调蓄设施的有效容积，方便对下游雨水管道进行调节控制，实现下雨过程中雨水的分时错峰排放，避免发生溢流和积水。

可选地，在本发明的一个或多个实施例中，所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统还包括验证模块，用于根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。通过对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，可以便于确定对应有效容积的调蓄设施是否能避免了下游管道壅水向上游传导并对上游排水设施形成妨碍，增强雨水管网对超标雨水的应对能力，便于对调蓄设施的有效容积设置提供科学的指导。

具体地，在本发明的一个或多个实施例中，所述验证模块根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体实现为：

将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

通过述第一验证条件和第二验证条件可以保证所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶高度，且调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积比较接近，在保证雨水调蓄功能的前提下合适设置调蓄设施的体积，解决调蓄设施的建造成本。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的方法。

本发明还提供了一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控设备,其特征在于：包括所述的存储介质和处理器，所述处理器执行所述存储介质上的计算机程序时实现所述方法的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法,其特征在于，包括如下步骤：

根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

2.根据权利要求1所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法,其特征在于，根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

3.根据权利要求1或2所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法,其特征在于，所述方法还包括：

根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。

4.根据权利要求3所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控方法,其特征在于，所述根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体方法为：

将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

5.一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统,其特征在于，包括计算模块和控制模块；

所述计算模块，用于根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道参数、下游管道参数计算调蓄设施的有效容积；

所述控制模块，用于根据所述有效容积调控设置在调蓄设置拟设点的调蓄设施，以调控下游管道过流量。

6.根据权利要求5所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统,其特征在于，所述计算模块根据降雨过程中调蓄设施拟设点上游管道实时流量、下游管道设计流量计算调蓄设施的有效容积的具体计算公式为：

式中：Q(t)为t时刻的实时管道排水流量，A(t)为t时刻的管道过水面积，R(t)为t时刻的管道水力半径，i(t)为t时刻的管道中过流的水力坡度，V为调蓄设施的有效容积，Q_in(t)为调蓄设施拟设点t时刻的上游入流量，取t时刻的实时管道流量Q(t)，Q_out(t)为调蓄设施拟设点t时刻的下游出流量，取管道设计排水流量Q_d，s_i为管道第i次超载开始时间，f_i为管道第i次超载结束时间，n为整场降雨中管道超载次数。

7.根据权利要求5或6所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统,其特征在于，还包括验证模块，用于根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证，并生成验证结果。

8.根据权利要求7所述的基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控系统,其特征在于，所述验证模块根据调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线和调蓄设施实际进水量对调蓄设施的有效容积的合理性进行验证的具体实现为：

将所述调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线与下游管道内顶高度进行比较，并在调控调蓄设施后下游雨水管道的最高水位线不超过下游管道内顶时，生成第一验证条件；

将调控调蓄设施后的调蓄设施实际进水量与调蓄设施的有效容积进行比较，并在二者差值的绝对值与调蓄设施的有效容积的比值小于预设阈值时生成第二验证条件；

根据所述第一验证条件和第二验证条件确定调蓄设施的有效容积合理。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至4任一项所述的方法。

10.一种基于调蓄设施的下游雨水管道过流量的调控设备,其特征在于：包括权利要求7所述的存储介质和处理器，所述处理器执行所述存储介质上的计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。

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