CN113885592B - 污水深隧智慧运维方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水深隧智慧运维方法、系统、装置及存储介质。其中，污水深隧智慧运维方法应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，包括如下步骤：获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；调用预先建立的液位‑流量数学模型；根据获取到的液位和流量数据以及液位‑流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制。本申请提供的污水深隧运维方法能实现对污水深隧的自动化运维，节省人力成本，提高运维效率。

Description

污水深隧智慧运维方法、系统、装置及存储介质
技术领域
本发明属于工程运行领域，更具体地，涉及一种污水深隧智慧运维方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
随着城市化进程的不断推进，硬地铺装和建筑物等不透水用地面积增加，城市雨水和污水的排水能力不足带来的问题日益突出，城市深层排水隧道成为了一种重要的解决方案。然而目前的深层排水隧道多需要人工定时监控排水作业，不仅繁琐，还增加人工操作的工作强度，给深层排水隧道整体自动化排水带来了诸多不足之处。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能实现对污水深隧进行自动化运维、节省人力成本的污水深隧智慧运维方法、系统、装置及存储介质。
为实现上述目的，本公开实施例的第一方面，提供一种污水深隧智慧运维方法，应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，包括如下步骤：
获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所述所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；
调用预先建立的液位-流量数学模型；
根据获取到的所述液位和流量数据以及所述液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；
以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制。
本申请提供的污水深隧智慧运维方法，以竖井水位为主要运行参照，深隧泵站流量为主要调度要素，可自动化、智能化地完成对多入点深隧系统的运维，节省人力成本，提高运维效率。
在其中一个实施例中，所述所有竖井液位的理论控制值满足如下式(1)的数学公式：
Hi＝R-KQ2L(1)
其中，R为起端竖井恒定液位参照值；i＝1，则Hi为起端竖井液位的理论控制值，当i为2～n-1中任意一个值时,则Hi为第i段入流竖井液位的理论控制值，当i为n时，则Hi为末端深隧泵站液位的理论控制值；K为水损系数；Q为隧道通过流量；L为起端竖井至计算竖井的长度。
在其中一个实施例中，所述末端深隧泵站液位的理论控制值维持在所述末端深隧泵站可控液位的上限值处。
在其中一个实施例中，所述对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制的步骤之后，还包括：
实时获取除起端竖井外其余竖井的运行液位，并根据所述其余竖井的运行液位和所述其余竖井液位的理论控制值对所述液位-流量数学模型进行校正。
在其中一个实施例中，利用超深距离超声波水位计和压力式水位计对隧道所有竖井的液位进行获取监测，利用地表系统流量计对隧道所有竖井的流量进行获取监测。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：
将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。
本公开实施例的第二方面，提供一种污水深隧智慧运维系统，应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，包括：
智能感知系统，被配置为获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所述所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；
前液位稳定智能调度系统，被配置为调用预先建立的液位-流量数学模型；根据获取到的所述液位和流量数据以及所述液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制。
本申请提供的污水深隧智慧运维系统包括智能感知系统，可对入流点和竖井进行实时监测，实现对复杂的超长、超深隧道系统关键点的水力参数(流量、流速、水位、水质)在线监测，为建立深隧智能调度运行系统奠定了基础；同时针对多点入流的压力流深隧系统，采用起端竖井恒水位、超远距离终点泵站调度的智慧运行模式：前液位智能调度控制让运行更简便，高水位运行让系统更节能，起端水位保护、实时水位校核让风险更可控。
在其中一个实施例中，所述智能感知系统，还被配置为将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。
本公开实施例的第三方面，提供一种污水深隧智慧运维装置，包括存储器和处理器：
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上述所述的污水深隧智慧运维方法。
本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的污水深隧智慧运维方法。
附图说明
图1是一实施例中污水深隧智慧运维方法的流程示意图；
图2是一实施例中污水深隧智慧运维方法的原理框图；
图3是一实施例中污水深隧的结构示意图；
图4是一实施例中污水深隧智慧运维系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本申请提供一种污水深隧智慧运维方法，可应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，比如汇水面积130平方公里、隧道全长17.9公里、埋深30-45米的大东湖深隧中。其中，该多点入流密闭污水深层隧道主要包括多个入流竖井、倾斜贯穿设置在多个入流竖井底部之间的排水隧道、以及设置在排水隧道末端的深隧泵站及水泵，入流雨水和污水通过各个入流竖井进入排水隧道，最后经过设置在排水隧道末端的深隧泵站排出，进入污水处理厂。
需要说明的是，本申请中提到的超长距离具体指的是深层隧道的长度超过普通长距离深隧隧道设计的长度，普通长距离深隧隧道设计的长度范围为1-3千米；高埋深具体指的是隧道开挖断面的顶部到地面的垂直距离超过普通深隧设计的埋深，普通深隧设计的埋深范围为3-4米；大管径指的是排水隧道的直径超过普通污水管道设计的直径，普通污水管道设计的直径范围为100-3000毫米。
为实现上述超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道的自动化运维，本实施例提供了一种污水深隧智慧运维方法，参见图1和图2，包括步骤S10、步骤S20、步骤S30和步骤S40，详述如下：
步骤S10，获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站。
在本实施例中，可利用超深距离超声波水位计和压力式水位计对隧道所有竖井的液位进行获取监测，同时也可利用地表系统流量计对隧道所有竖井的流量进行获取监测。获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据主要用于分析深隧当前的状态。
需要说明的是，多点入流深隧中各竖井的流量需满足流量恒定，即：Q排＝Q1+Q2.....，其中，Q排为末端深隧泵站的监测流量，Q1为起端竖井的监测流量，同理可知Q2.....，本实施例不再赘述。
步骤S20，调用预先建立的液位-流量数学模型。
步骤S30，根据获取到的液位和流量数据以及液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值。
在本实施例中，所有竖井液位的理论控制值满足如下式(1)的数学公式：
Hi＝R-KQ2L(1)
其中，R为起端竖井恒定液位参照值；i＝1，则Hi为起端竖井液位的理论控制值，当i为2～n-1中任意一个值时,则Hi为第i段入流竖井液位的理论控制值，当i为n时，则Hi为末端深隧泵站液位的理论控制值；K为水损系数，K值与隧道粗糙系数、管径游管；Q为隧道通过流量；L为起端竖井至计算竖井的长度。
本实施例以图3所示的污水深隧为运维对象对该数学公式进行相应说明，该污水深隧包括起端竖井、中间竖井、倾斜贯穿设置在起端竖井和中间竖井底部之间的排水隧道、及设置在排水隧道末端的深隧泵站及水泵，假定该深隧起端竖井的恒定液位参照值为12m，则中间竖井液位的理论控制值计算公式为：
H2＝12-KQ2A(2)
其中，H2为中间竖井液位的理论控制值；A为起端竖井至中间竖井的长度。
末端深隧泵站液位的理论控制值计算公式为：
H3＝12-KQ2B(3)
其中，H3为末端深隧泵站液位的理论控制值；B为起端竖井至末端深隧泵站的长度。
步骤S40，以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制。
以图3所示的污水深隧为运维对象对水泵变频控制的原理进行相应说明，即当起端竖井流量Q1、中间竖井流量Q2发生瞬间波动时，起端竖井液位H1发生变化，按照起端竖井恒定液位的控制要求，通过对末端深隧泵站控制Q排，及时排出深隧内过多的积水，以使起端竖井液H1恢复至参照值12m，从而有效保证污水深隧高效稳定运行。
本实施例提供的污水深隧智慧运维方法，以竖井水位为主要运行参照，深隧泵站流量为主要调度要素，可自动化、智能化地完成对多入点深隧系统的运维，节省人力成本，提高运维效率。
在一个实施例中，末端深隧泵站液位的理论控制值维持在末端深隧泵站可控液位的上限值处，即维持末端泵站的理论控制液位尽可能高，能有效降低水泵运行扬程，降低运行成本。
在一个实施例中，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制的步骤之后，还包括步骤S50，详述如下：
步骤S50，实时获取除起端竖井外其余竖井的运行液位，并根据其余竖井的运行液位和其余竖井液位的理论控制值对液位-流量数学模型进行校正。
本实施例还是以图3所示的污水深隧为运维对象为例，图中h2为实时获取到中间竖井的运行液位，h排为实时获取到末端深隧泵站的运行液位。通过实时校核获取到的其余竖井的运行液位与其他竖井液位的理论控制值之间的差别，可以让风险更加可控。
在一个实施例中，污水深隧智慧运维方法还包括步骤S60，详述如下：
步骤S60，将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。本实施例通过流量、液位可间接监测水力运行状态，包括流速、淤塞和漏损等。
实施例二
本申请提供一种污水深隧智慧运维系统，可应用于超长、大流量、高埋深的多点入流污水深隧系统中，参见图4，包括：智能感知系统10，被配置为获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；前液位稳定智能调度系统20，被配置为调用预先建立的液位-流量数学模型；根据获取到的液位和流量数据以及液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制。
进一步地，智能感知系统10，还被配置为将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。
在本实施例中，智能感知系统10可通过水力感知系统，直接对隧道所有竖井的液位、流量数据进行实时监测，控制入流量和液位以减少潜在的瞬变流风险；同时，通过水力关系间接转换为每段竖井内流速监控，感知系统内水流状态。
本实施例提供的污水深隧智慧运维系统可用于对汇水面积130平方公里、隧道全长17.9公里、埋深30-45米的大东湖深隧进行运维，为保持该运维系统的实时便捷调度和校准，简化了大东湖深隧的运行规则(传统深隧时由地表四个站点和深隧泵站共同实现协同调度)，即采用“三点式”水位控制模式：起端竖井液位恒定参照、中间(三环线竖井)液位校正、末端泵站控制起端水位；同时，隧道系统控制理念包含维持末端泵站污水水位尽可能高，降低运行成本，深隧系统在整个生命周期内运行更安全、高效。
本实施例提供的污水深隧智慧运维系统包括智能感知系统，可对入流点和竖井进行实时监测，实现对复杂的超长、超深隧道系统关键点的水力参数(流量、流速、水位、水质)在线监测，为建立深隧智能调度运行系统奠定了基础；同时针对多点入流的压力流深隧系统，采用起端竖井恒水位、超远距离终点泵站调度的智慧运行模式：前液位智能调度控制让运行更简便，高水位运行让系统更节能，起端水位保护、实时水位校核让风险更可控。
实施例三
本申请提供了一种污水深隧智慧运维装置，包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序；处理器用于当执行计算机程序时，实现上述的污水深隧智慧运维方法。
另外，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，当计算机程序被执行时，实现如上述的污水深隧智慧运维方法。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种污水深隧智慧运维方法，应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，其特征在于，包括如下步骤：
获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所述所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；
调用预先建立的液位-流量数学模型；
根据获取到的所述液位和流量数据以及所述液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；
以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制；
其中，所述所有竖井液位的理论控制值满足如下式(1)的数学公式：
Hi＝R-KQ2L (1)
式中，R为起端竖井恒定液位参照值；i＝1，则Hi为起端竖井液位的理论控制值，当i为2～n-1中任意一个值时,则Hi为第i段入流竖井液位的理论控制值，当i为n时，则Hi为末端深隧泵站液位的理论控制值；K为水损系数；Q为隧道通过流量；L为起端竖井至计算竖井的长度。
2.根据权利要求1所述的污水深隧智慧运维方法，其特征在于，深隧末端深隧泵站液位的理论控制值维持在所述深隧末端深隧泵站可控液位的上限值处。
3.根据权利要求1或2所述的污水深隧智慧运维方法，其特征在于，所述对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制的步骤之后，还包括：
实时获取除起端竖井外其余竖井的运行液位，并根据所述其余竖井的运行液位和所述其余竖井液位的理论控制值对所述液位-流量数学模型进行校正。
4.根据权利要求1所述的污水深隧智慧运维方法，其特征在于，利用超深距离超声波水位计和压力式水位计对隧道所有竖井的液位进行获取监测，利用地表系统流量计对隧道所有竖井的流量进行获取监测。
5.根据权利要求1所述的污水深隧智慧运维方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。
6.一种污水深隧智慧运维系统，应用于超长距离、大管径、高埋深的多点入流密闭污水深层隧道中，其特征在于，包括：
智能感知系统，被配置为获取运行过程中隧道所有竖井的液位和流量数据，其中，所述所有竖井包括入流竖井和末端深隧泵站；
前液位稳定智能调度系统，被配置为调用预先建立的液位-流量数学模型；根据获取到的所述液位和流量数据以及所述液位-流量数学模型，确定所有竖井液位的理论控制值；以所有竖井液位的理论控制值为运行参照，按照起端竖井恒定液位的控制要求，对末端深隧泵站中的水泵进行变频控制；
其中，所述所有竖井液位的理论控制值满足如下式(1)的数学公式：
Hi＝R-KQ2L (1)
式中，R为起端竖井恒定液位参照值；i＝1，则Hi为起端竖井液位的理论控制值，当i为2～n-1中任意一个值时,则Hi为第i段入流竖井液位的理论控制值，当i为n时，则Hi为末端深隧泵站液位的理论控制值；K为水损系数；Q为隧道通过流量；L为起端竖井至计算竖井的长度。
7.根据权利要求6所述的污水深隧智慧运维系统，其特征在于，
所述智能感知系统，还被配置为将获取到的所有入流竖井的液位和流量，通过水力关系对应转换为每段入流竖井内的流速进行监控。
8.一种污水深隧智慧运维装置，其特征在于，包括存储器和处理器：
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1～5任一项所述的污水深隧智慧运维方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1～5任一项所述的污水深隧智慧运维方法。
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