[發明專利]基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法

在審

• 申請號: 202210585675.1
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114861550A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 尹海龍;王靜怡;徐祖信;郭亞麗;吳一帆
• 申請（專利權）人: 同濟大學;中國長江三峽集團有限公司;上海勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/00;E03F5/10;G06F111/04;G06F113/08
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 杜娟

本發明公開了一種基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法，涉及城市排水系統溢流污染控制技術領域，包括以下步驟：SWMM模型的構建、SWMM模型參數的率定及驗證、降雨過程線的設計、溢流水量水質的模擬、確定雨水調蓄池的位置及數量、分布式雨水調蓄池優化模型的構建、分布式雨水調蓄池優化模型的求解、分布式雨水調蓄池體積的確定、Pareto最優曲線及擬合方程的獲取。本發明針對雨天溢流污染嚴重、調蓄池截污效果不佳的現狀，根據溢流水量水質過程線來設計雨水調蓄池的方法，合理地確定調蓄池的體積以實現截流污染物的最大化。

技術領域

本發明涉及城市排水系統溢流污染控制技術領域，尤其涉及基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法。

背景技術

隨著我國城市污水處理基礎設施的不斷完善，污水納管收集率不斷提高，旱天污水直排河道的問題得到了有效解決。但是在雨天，超出管網設計截流倍數的溢流雨污水排放河道，形成沖擊性污染負荷，造成雨天河道水質變差，是制約水環境質量改善的瓶頸問題。建設調蓄設施是削減排水系統溢流污染的有效技術手段，其基本原理是通過錯峰調度的方式，將雨天超出管道截流能力的部分雨污水攔截儲存，待降雨事件結束后將截流的雨污水輸送到污水處理廠處理后排放。

我國發布《室外排水設計標準》(GB 50014-2021)和《城鎮雨水調蓄工程技術規范》(GB 51174-2017)中，根據初期雨水截流規模來確定調蓄池容積，是一種基于水量的調蓄設施容積設計方法。該方法存在以下不足：一，未考慮降雨期間排水管道水質過程線的影響。受雨污混接、管道沉積物雨天沖刷等因素的影響，排水管道末端排放水質過程線表現出復雜的變化：既可能是降雨初期管道水質濃度高；也可能是降雨中后期管道水質濃度高。因此，傳統的降雨初期截流的調蓄池工作方式可能無法最大程度地截流污染負荷。需綜合考慮水量水質動態變化，實現調蓄設施對溢流污染負荷攔截的最大化。二，缺乏針對分布式調蓄池的優化設計方法。與發達國家不同，我國各地已建城區建筑密度大，因此大規模的可利用空間有限。如何因地制宜地利用分散式的城市可利用空間，基于最小的建設成本來實現雨天溢流污染控制目標，也是需要解決的問題。

因此，提出一種基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法，來解決現有技術存在的困難，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法，針對雨天溢流污染嚴重、調蓄池截污效果不佳的現狀，根據溢流水量水質過程線來設計雨水調蓄池的方法，合理地確定調蓄池的體積以實現截留污染物的最大化。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于溢流污染負荷控制的分布式雨水調蓄池優化設計方法，包括以下步驟：

S101.SWMM模型的構建步驟：構建SWMM模型，包括水文模塊、水動力模塊和水質模塊；

S201.SWMM模型參數的率定及驗證步驟：選取小雨、中雨、大雨三種典型降雨事件，至少監測m場有效降雨事件來進行SWMM模型參數的率定及驗證，其中m≥3；

S301.降雨過程線設計步驟：利用芝加哥雨型生成降雨過程線，生成不同降雨重現期條件下的降雨強度-時間序列；

S401.溢流水量水質模擬步驟：基于率定后的SWMM模型模擬得到不同降雨重現期條件下的雨水管網末端排放口溢流水量水質隨時間的變化曲線，以及未設置調蓄池時排口處污染負荷排放總量；

S501.雨水調蓄池位置及數量確定步驟：根據研究區域的土地利用類型，確定調蓄池的數量以及每個調蓄池所處的位置；

S601.分布式雨水調蓄池優化模型構建步驟：以調蓄池總體積最小化、溢流污染負荷削減最大化為優化目標，不同位置最大可利用土地面積為約束條件，不同位置調蓄池的體積為目標函數，構建分布式雨水調蓄池優化模型；