城市市政污水管网的带压监测方法
【专利摘要】本发明提供一种城市市政污水管网的带压监测方法，包括：建立城市市政污水管网图；将各个区域的污水排水量标注在所述城市市政污水管网图上以获取污水荷载空间分布图；根据标注后的所述城市市政污水管网图选定监测点；根据在典型小区的出水口监测点位的流量监测数据，识别出典型小区的排放过程形态参数；建立城市市政污水管网流体动力学模型，并对城市市政污水管网流体动力学模型的参数进行识别；根据建立的管网建立管网流体力学模型及识别的参数，得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布。上述方案中，通过建立的管网流体力学模型来获取得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布，提高对各个带压管路的状态和位置的监测效果。
【专利说明】城市市政污水管网的带压监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及市政【技术领域】，尤其设计一种城市市政污水管网的带压监测方法。
【背景技术】
[0002]随着城市的发展和人口的增加，城市污水管网变得更加不堪重负。因此城市污水管网的监测越来越重要。
[0003]现有的市政污水管网带压监测方案，主要是在主干网的部分检查井中安装液位计等监测设备来监测井的液位，再根据与此检查井相连接管道的埋深和管径来确定管道是否被阻塞或是满溢。
[0004]城市市政污水管网数量庞大，在每条管线上都安装监测设备显然在经济上不可行，因此一般只能选取部分管线节点(一半是主干管路)加以监测。
[0005]这种监测方法只能针对部分主干管道的带压监测，并不能对于整个管网所有管道进行有效的带压监测。基于零散点位的液位计监测，只能识别监测点位处管段的带压情况，然而对整体管网系统的带压情况缺乏全面的掌握，导致局部地区出现事故时完全无法及时采取应对措施。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种监测效果更好的城市市政污水管网的带压监测方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种城市市政污水管网的带压监测方法，包括:
[0008]步骤1、建立城市市政污水管网图；
[0009]步骤2、将各个区域的污水排水量标注在所述城市市政污水管网图上以获取污水荷载空间分布图；
[0010]步骤3、根据标注后的所述城市市政污水管网图选定监测点；
[0011]步骤4、根据在典型小区的出水口监测点位的流量监测数据，识别出典型小区的排放过程形态参数；
[0012]步骤5、获取城市市政污水管网流体动力学模型，并对城市市政污水管网流体动力学模型的参数进行识别；
[0013]步骤6、根据建立的管网建立管网流体力学模型及识别的参数，得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布。
[0014]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0015]上述方案中，通过建立的管网流体力学模型来获取得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布，这样可以对各个带压管路的状态和位置进行实时监测，以提高监控的效果。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0018]如图1所示，本发明实施例提出的城市市政污水管网的带压监测方法包括:
[0019]步骤1、建立城市市政污水管网图；
[0020]该步骤中包括:
[0021]步骤11、获取城市市政污水管网分布及管网属性；其中所述管网属性包括检查井属性数据和管道属性数据；
[0022]步骤12、根据所述管网属性将城市影像图中建筑物图层的建筑物空间位置逐个离散化划分排水区，并将城市影像图与排水区叠加以形成排水区图；
[0023]步骤13、根据排水区内的管道属性数据以确定排水区中的城市市政污水管网的支管，以及支管的上下游高程以确定该支管的污水流向，并确定排水区污水流入的检查井，以建立每一排水区与检查井的对应关系；
[0024]步骤14、针对所有排水区与检查井的对应关系形成完整的城市市政污水管网图。
[0025]步骤2、将各个区域的污水排水量标注在所述城市市政污水管网图上以获取污水荷载空间分布图；
[0026]该步骤中包括:
[0027]步骤21、根据污水厂日处理的污水总量，扣除城市工业排水大户排水量；
[0028]步骤22、依据城市建筑面积密度分布图或者城市人口密度分布图，将污水荷载进行空间展布；
[0029]步骤23、结合排水大户空间位置以及排水量，标注在步骤14的城市市政污水管网图上以得到污水荷载空间分布图；其中根据以下公式计算污水荷载空间分布图中每个排水区的污水量:
[0030]QC=1000000.(QT-QE).SC.BD/BT
[0031]其中:
[0032]QC:排水区污水量；QT:污水厂日处理的污水总量；QE:城市工业排水大户排水量；SC:排水区面积；BD:排水区内建筑面积密度；BT:城市建筑总面积。
[0033]步骤3、根据标注后的所述城市市政污水管网图选定监测点；
[0034]该步骤中包括:
[0035]步骤31、依据污水荷载空间分布，反演污水主干管各段的流量变化，并获取所有导致主干管流量变化超过30%的支管处作为备选点；
[0036]步骤32、获取城市典型小区的污水出水口处作为备选点；
[0037]步骤33、从备选点中找出水利特征、安全特征、通讯条件符合预设条件的建立监测点。
[0038]其中，所述步骤33包括:
[0039]步骤331、判断该备选点是否水深大于I米、淤泥厚度大于0.05米、污水流速大院0.1米/秒，如果是，进入步骤332，否则步骤结束；
[0040]步骤332、判断临近该备选点的检查井是否有梯子、通道是否无浮渣堆积甚至板结，如果是，进入步骤333，否则步骤结束；
[0041]步骤333、判断该备选点是否能安装GPRS通讯设备，如果是则将该备选点作为监测点，如果否则步骤结束。
[0042]步骤4、根据在典型小区的出水口监测点位的流量监测数据，识别出典型小区的排放过程形态参数；
[0043]该步骤中包括:
[0044]步骤41、根据所述典型小区的出水口监测点位的流量监测数据获取该典型小区的日排水过程线，并将所述日排水过程线与平均每小时的排放量相比较得到典型排水户的排放变异系数，获得定量描述此种典型用户的排放过程形态参数。
[0045]步骤5、获取城市市政污水管网流体动力学模型，并对城市市政污水管网流体动力学模型的参数进行识别；
[0046]该步骤中包括:
[0047]步骤51、根据划分的排水区、污水荷载空间分布图、典型用户的日排水过程形态的参数，以及排水区管网中排水区与检查井的对应关系，得到排水区对应检查井的日污水排放过程曲线与概化的管网建立管网流体力学模型；
[0048]其中，管网流体力学模型通过求解以下的方程组获得:
[0049]动星寸恒方程
【权利要求】
1.一种城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，包括: 步骤1、建立城市市政污水管网图； 步骤2、将各个区域的污水排水量标注在所述城市市政污水管网图上以获取污水荷载空间分布图； 步骤3、根据标注后的所述城市市政污水管网图选定监测点； 步骤4、根据在典型小区的出水口监测点位的流量监测数据，识别出典型小区的排放过程形态参数； 步骤5、建立城市市政污水管网流体动力学模型，并对城市市政污水管网流体动力学模型的参数进行识别； 步骤6、根据建立的管网流体力学模型及识别的参数，得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布。
2.根据权利要求1所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤I包括: 步骤11、获取城市市政污水管网分布及管网属性；其中所述管网属性包括检查井属性数据和管道属性数据； 步骤12、根据所述管 网属性将城市影像图中建筑物图层的建筑物空间位置逐个离散化划分排水区，并将城市影像图与划分出的排水区叠加以形成排水区图； 步骤13、根据排水区内的管道属性数据以确定排水区中的城市市政污水管网的支管，以及支管的上下游高程以确定该支管的污水流向，并确定排水区污水流入的检查井，以建立每一排水区与检查井的对应关系； 步骤14、针对所有排水区与检查井的对应关系形成完整的城市市政污水管网图。
3.根据权利要求2所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤2包括: 步骤21、根据污水厂日处理的污水总量，扣除城市工业排水大户排水量； 步骤22、依据城市建筑面积密度分布图或者城市人口密度分布图，将污水荷载进行空间展布； 步骤23、结合排水大户空间位置以及排水量，标注在所述城市市政污水管网图上以得到污水荷载空间分布图；其中根据以下公式计算污水荷载空间分布图中每个排水区的污水量:
QC=1000000.(QT-QE).SC.BD/BT
其中: QC:排水区污水量；QT:污水厂日处理的污水总量；QE:城市工业排水大户排水量；SC:排水区面积；BD:排水区内建筑面积密度；BT:城市建筑总面积。
4.根据权利要求3所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤3包括: 步骤31、依据污水荷载空间分布，反演污水主干管各段的流量变化，并获取所有导致主干管流量变化超过30%的支管处作为备选点； 步骤32、获取城市典型小区的污水出水口处作为备选点； 步骤33、从备选点中找出水力特征、安全特征、通讯条件符合预设条件的建立监测点。
5.根据权利要求4所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤33包括: 步骤331、判断该备选点是否水深大于I米、淤泥厚度大于0.05米、污水流速大于0.1米/秒，如果是，进入步骤332，否则步骤结束； 步骤332、判断临近该备选点的检查井是否有梯子、通道是否无浮渣堆积甚至板结，如果是，进入步骤333，否则步骤结束； 步骤333、判断该备选点是否能安装GPRS通讯设备，如果是则将该备选点作为监测点，如果否则步骤结束。
6.根据权利要求5所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤4包括: 步骤41、根据所述典型小区的出水口监测点位的流量监测数据获取该典型小区的日排水过程线，并将所述日排水过程线与平均每小时的排放量相比较得到典型排水户的排放变异系数，获得定量描述此种典型用户的排放过程形态参数。
7.根据权利要求6所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤5包括: 步骤51、根据划分的排水区、污水荷载空间分布图、典型用户的日排水过程形态的参数，以及排水区管网中排水区与检查井的对应关系，得到排水区对应检查井的日污水排放过程曲线与概化的管网建立管网流体力学模型； 其中，管网流体力学模型通过求解以下的方程组获得: —,^οΗ V ον I Gv..., 云力星寸恒方f王.7二足
ox g ax g Ot 连续方程:^ = ο
OX Ot 其中，H为静压水头；X为管长；t为时间；g为重力加速度；Sf摩擦阻力；Q为流量;A为过水断面面积；i.^.为压力项为对流加速度；一.S为当地加速度；s。为重力项；sf为
BxK Sxg dt摩擦力项；#为进出单元体的流量变化项；#为在控制单元体中的水体体积变化项；模型 OXOt的时间范围为24小时，模拟运算的步长为5分钟； 步骤52、对管网流体力学模型中管道的粗糙系数、管道淤积厚度参数进行识别； 步骤53、根据所述管网流体力学模型的模拟流量与实际监测到的流量，通过GLUE方法来调整管道的粗糙系数、管道淤积厚度参数。
8.根据权利要求7所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述粗糙度系数包括:混凝土管为0.013、PVC管为0.008、砖石管渠和陶土管为0.02 ； 所述管道淤积厚度参数包括:坡度< 0.003的管道，其沉积物高度为管径的8% ;坡度^ 0.003的管道，其沉积物高度为管径的4%。
9.根据权利要求8所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤6包括: 步骤61、依据识别出参数，通过管网流体力学模型计算出每段管道的24小时内每5分钟充满度数据，并计算出每段管道带压时长；步骤62、按照每段管道带压时长，得到城市市政管网带压管道的总长度和空间分布。
10.根据权利要求9所述的城市市政污水管网的带压监测方法，其特征在于，所述步骤6还包括: 步骤63、按照带压时长I小时、 2小时、5小时、10小时、24小时分类统计各个带压时长管道的总长度和空间分布。
【文档编号】G01D21/02GK103697934SQ201210387515
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】王建华, 曹尚兵, 肖伟华, 李海红, 赵勇, 鲍淑君 申请人:中国水利水电科学研究院