一种利用水质水量进行截流排水调度的方法与流程

本发明涉及截流排水技术领域，特别涉及一种利用水质水量进行截流排水调度的方法。

背景技术：

当前，环境问题日益凸显，河道水系的黑臭与岸上污水入河关系密切，所谓“病在河中，源头在岸”，为了解决污水入河问题，各地在沿河岸线做截流工程，将初期雨水和合流管网的水截入污水管网送到污水厂，晴天时候按照管理片区的人口计算总入水量，对污水厂进行评估改造后即可有效的将截流的污水送入到污水厂进行处理，而雨天的时候水量大量增加，尤其是大雨和暴雨，截流系统中主要利用水位来控制截流系统的水排河还是进入污水管网，导致中后期大量雨水进入排水系统，污水排水系统中水量激增，超过其承担负荷，导致大量管网外溢以及泵站溢流，尤其是雨水进入后，导致原来本来水质较差的关键部分也无法调度，大量污水溢流入河造成污染，同时由于雨水对污水系统中污水的严重稀释，导致最终进入污水厂的水质严重低于入厂处理的水质要求，处理工艺受影响，不同降雨情况下需要调整的工艺频次高，出水水质很难保证达标，排出的水也造成河道污染，最终产生的效果就是做了很大的工程对河道沿岸进行截污，但是在中大雨的时候污染依然还是进入河道，造成河道二次黑臭。

为解决河道黑臭问题，避免河道二次黑臭，常规的方式是在河道的沿线进行截污，并利用截流堰或者泵站将截流的水输送到污水管网中，通过截流系统中的水位来控制堰或者泵站的运行，将水排向污水管网或者排向河道。

部分截流后增加的水，通过设计调蓄池，将汛期增加的水量截流到调蓄池中，汛期结束后排放到污水排水系统中送到污水厂处理。

目前截流系统中的水进入污水排水系统主要依靠水位来控制，通常设定如溢流槽和泵站抽水的形式将截流水收集到污水排水系统中，不同水位设定不同的开泵流量，并利用模型模拟计算最大流量进入污水排水系统的负载能力，但是由于基础资料缺失，城市管网数据准确性不足的问题，以及排水系统新增整改后遗留的工程性问题等造成无法对整个系统进行依照实际的状态进行模拟，也就获取不到实际的调度负荷评估数据，导致运行的过程中实际与模拟相差甚远；也有方法是在降雨过程中利用抽水时间来控制，这种方法相当于对初期雨水进行评估，获取初期雨水量，后按照对应的量计算排放时间，这种方法一定程度上避免了前面方法持续向污水排水系统中抽水的弊端，减少雨水进入污水排水系统的量，但是由于降雨雨型是不断变化的，并且截流系统中的水质与人们生活作息、工厂排放等因素的影响是不断变化的，这种依照向污水排水系统抽水或者以降雨后固定时间排水的单一控制方式，无法有效准确的在持续降雨过程中将污水排放到污水排水系统中，会造成大量污水溢流，进入河道，污染河道。

对于本身存在大量初雨和截流水的系统，往往在设计截流系统的时候会建设调蓄池，调蓄池通常按照水位来控制各个截流系统的水进入，当水位达到调蓄容积之后，将不再允许截流水进入；这样在降雨开始后，调蓄池将开始接收截流系统中的水，直到调蓄池满，接收不了的水将进入河道；这样当污水厂处理能力有限，无法及时处理的水就可以通过调蓄池接收起来，在降雨结束之后，调蓄池可以通过泵站在污水厂允许的范围内向污水系统中排水，腾出调蓄空间，为下次降雨准备；这种方法是利用空间换取时间，但是如果不对进入的水质水量进行控制，往往降完一次雨后，污水系统中持续很长时间都是满负荷运行，调蓄池无法向污水系统中排水，而在南方和沿海城市几乎所有汛期时间都非常长，往往一次调蓄池没有排水下次降雨又来了，这样调蓄池无法向外排水，污水蓄积时间长后，就变成了“化粪池”，影响周边居民生活，且下次降雨无法起到调蓄作用，大量截流水进入河道污染河道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用水质水量进行截流排水调度的方法，对截流系统和排水系统进行优化调度，利用截流系统的水质水量数据科学的调度整个排水过程，最终实现从源头上控制雨水量的进入，减少雨水进入污水系统，避免污水排水系统过载，最大化的减少污染入河。

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用水质水量进行截流排水调度的方法，包括以下步骤：

一、对整个排水系统进行调研和踏勘，获取基础资料；

二、调研晴天和雨天时截流系统的实际运行情况；

三、建立截流排水调度模型；

四、在各个截流井和污水泵站内均安装水质、水位、水量监测设备，并对各泵机、闸门进行远程控制；

五、利用水质、水位、水量监测设备监测的数据以及所述调度模型，制定实际的调度方案；

六、执行调度方案。

较佳地，所述整个排水系统包括依次连接的截流系统和污水排水系统，所述步骤(一)获取的基础资料包括：

所述截流系统的基础资料，其包括

截流管网的cad图、埋设深度、管径、走向、长度、材质、起始截流检查井和终点截流检查井；

截流检查井的标高、深度、警戒线和危险线；

截流井的标高、深度、闸门、泵机、格栅、警戒线、危险线和控制规则；

所述污水排水系统的基础资料，其包括

污水管网的埋设深度、管径、走向、长度、材质、起始污水检查井和终点污水检查井；

污水检查井的标高、深度、警戒线、危险线；

污水泵站的标高、调蓄池深度、调蓄池底面积、泵机、格栅、闸门和控制规则；

污水处理厂的允许最大入厂流量和入厂水质要求。

较佳地，在所述步骤二中，在现场对各个截流井以及各个截流井内泵机、闸门进行调研，获取晴天和雨天时各截流井的水质、水位和水量以及对应泵机、闸门的运行情况：

在晴天时，获取上午九点到十点、中午十二点到一点、晚上二十点到二十一点以及凌晨两点到三点的各截流井的水质、水位和水量以及对应泵机、闸门的运行情况；

在雨天时，获取雨前两小时、降雨后两小时、降雨后六小时的各截流井的水质、水位和水量以及对应泵机、闸门的运行情况。

较佳地，在所述步骤三中，所述调度模型的建立方法包括：先建立排水模型，再根据所述排水模型，获取整个排水系统的上下游关系，并设定运行条件，所述运行条件包括：

(1)单位时间污水泵站输送污水的量不能超过其最大输送量；

(2)单位时间进入污水泵站的污水浓度越高，调度越好；

(3)多个截流井向下游污水管网输送污水时，污染物浓度高的优先排放。

较佳地，所述调度模型的建立方法为：

根据所述步骤一获取的基础资料，在swmm或者infowork上建立所述排水模型，并通过输入所述步骤二调研的雨型和运行条件，验证在对应的雨型下运行条件是否会产生严重风险，模拟结果若风险可控，则进行应用对应的调度规则，不符合则调整运行条件直到风险可控。

较佳地，在所述步骤四中，还包括：在服务片区中安装能表征该片区降雨强度的雨量检测设备，通过所述雨量检测设备获取该片区的降雨量数据。

较佳地，在所述步骤五中，通过在各个截流井和污水泵站内安装水质、水位、水量监测设备，实时获取各截流井和污水泵站的水位、水质和水量，并利用所述步骤二采集的截流系统的实际运行数据，依据水位、水质和水量对各个截流井和污水泵站的泵机和闸门控制的影响大小，对各个设施管控的参数进行评估，选择各个截流井和污水泵站需要管控的参数指标，所述参考指标包括：

各个截流井和污水泵站的水位和水质；

各个泵机的出水流量；

该服务片区的降雨量数据。

较佳地，在所述步骤五中，将水质、水位、水量监测设备监测的数据代入所述调度模型的运算中，以获取实际的调度方案；所述调度模型的运算包括：

(1)运算参数

污水泵站单位时间允许输送的最大输送量：

各个截流井单位时间的排放量：qjlk，其通过安装在各个截流井内的水量监测设备单位时间监测而得的水量；

各个截流井的水质浓度：cjlr，其通过安装在各个截流井内的水质监测设备监测而得；

污水泵站的水质浓度：cbzn，其通过安装在污水泵站内的水质监测设备监测而得；

(2)运算方程

污水泵站接收水量需要小于等于其允许输送的最大水量，即：

各个截流井的污染物浓度高的优先排，浓度低的在满足浓度高的优先排放的条件下，按照污水泵站最大的允许输送量减去优先排放的量的流量差值决定截流井是否能向污水泵站排放，即按照各个截流井的水质浓度进行排序，浓度高的截流井最大能力排水，依次相加，直到达到污水泵站的最大排水能力的时候，这个截流井按照污水泵站允许输送最大水量减去已经优先排放的总和的差值范围内输送，浓度更低的则不排放，即当：

cjl1≥cjl2≥......cjlm≥......cjln

若

且

第1到m-1截流井的排放量为qjlk，

第m个截流井允许排放的最大量为：

第m+1到n的截流井排放量为0；

(3)截流井的水位作为排放的控制依据

各个截流井的水位通过各个截流井内的水位监测设备测得，为每个截流井设定最低液位和最高液位，若一截流井的水位到达其最低液位时，则控制该截流井内的泵机停止抽水；若该截流井的水位达到最高液位时，则对该截流井进行溢流报警。

较佳地，在所述步骤六中，根据降雨量启动调度方案：依照监测的降雨数据，在降雨后自动启动降雨时候的调度方案，并在雨后，当截流系统的水均能被接收时，则停止调度方案。

较佳地，在所述步骤六中，各个截流井按照各自监测的水位和水质数据，一旦达到了调度方案中各自要求的运行区间，就执行对应而的调度，控制对应的泵机和闸门的运行。

较佳地，还包括：

七、整理细化调度方案

将调度结果进行分析，获取出常规通用的调度预案，在监测数据失真或者失联的时候，通过人工进行调度。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

本发明提供一套科学的截流系统和污水排水系统联合调度的方法，利用排水模型和关键指标的监测监控，实时调度截流系统和污水排水系统，实现截流水科学的排放到污水排水系统或者河道中；

本发明是利用建立调度模型来进行模拟，并依照调度模型的调度要求进行布点监测，利用监测的水位、水质和水量实时数据，通过总控收纳污水量最大的计算方式，差别化收集各个截流井的污水，实现智慧截流排水；

本发明更加便捷方便，可操作性好，能通过多次的对比评估，更加细化调度，积累更多的调度经验；

本发明的关键是利用上下游关系以及实时监测的数据，围绕调度目的进行科学的指挥，在运行过程总不仅按照本身的环境和状态还会根据上下游状态以及总量依照模型控制规则进行调度，避免顾此失彼，解决一个问题带来其他问题甚至得不偿失的情况发生；

本发明是将科学的模型运算与实时监控相结合，不仅能科学的指挥调度，还能在通过监管发现调度异常的情况，利用数据上下游关系和逻辑运算，通过相关调度监测数据的结果反向推论调度是否正常，以及对调度的优化。

附图说明

图1为本发明优选实施例所述的整个排水系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。

一种利用水质水量进行截流排水调度的方法，包括以下步骤：

一、对整个排水系统进行调研和踏勘，获取基础资料；

请参考图1，所述整个排水系统包括依次连接的截流系统和污水排水系统，所述截流系统包括截流管网、截流检查井和截流井，所述污水排水系统包括污水管网、排水检查井、排水泵站和污水处理厂，一个截流井的服务区内一般具有多个检查井，每个服务区域内的多个检查井通过截流管网向该服务区的截流井汇流，再通过截流井内泵机的运行，将水排向污水管网，流经污水管网的污水汇集到污水泵站，再通过污水泵站输送到污水处理厂。

在本步骤一中，所述基础资料包括：

所述截流系统的基础资料，其包括

截流管网的cad图、埋设深度、管径、走向、长度、材质、起始截流检查井和终点截流检查井；

截流检查井的标高、深度、警戒线和危险线；

截流井的标高、深度、闸门、泵机、格栅、警戒线、危险线和控制规则；

所述污水排水系统的基础资料，其包括

污水管网的埋设深度、管径、走向、长度、材质、起始污水检查井和终点污水检查井；

污水检查井的标高、深度、警戒线、危险线；

污水泵站的标高、调蓄池深度、调蓄池底面积、泵机、格栅、闸门和控制规则；

污水处理厂的允许最大入厂流量和入厂水质要求。

二、调研晴天和雨天时截流系统的实际运行情况；

在此步骤二中，在现场对各个截流井以及各个截流井内泵机、闸门进行调研，获取晴天和雨天时各截流井的水质、水位和水量(流量)以及对应泵机、闸门的运行情况：

在晴天时，获取上午九点到十点、中午十二点到一点、晚上二十点到二十一点以及凌晨两点到三点的各截流井的水质、水位和水量(流量)以及对应泵机、闸门的运行情况；

在雨天时，获取雨前两小时、降雨后两小时、降雨后六小时的各截流井的水质、水位和水量(流量)以及对应泵机、闸门的运行情况。

在本步骤中，获取的晴天和雨天时各截流井的水质、水位和水量(流量)均为估算值，根据基础资料和实际天气情况估算得来，各个数值分别对应着各个泵机和闸门的运行情况；

三、建立截流排水调度模型；

在所述步骤三中，所述调度模型的建立方法包括：先建立排水模型，再根据所述排水模型，获取整个排水系统的上下游关系，并设定运行条件，所述运行条件包括：

(1)单位时间污水泵站输送污水的量不能超过其最大输送量；

(2)单位时间进入污水泵站的污水浓度越高，调度越好；

(3)多个截流井向下游污水管网输送污水时，污染物浓度高的优先排放。

所述调度模型的建立方法为：根据所述步骤一获取的基础资料，在swmm或者infowork上建立所述排水模型，并通过输入所述步骤二调研的雨型和运行条件，验证在对应的雨型下运行条件是否会产生严重风险，其中利用模型进行模拟运行目前已经是行业里面非常熟练的过程，这里不做赘述；模拟结果若风险可控则进行应用对应的调度规则，不符合则调整运行条件直到风险可控。

四、在各个截流井和污水泵站内均安装水质、水位、水量监测设备，并对各泵机、闸门进行远程控制；

在本步骤中，在各个截流井和污水泵站内均安装用于实时监测水质、水位和水量的监测设备，并对各个泵机、闸门进行远程控制，如果有的泵机和闸门原先不能进行远程控制，则需要对这些泵机和闸门进行改造，使其可以被远程控制。

在本步骤中，还包括：在服务片区中安装能表征该片区降雨强度的雨量检测设备，通过所述雨量检测设备获取该片区的降雨量数据。

水质监测设备用于监测对应设施的水质浓度，水位监测设备用于监测对应设施的水位，水量检测设备用于监测对应设施的流量。

五、利用水质、水位、水量监测设备监测的数据以及所述调度模型，制定出实际的调度方案；

在此步骤五中，通过在各个截流井和污水泵站内安装水质、水位、水量监测设备，实时获取各截流井和污水泵站的水位、水质和水量，并利用所述步骤二采集的截流系统的实际运行数据，依据水位、水质和水量对各个截流井和污水泵站的泵机和闸门控制的影响大小，对各个设施管控的参数进行评估，选择各个截流井和污水泵站需要管控的参数指标，在本实施例中，所述参考指标包括：

各个截流井和污水泵站的水位和水质；

各个泵机的出水流量；

该服务片区的降雨量数据。

在各个截流井的水质监测时，从经济角度出发，常规可定为ss、do和氧化还原电位，也可以增设cod、氨氮。

在此步骤五中，将水质、水位、水量监测设备监测的数据代入所述调度模型的运算中，以获取实际的调度方案；所述调度模型的运算包括：

(1)运算参数

污水泵站单位时间允许输送的最大输送量：

各个截流井单位时间的排放量：qjlk，其通过安装在各个截流井内的水量监测设备单位时间监测而得的水量；

各个截流井的水质浓度：cjlr，其通过安装在各个截流井内的水质监测设备监测而得；

污水泵站的水质浓度：cbzn，其通过安装在污水泵站内的水质监测设备监测而得；

(2)运算方程

污水泵站接收水量需要小于等于其允许输送的最大水量，即：

各个截流井的污染物浓度高的优先排，浓度低的在满足浓度高的优先排放的条件下，按照污水泵站最大的允许输送量减去优先排放的量的流量差值决定截流井是否能向污水泵站排放，即按照各个截流井的水质浓度进行排序，浓度高的截流井最大能力排水，依次相加，直到达到污水泵站的最大排水能力的时候，这个截流井按照污水泵站允许输送最大水量减去已经优先排放的总和的差值范围内输送，浓度更低的则不排放，即当：

cjl1≥cjl2≥......cjlm≥......cjln

若

且

第1到m-1截流井的排放量为qjlk，

第m个截流井允许排放的最大量为：

第m+1到n的截流井排放量为0；

(3)截流井的水位作为排放的控制依据

各个截流井的水位通过各个截流井内的水位监测设备测得，为每个截流井设定最低液位和最高液位，若一截流井的水位到达其最低液位时，则控制该截流井内的泵机停止抽水；若该截流井的水位达到最高液位时，则进行溢流报警。

六、执行调度方案

1、按照降雨量启动调度方案

依照监测的降雨数据，在降雨后自动启动降雨时候的调度方案，并在雨后，当截流系统的水均能被接收时，则停止调度方案。

2、按照调度过程

各个截流井按照各自监测的水位和水质数据，一旦达到了调度方案中各自要求的运行区间，就执行对应而的调度方案，控制对应的泵机和闸门的运行，实现开关泵机和闸门的调度目标。

七、整理细化调度方案

将调度结果进行分析，获取出常规通用的调度预案，在监测数据失真或者监测设备失联的时候，通过人工进行调度。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。