城市排水管网建模及其应用技术研究

城市排水管网建模及其应用技术研究

城市排水管网是城市的生命线工程,是现代化建设中必不可少的一环,是维持城市运转、保障城市居民正常生活的重要基础设施。随着城市的发展、人口的膨胀,城市排水管网承担的输水压力越来越大,管道中出现的问题也越来越多,管道溢流、管道渗漏、管道淤积以及分流制排水系统中存在的初期雨水污染等问题日益严重,给人们的生活带来了很多的不便,破坏了城市水环境,严重制约了城市的发展。

将城市排水管网模型与当前面临的各种突出问题相结合,可以为解决这些问题提供借鉴。针对当前我国的排水体制分类、各种排水体制的利弊及在当前排水体制下存在的诸多突出问题,通过对国内外排水管网模型对比,最终选择SWMM模型作为本研究所用模型。

系统阐述了SWMM的功能模块,并分别介绍了径流模块和输送模块的计算原理。对研究区域的自然地理、地形地貌、气候特征等基本情况进行了概述。

然后构建污水管网水力模型和雨水管网模型,对确定性参数进行概化,之后对初步建立的模型进行参数率定,建立相对准确的污水管网水力模型和雨水管网模型。评估研究区域当前污水管网的水力运行状况,根据模型模拟分析结果对管网进行了淤积诊断分析,并且对不同充满度和流速的管段的淤积程度进行了对比,发现模型模拟数据中流速和充满度可最直观的预测污水管网中易产生淤积管段,其中流速与充满度相比是主要预测依据,充满度是次要预测依据。

研究了不同淤积程度模拟情景下管道的水力状况,结果表明管道内淤积程度越严重,管道内流速越慢,充满度越大,节点水深也越高,同时这也会使管道更容易淤积。针对管道中的淤积问题,提出了相应的应对措施。

根据实际情况设计了雨水混接或错接入污水管网的模拟情景,并分析了在不同重现期下管网的水力运行状况及混接后对污水管网的影响。在系统分析SWMM 模型中实现截流控制的原理及截流量确定方法的基础上,详细探讨了初期雨水流入之后污水管网中的水力状况,并且研究了通过不同方式设置的初期雨水调蓄池对管网的调节作用。

研究表明,通过在污水主干管节点赋予径流量时间序列的方法来实现在SWMM模型中对初期雨水的截流控制,可逐步找出污水管网对初期雨水受纳能力的极限,从而确定某区域合理的初期雨水截流量。当设置较高的截流量时,发现在溢流节点位置附近分别设置初期雨水调蓄池,比在上游或下游设一个较大容积的初期雨水调蓄池的调控效果要好。

前者不但可以有效调控节点的溢流情况,而且可以大幅减小管网末端在初期雨水流入时的峰值流量;后者只能对上游或下游附近的节点起作用,且对初期雨水流入时管网末端的流量调控作用较弱。