[发明专利]基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法，涉及城市排水系统溢流污染控制技术领域，包括以下步骤：SWMM模型的构建、SWMM模型参数的率定及验证、降雨过程线的设计、溢流水量水质的模拟、确定雨水调蓄池的位置及数量、分布式雨水调蓄池优化模型的构建、分布式雨水调蓄池优化模型的求解、分布式雨水调蓄池体积的确定、Pareto最优曲线及拟合方程的获取。本发明针对雨天溢流污染严重、调蓄池截污效果不佳的现状，根据溢流水量水质过程线来设计雨水调蓄池的方法，合理地确定调蓄池的体积以实现截流污染物的最大化。

技术领域

本发明涉及城市排水系统溢流污染控制技术领域，尤其涉及基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法。

背景技术

随着我国城市污水处理基础设施的不断完善，污水纳管收集率不断提高，旱天污水直排河道的问题得到了有效解决。但是在雨天，超出管网设计截流倍数的溢流雨污水排放河道，形成冲击性污染负荷，造成雨天河道水质变差，是制约水环境质量改善的瓶颈问题。建设调蓄设施是削减排水系统溢流污染的有效技术手段，其基本原理是通过错峰调度的方式，将雨天超出管道截流能力的部分雨污水拦截储存，待降雨事件结束后将截流的雨污水输送到污水处理厂处理后排放。

我国发布《室外排水设计标准》(GB 50014-2021)和《城镇雨水调蓄工程技术规范》(GB 51174-2017)中，根据初期雨水截流规模来确定调蓄池容积，是一种基于水量的调蓄设施容积设计方法。该方法存在以下不足：一，未考虑降雨期间排水管道水质过程线的影响。受雨污混接、管道沉积物雨天冲刷等因素的影响，排水管道末端排放水质过程线表现出复杂的变化：既可能是降雨初期管道水质浓度高；也可能是降雨中后期管道水质浓度高。因此，传统的降雨初期截流的调蓄池工作方式可能无法最大程度地截流污染负荷。需综合考虑水量水质动态变化，实现调蓄设施对溢流污染负荷拦截的最大化。二，缺乏针对分布式调蓄池的优化设计方法。与发达国家不同，我国各地已建城区建筑密度大，因此大规模的可利用空间有限。如何因地制宜地利用分散式的城市可利用空间，基于最小的建设成本来实现雨天溢流污染控制目标，也是需要解决的问题。

因此，提出一种基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法，针对雨天溢流污染严重、调蓄池截污效果不佳的现状，根据溢流水量水质过程线来设计雨水调蓄池的方法，合理地确定调蓄池的体积以实现截留污染物的最大化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于溢流污染负荷控制的分布式雨水调蓄池优化设计方法，包括以下步骤：

S101.SWMM模型的构建步骤：构建SWMM模型，包括水文模块、水动力模块和水质模块；

S201.SWMM模型参数的率定及验证步骤：选取小雨、中雨、大雨三种典型降雨事件，至少监测m场有效降雨事件来进行SWMM模型参数的率定及验证，其中m≥3；

S301.降雨过程线设计步骤：利用芝加哥雨型生成降雨过程线，生成不同降雨重现期条件下的降雨强度-时间序列；

S401.溢流水量水质模拟步骤：基于率定后的SWMM模型模拟得到不同降雨重现期条件下的雨水管网末端排放口溢流水量水质随时间的变化曲线，以及未设置调蓄池时排口处污染负荷排放总量；

S501.雨水调蓄池位置及数量确定步骤：根据研究区域的土地利用类型，确定调蓄池的数量以及每个调蓄池所处的位置；

S601.分布式雨水调蓄池优化模型构建步骤：以调蓄池总体积最小化、溢流污染负荷削减最大化为优化目标，不同位置最大可利用土地面积为约束条件，不同位置调蓄池的体积为目标函数，构建分布式雨水调蓄池优化模型；