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关于模型论文范文检索 与合流管溢流频率、水质、水量、降雨等多因素计算分析模型以南宁竹排江流域为例有关论文范文检索

版权:原创标记原创 主题:模型范文 类别:学年论文 2024-01-31

《合流管溢流频率、水质、水量、降雨等多因素计算分析模型以南宁竹排江流域为例》

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【摘 要】排水系统是一个数据量大、拓扑结构复杂的网络系统,处于不断的更新、扩展和改造中.本文以南宁竹排江流域为例,对排水系统的关键节点部署传感器等物联网智能传感系统,并建立实时监测系统.通过排水管网模型系统进行验证,建立多情境下的模型,对排水规律、运行风险等情景下进行模拟计算,以评估不同情境下排水系统的运行状态,从而指导城市排水管网系统管理、维护、设计和规划.

【关键词】在线监测;排水模型;评估

1. 项目概述

1.1 项目建设背景

竹排江流域(含南湖)属于南宁海绵城市示范区中合流制溢流污染控制与初期雨水污染防治示范区,区域内溢流污染及径流污染的削减、控制对实现南宁海绵城市建设总体目标起着关键的作用.按照《南宁市海绵城市总体规划》中对海绵功能区生态敏感性的评价,南湖属于生态高度敏感区,该敏感区水环境质量较差,均为劣V 类,已严重影响城市居民的生活质量.南宁城区有相当一部分城市排水管网为合流制,下雨时经常会发生管网溢流,不仅污染了受纳水体,对人们的生活产生了不利影响,随着人们对水污染和水环境认识的不断深入,合流制管网溢流污染控制引起了越来越多的重视.

1.2 项目建设目标

南宁竹排江流域( 含南湖) 合流管分析模型项目,基于动态模型、物联网、Web、GIS、数据库等技术理念,以推动南宁市海绵城市示范区及“中国水城”水域有效监管为导向,利用流量计、液位计等在线设备,构建竹排江流域(含南湖)监测及检测体系,同时搭建南宁竹排江流域(含南湖)排水系统动态仿真模型,实现监测与模型的综合应用.基于监测及检测数据进行区域的排水规律分析、漫溢风险分析、场次降雨径流量分析以及水质检测数据分析,为海绵城市的建设提供数据基础.

. 项目系统建设

本项目充分利用在线监测及检测数据,基于管网及地形实际构建南宁竹排江流域(含南湖)合流管排水模型,辅助进行排水整体运行负荷及问题识别,为南宁城市排水系统整体排水能力评估、内涝风险分析、河道水位对排口顶托分析评估等提供工具,为海绵城市建设和运行提供技术支撑.该项目应用系统具体包括排水管网模拟系统、设施信息管理系统、在线监测及检测数据管理子系统、分析结果可视化展示子系统等主要功能.

2.1 排水管网模拟子系统

排水管网模拟系统为模型构建提供工具和平台.具有管网数据管理、模拟参数设置与率定、模拟运行与结果管理、模拟结果表达等功能.

排水管网模拟系统总体技术要求如下:

1)模型分析系统采用C/S 系统模式;

2)具备模拟参数设置功能,支持气象数据、降雨数据、汇水区特征数据等所有与模拟相关的参数的设置功能;

3)支持多种格式数据录入、编辑功能;

4)具备模型参数率定功能,保证模型的可靠性和现势性;

5)能够进行管网流速、流量、水深等指标的模拟分析及模拟结果的动态播放,提供多种直观的模拟结果表达方式;

6)能够进行城市地表积水模拟分析及灾害评估;能够对城市LID 设施建设后的效果进行预评估.

2.1.1 模拟运行评估与计算

模拟运行与结果管理对每一次管网模拟运行情况进行统一管理维护与计算评估,并直观展示评估与计算结果,有利于对模拟结果的查询和浏览,以及为多情景模拟结果对比等高级扩展功能提供数据支持.

2.1.2 模拟结果管理与表达

管网模拟结果管理将列出所有模拟结果的列表,方便用户在各个模拟结果之间进行切换和查看.模拟结果表达实现模拟结果数据可视化的显示,方便用户快速查阅某一管网设施节点或管道的模拟运行状态,并支持动态展示整个模拟运行状况;实现整个管网中任意一个节点或者管道的流量曲线、管道内水位高低、模拟结果在某一时间的具体数据等进行动态展示.

2.2 设施信息管理子系统

设施信息管理子系统借助GIS 技术,集成基础的地图浏览、查询、统计等功能,实现设施数据的可视表达、图文一体化查询、信息展示、数据统计、设施数据纠正、空间分析等功能,实现对排水设施有效、精细化的管理,并为其他业务管理系统提供统一的接口和服务.

2.3 在线监测及检测数据管理子系统

在线监测及检测数据管理子系统对排水管网24h 连续监测,使管理人员能够准确掌握管网中关键节点的液位、流量、流速等在线监测数据,及时发现排水管网的溢流、淤积、堵塞和泵站与闸门运行异常等风险.此外,系统支持水质化验数据的填报和查看,并支持实时监测数据管理、报警管理、监测设备管理和微信服务管理等功能.

2.4 分析结果可视化展示子系统

分析结果可视化展示子系统支持模拟情景的统一管理和维护,实现排水系统规律分析、排水能力分析、内涝风险评估、合流制溢流风险评估、河道水位对排口顶托分析评估及其可视化展示.

2.4.1 排水系统规律分析

基于长期连续监测数据,可以识别监测管段的流量液位变化规律,为进一步分析和问题识别提供依据.

如下图所示为南宁市广西人民出版社门前监测点的降雨- 流量- 液位连续两个半月的变化曲线,而通过与降雨叠加分析可知,该污水管道在降雨后存在明显液位升高,管网负荷加大的情况,可能存在管网破损或雨污混接等问题,有漫溢风险.

2.4.2 区域排水能力评估

采用排水管网模拟系统中“管道平均过载倍数”指标进行管道过载情况统计分析,对于平均过载倍数(峰值)大于1(不包括等于1)的雨水和合流制管道,均视为过载.

2.4.3 区域内涝风险评估

南宁市内涝防治标准为50 年一遇,针对50 年一遇长历时降雨情景进行动态模拟,获取淹水区域的淹水深度、淹水流速、淹水范围和淹没时间等信息.

2.4.4 区域合流制溢流分析

目前南宁旧城区尚有大量的雨污合流制管网,且合流制排水管网的截流倍数较低,如南宁市南湖附近的截流倍数仅为1.3左右,管道设计容量小.强降雨天气条件下很容易造成污水外溢,年溢流频率达到50-60 次,污染物地表径流直接排入城市内河,造成内河的污染.

2.4.5 河道水位对排口顶托分析评估

在重现期为2 年的降雨下,进行两种模拟情景的城市排水管网与内部河道耦合分析,均模拟3 个小时.选取河道桩号为Z0+160 和Z1+080 的两点,绘制两种情景下的河道水位对比线,如下图所示.通过排放口淹没常水位的设置,实现了河道水位的调控.

南宁市邕宁水利枢纽建成前后,虽然南宁市竹排江下游水位上涨,对排口造成一定程度的顶托,但是并没有影响管网的排水能力.

. 结论

3.1 模型搭建成果

基于南宁市南湖周边区域管网测绘数据,进行标准化处理及手动录入,对现有管网测绘数据连接关系、数据完整性等进行检查,基于区域土地利用类型、地面高程等数据,进行雨水系统汇水区划分,结合示范区特点及模型构建经验进行模型参数设置, 完成区域排水管网理论模型构建,模型共包括检查井12438 个,管道237.745km,汇水区3598 个.建模范围内部分区域存在管道逆坡的结构性问题,在一定程度上会影响城市排水通畅,造成上游管道过载.

3.2 区域排水风险

通过分析结果可知,在旱天情景下,除了南宁市双拥路汇金苑小区前监测点和南宁市金湖广场北侧监测点出现过载外,其余监测点均不过载,也不存在漫溢风险;在降雨情景下,除了上述两处监测点外,另有南宁市金洲路区政府宿舍周边监测点出现过载.上述过载监测点的溢流风险指数均小于0.5,属于低风险等级.

同时,南宁市长湖路与金湖北路交叉口监测点、望园路与茶花园路交叉口监测点、金洲路区政府宿舍监测点、滨湖北路与贤宾路交口监测点的液位在降雨过程中均有升高,说明这些污水管道存在雨水入流或雨污混接等现象,需在降雨时加强对这些管道的监测维护.

3.3 排水系统模型评估

区域排水系统在1 年一遇2h、2 年一遇2h、3 年一遇2h、5 年一遇2h 降雨情景下,过载管道分别占比37.66%、42.64%、44.87%、47.60%.

建模区域在50 年一遇24h 降雨设计工况下,部分道路及低洼地区出现积水,根据内涝风险评估方法,内涝低风险区面积为0.155 km2,占建模区域面积1.29%;内涝中风险区域约0.014km2,占建模区域面积0.12%;内涝高风险区面积0.043km2,占建模区域面积0.36%.

3.4 河道水位顶托分析

根据概化的模型,模拟南宁市邕宁水利枢纽建成前后对南宁市竹排江河道水位和管网排水能力的影响进行评估,评估结果表明南宁市邕宁水利枢纽建成后,南宁市竹排江下游水位有所上涨,对排口造成一定程度的顶托,但是对管网的排水能力影响甚微.

模型论文参考资料:

论文模型

建筑模型论文

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