Flow Simulation of Urban Sewer Networks

Flow in an urban drainage network is usually unsteady with backwater near junctions. The routing of hydrographs through a network is an important aspect of the design and analysis of urban drainage networks. Various numerical methods to analyze flow in urban drainage networks were compared and a new hybrid interpolation scheme was developed which combined time-line reachback interpolation, implicit interpolation and space-line interpolation. Numerical simulations show that the improved method more accurately models flows in urban drainage networks.

一维管网与二维地表双向耦合的城市暴雨内涝模拟

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为例,采用两次短历时降雨过程对耦合模型进行校准和验证,比较分析了单向、双向耦合的淹没范围与水深变化。结果表明:双向耦合模拟精度较高,在研究区具有良好的适用性;对于占比80%以上的轻度(<0.2m)积水区,单向、双向耦合的模拟积水面积比为1.21;对于中等(0.2~0.3 m)和重度(>0.3 m)积水区,单向耦合模拟结果趋于严重,该比值分别增至1.88和2.1。所构建的双向耦合模型能够揭示城区内涝积水、扩散及消退的全过程,可用于城市暴雨内涝推演,为内涝治理和灾害防御提供科学依据。

基于神经网络的排水管道破损诱发地陷风险评价

城市地面塌陷威胁居民生命财产安全,为甄别地面塌陷影响因素、筛查风险区域、减少潜在损失,建立了地面塌陷风险评价方法。以衡阳市为例,收集整理了排水管网基础数据,采用人工神经网络算法预测管网破损尺寸,并通过逻辑回归算法预测管网管周地面塌陷风险发生率。结果表明:人工神经网络模型训练集预测值与真实值的平均方差为0.026,逻辑回归模型预测的地面塌陷风险与管道破损位置高度相关;衡阳市城西排水分区及酃湖排水分区地面塌陷发生率高,地面塌陷诱因包括管道破损、路面荷载、极端降雨、高速水流等。研究成果可为长江中游城市管网管周地面塌陷的防治工作提供科学依据。

合流制排水系统降雨径流污染物的特性及来源

在昆明市典型合流制排水小区对降雨径流进出水水量、水质进行了研究,旨在揭示城市区域合流制排水系统中降雨径流不同来源的污染物特性及各个污染源的比例.分别监测了合流制排水系统日常污水以及4场降雨期间小区出口断面、街道、屋顶、庭院降雨径流的水量、水质.结果表明,人为干扰是影响城市径流污染物输出强度的主要因素,城市下垫面降雨径流污染物输出浓度顺序为:道路>庭院>屋顶,道路是城市面源污染的关键源区;道路次降雨径流量约25%,却产出了40%～80%的污染物,而屋顶次降雨径流量约50%,却仅有4%～30%的污染物负荷.合流制排水系统中管道沉积物在降雨期间的迁移是重要的污染源,4场降雨中管道沉积物的TN、TP、SS、COD和BOD5的污染贡献率在30%以上.降雨强度是影响管道沉积物输出的重要因素,在高强度降雨下,管道沉积物污染贡献率高50%以上.在不同的降雨特性条件下,合流制排水系统主导污染源有所不同.

城市污水管网污染物沉积与冲刷释放规律研究

为明确城市污水管网中污染物沉积、冲刷释放及微生物降解作用对有机物去除的贡献,以管网中城市污水为研究对象,通过建立有沉积与无沉积的模拟管道,在首次冲刷的理论基础上得到管道污染物沉积释放计算模型,进而研究了不同流量下有机污染物的沉积与冲刷释放规律,并对不同流量下进出水的粒径分布及颗粒组成进行分析。结果表明,在管道6 h水力循环条件下,当流速为0.32 m/s时,污水中有机物变化以沉积贡献为主;当流速增加为管网最小设计流速0.6 m/s时,污染物沉积现象得到显著改善,冲刷释放效应增强;当流速进一步增加为0.9 m/s时,冲刷释放成为主要作用,生物降解作用微弱。

无管网资料地区城市雨洪过程模拟研究

为解决由于城市管网数据难以获取导致的城市内涝模拟困难的问题,本文基于SWMM模型、二维TELEMAC-2D模型以及两者耦合的TSWM模型,以广州市猎德涌流域为例,利用不同概化方法构建无管网情景下的模型并与有管网情景的模型进行对比分析,探讨了不同概化方法的适用性。研究结果表明:有管网模型的一维流量与二维淹没水深结果与实测结果基本相符,证明该模型在研究区内有较好的可靠性;降雨折减法、下渗增加法、管网概化法在不同重现期下模拟的淹没范围与有管网情景的模拟结果具有较好的相关性,其中下渗增加法与有管网情景的相关系数最高,淹没范围与淹没水深也最为接近,表明该方法在高度城镇化的无管网资料地区有较好的适用性。

基于物联网的污水管网监控系统

针对城市化进程中城市污水管网治理的问题设计了一个基于物联网的城市污水管网监控系统。系统利用Arduino连接各个采集和上传数据的硬件,采用Eclipse开发分析数据的数据处理端,采用WampServer开发管理设备的Web端,实现了管网设备的数据定时上传、数据异常报警、监测数据动态曲线查看、历史数据查询和远程控制设备等功能,同时实现了24 h实时环境监控,提高了城市污水管网的治理效率。

西安市污水管网中沉积物特性研究

以西安市污水管网为研究对象,运用声呐探测与管道机器人相结合的方法,调研了城市污水管网沉积物的沉积与冲刷情况以及各级污水管网中沉积物的形成规律。结果表明,西安市城区80%的污水管道存在沉积现象,其中合流制管道较分流制管道更易于沉积。不同级别的管道沉积规律不同,平均沉积量呈现出"排水支管>干管>主干管"的分布规律;支管和干管的沉积量为主干管的2～3倍,支管沉积量分布较为分散,容易出现淤积堵塞情况,而主干管沉积量一般不超过10%,过流情况较好。沉积作用和冲刷作用是影响沉积物形成的主要因素,流速的变化影响管道污水中悬浮物的沉积与再悬浮,这一情况对于流速波动较大的排水支管和干管中沉积量的影响最为显著,而排水主干管则因流速相对稳定而沉积量变化较小。研究还发现,由于管道流态变化原因,排水管道汇流后比汇流前、拐弯后比拐弯前更容易发生沉积。

城市污水管网对水质的生化改善特性

研究建立了一套长1 200 m的城市污水模拟管网,分析研究了城市污水管网对水质的生化改善特性。研究表明,污水经过1 200 m管网输送后,水中TCOD、NO_3^--N和NH_3-N含量均发生了变化,其中TCOD、NO_3^--N含量分别由292~420 mg·L^(-1)、0.26~0.6 mg·L^(-1)降低至205~315 mg·L^(-1)、0.13~0.29 mg·L^(-1),NH3-N含量由31~50 mg·L^(-1)上升为35~66 mg·L^(-1)。采用三维荧光分析了水中有机物的变化情况,结果表明,蛋白质及腐殖质的含量均沿程减少,而蛋白质发生了蓝移,腐殖质则发生了红移,表明其物质的化学结构发生了改变。结合有机物的分子量分析可知污水中高分子量(蛋白质等)及部分中等分子量有机物(腐殖质)向小分子量有机物(乙酸等)转化。进一步的研究表明,管网中微生物改变了水中有机物的构成,将不饱和性有机物转变为易于生物利用的饱和性物质,从而提高了污水的生化性。

基于网络最大流的城市雨水管网系统脆弱性评价

为了对城市雨水管网系统进行针对性的改建,在暴雨天提高事故抢修速度,需要对城市雨水管网系统进行脆弱性评价并找出脆弱管段.首先介绍了城市雨水管网系统排出雨水的干扰因素,提出了城市雨水管网系统脆弱性的概念,并逐一分析了影响城市雨水管网系统的因素,综合考虑各方面因素,建立了城市雨水管网系统的脆弱性评价模型.在此基础上,结合图论中网络最大流理论,寻找城市雨水管网系统中的脆弱管段.最后以西安某高校的雨水管网系统为例进行研究,测得了该高校雨水管网系统的脆弱度为0.877,证明该区域雨水管网脆弱性较低,不易形成内涝,并找出该高校雨水管网的脆弱管段.

数字化管理在截流主管网系统的应用探析

结合国内市政排水管网数字化管理系统的研究与应用进展,以南方某城市沿江截流主管网为例,从提高资产管理效率、建立管道缺陷状况评价系统、建立管网运行模拟动态系统、建立在线监测系统、优化截流管网系统运行等功能需求出发,探析其数字化管理系统建设的思路。