一种可变初期雨水弃流控制系统、控制方法及构建方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可变初期雨水弃流控制系统、控制方法及构建方法，控制系统包括气象接收系统、控制器和弃流装置；所述气象接收系统将接收的天气预报和实时的气象数据传输至所述控制器；所述控制器根据本次降雨与上次降雨的间隔天数、所述天气预报所获取的降雨强度、降雨初期污染物浓度变化情况和雨水径流过程中t时刻相应污染物浓度之间的相互关系，确定满足各所述相应污染物浓度要求的弃流时间点，并控制所述弃流装置在所述弃流时间点停止弃流，开始收集雨水径流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可变初期雨水弃流控制系统、控制方法及构建方法。
技术介绍
进入21世纪来,随着工农业社会的不断发展,水资源问题逐渐成为制约人类社会发展的主要因素。由于降雨初期，雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后，又由于冲刷屋面、沥青混凝土道路等，使得前期雨水中含有大量的污染物质，前期雨水的污染程度较高，甚至超出普通城市污水的污染程度，该结论称为初期淋洗效应。因此雨水收集利用中一般利用雨水弃流装置对初期雨水进行弃流,后期雨水经过简单处理进入蓄水设施，以便利用。现有的初期雨水弃流装置主要有弃流雨水池、切换式或小管弃流井、自动翻板式初雨分离器和跳跃堰式雨水分流井等不同形式。弃流雨水池是将初期雨水先流入相应容积的池体内并储存，当存储的初期雨水达到一定体积后，雨水开始流入回收雨水收集系统。切换式或小管弃流井是在雨水检查井中同时埋设连接下游雨水井和下游污水井的两根排水管，两根排水管之间的切换需设置简易手动闸阀或自动闸阀完成。自动翻板式初雨分离器是利用自动翻转的翻板进行弃流。没有雨水时，翻板处于弃流管位置，降雨开始后，初雨沿翻板经过弃流管排走。随着降雨的增多，翻板依靠重力会自动反转，雨水沿翻板经过雨水收集管进入蓄水池。当停止降雨一定时间后翻板依靠重力作用自动恢复原位，等待下一次降雨。跳跃堰式雨水分流井是依靠堰板将初期雨水分离的装置。降雨初期，雨水通过排水管流出的抛物线射流被堰板阻隔，从弃流管流出；随着降雨过程径流量的加大，抛物线射流越过堰板，从出水管流中被收集起来，从而达到初期雨水弃流的目的。跳跃堰式雨水分流井不能收集降雨后期小雨量的雨水，且降雨初期雨量较大时初期雨水将越过堰板而无法弃流。中国专利CN104594492A公开了一种雨水弃流系统及控制方法，该系统包括水质在线检测仪、弃流控制器、弃流池、排出装置、水质型弃流装置和蓄水池：水质在线检测仪设置在弃流池内或其与雨水收集管网连接的进水管路上；排出装置和水质型弃流装置均设置在弃流池上；蓄水池通过水质型弃流装置与弃流池连接；弃流控制器根据水质在线检测仪的检测结果控制排出装置和水质型弃流装置的开闭。其缺点一是水质在线检测仪器设备及运行成本费用较高；二是所能检测的水质指标受检测仪器的局限，一种水质在线检测仪器只
能检测为数不多的几种固定的污染物指标，对于其他污染物指标的情况则无法在线检测，不能适应对所收集的雨水水质有较高要求的情况。目前的弃流装置普遍存在以下缺点：1、一次降雨的弃流量应该取决于弃流时间所对应的污染物浓度情况，而污染物浓度情况与该次降雨所处的季节、降雨强度、持续时间以及与上一次降雨的间隔天数均有一定的相关性，即所需的弃流量或弃流时间是随以上各因素的变化而变化，是一个变化的量。目前的弃流控制装置在决定弃流量或弃流时间时，无法全面反映以上各因素的影响，导致雨水初期的弃流量不尽科学。2、对于一些能够实现自动弃流的控制装置，需要较多的用以监控、检测的电气元件或自动水质检测仪器对降雨情况、水质状况进行信息采集及检测，通过监测元件的反馈情况来决定弃流量。这种方式一方面会大大增加雨水搜集设施的费用及运行成本，另一方面存在电气元件容易损坏、寿命较短以致整套雨水搜集设施的稳定性变弱的缺点。3、一般的弃流控制系统不能从本次降雨所处时间、降雨雨强、降雨持续时间、本次降雨与上次降雨时间间隔等反映降雨径流对水质的影响，而且不能确定所收集雨水的各项更加精细化的水质指标。此外，一般的气象站能够实时监测到当前的气象情况，能够及时获取相关的气象数据。但是目前的弃流装置均没有考虑到应用气象站所获取的数据这一资源，不能做到资源共享。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可变初期雨水弃流控制系统、控制方法及构建方法。为了达成上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可变初期雨水弃流控制系统，包括气象接收系统、控制器和弃流装置；所述气象接收系统将接收的天气预报和实时的气象数据传输至所述控制器；所述控制器根据所述天气预报和所述气象数据，确定所收集雨水的各相应污染物浓度均满足要求的弃流时间点，并控制所述弃流装置在所述弃流时间点停止弃流，开始收集雨水。利用气象接收系统可以将天气预报和实时的气象数据直接传输给控制器，减少了弃流装置单独配备雨量监测装置的成本，有利于数据资源的共享。控制器根据影响污染物浓度的各因素之间的相关关系确定弃流时间，可以全面反应影响雨水污染物浓度的各相关因素，既能保证所收集雨水的水质，又能实现雨水的充分收集，使得弃流量或弃流时间点的确定更加科学。所述控制器为PLC可编程控制器或者单片机或者微程序控制器。所述气象接收系统是从气象数据管理中心接收所述天气预报和气象实时数据的气象接收系统。所述气象接收系统，包括客户端、GPRS猫。客户端内有气象数据接收软件，该气象接收系统可从气象部门或水文部门购买。所述气象数据包括实时监测的降雨量、降雨强度和持续的降雨时间、两场降雨的时间间隔等。由于是专业设备获取的气象数据，因此所获取的气象数据更加及时和准确，且成本低廉。所述控制器根据拟合经验公式确定弃流时间点，所述拟合经验公式体现本次降雨所处的时段、降雨间隔天数、降雨强度、降雨持续时间、降雨初期雨水径流中污染物浓度变化情况和t时刻相应污染物浓度之间的相互关系，所述拟合经验公式是根据在该地的多场次降雨各要素(降雨所处的时段、降雨间隔天数、降雨强度、降雨持续时间等)及对应的所采集的降雨径流水样经检测、数据统计等分析，通过数学方法拟合得出。所述拟合经验公式为其中，Cti为雨水径流中第i种污染物指标t时刻的浓度；ki为表征某污染物指标随降雨强度、汇水下垫面性质变化而变化的综合因素系数，是根据已有的实验资料经统计分析得出的经验系数，不同的降雨强度及不同的汇水下垫面对应不同的ki值大小；t为形成径流后的降雨持续时间；C0i是雨水径流中的某种污染物指标的初始浓度，而C0i＝aix+bi-1，可通过多次实测的降雨径流污染物初始浓度与对应的降雨间隔天数建立相关分析，得出线性回归方程，x为两场降雨间隔天数，ai为统计所得的该时段雨水径流中某种污染物指标平均单日浓度变化值，在一个时段的ai值不变，不同时段的ai值不同，bi-1为上次单场降雨后记录浓度值。使用时，这些拟合经验公式及相关参数需要输入到可编程控制器，通过编程使控制器实现根据气象接收系统从气象站接收所述天气预报和气象实时数据进行对公式及经验系数的选择。所述拟合经验公式根据降雨在一年中所处的不同的时段，分别统计、拟合采样检测所得各污染物指标数据而得出。所述拟合经验公式对于某污染物指标所在阶段降雨分不同降雨强度及持续时间对经验系数ki进行归纳总结，建立ki随降雨强度及持续时间变化而变化的对应经验公式，采用内插的方法确定某一污染物指标在某一时段的ki值。所述相应污染物指标为根据所收集雨水的水质需求所设定的一种或多种污染物指标。所述弃流时间点为所有所述相应污染物指标浓度均满足相关浓度要求的最短时间。所述相应污染物指标的相关浓度要求根据后期雨水资源利用对水质需求的不同而调整。所述弃流时间点可根据后期集雨及降雨污染物变化情况通过所述控制器进行实时调整。所述弃流装置主要为可控制的机械弃流装置，通过控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：包括气象接收系统、控制器和弃流装置；所述气象接收系统将接收天气预报和实时的气象数据传输至所述控制器；所述控制器根据降雨间隔天数及所述天气预报和所述气象数据确定所收集雨水的各相应污染物浓度均满足要求的弃流时间点，并控制所述弃流装置在所述弃流时间点停止弃流，开始收集雨水。

【技术特征摘要】
1.一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：包括气象接收系统、控制器和弃流装置；所述气象接收系统将接收天气预报和实时的气象数据传输至所述控制器；所述控制器根据降雨间隔天数及所述天气预报和所述气象数据确定所收集雨水的各相应污染物浓度均满足要求的弃流时间点，并控制所述弃流装置在所述弃流时间点停止弃流，开始收集雨水。2.根据权利要求1所述的一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：所述气象接收系统，可从气象站接收所述天气降雨预报和气象实时数据，所述气象实时数据包括实时监测的降雨量、降雨强度和降雨的持续时间。3.根据权利要求1所述的一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：所述控制器根据拟合经验公式确定弃流时间点，所述拟合经验公式体现本次降雨所处的时段、降雨间隔天数、降雨强度、降雨持续时间、降雨初期污染物浓度变化情况和雨水径流过程中t时刻相应污染物浓度之间的相互关系，所述拟合经验公式是根据在该地的降雨径流采集水样经实验室检测，统计分析检测数据通过拟合得出。4.根据权利要求3所述的一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：所述拟合经验公式为其中：Cti为雨水径流中第i种污染物指标t时刻的浓度；ki为表征某污染物指标随降雨强度、汇水下垫面性质变化而变化的综合因素系数，是根据已有的实验资料经统计分析得出的经验系数，不同的降雨强度及不同的汇水下垫面对应不同的ki值大小；t为形成径流后的降雨持续时间；C0i是雨水径流中的某种污染物指标的初始浓度，而C0i＝aix+bi-1，x为两场降雨间隔天数，ai为统计所得的该时段雨水径流中某种污染物指标平均单日浓度变化值，在一个时段的ai值不变，不同时段的ai值不同，bi-1为上次单场降雨后记录浓度值。5.根据权利要求3或4所述的一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：所述拟合经验公式是根据降雨在一年中所处的不同的时段，分别统计、拟合采样检测所得各污染物指标数据而得出。6.根据权利要求1或2或3所述的一种可变初期雨水弃流控制系统，其特征在于：所述相应污染物指标为根据所收集雨水径流的水质需求所设定的一种或几种污染物指标，所述弃流时间点为所有相应污染物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀玲，李鹏程，曹升乐，孙蓉，陈亮亮，苗兴皓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37