一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法，包含以下步骤：步骤A：采用SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，得到污水输送隧道的流速过程线与SS浓度过程线；步骤B：计算管道淤积厚度；步骤C：制定淤积风险权重表；步骤D：分别根据污水输送隧道的SWMM水动力模型及淤积模型计算出来的淤积厚度、管道流速、SS浓度查询淤积风险权重表，得到上述三类风险项的风险等级；步骤E：最终根据三类风险项的风险等级与权重赋值，计算深隧的淤积风险值。本发明专利技术所需参数较少、计算速度快，且无需历史清淤数据支撑，能够适用于污水深隧的特殊应用场景，对污水深隧运行中的淤积风险较高管段进行评估，指导深隧调水清淤工作有针对性的开展。

【技术实现步骤摘要】
一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法
本专利技术涉及排水管道淤积风险模拟预测的
，尤其涉及一种基于SWMM技术的适用于深层污水输送隧道场景下的淤积风险评估的方法。
技术介绍
目前，城市排水管网是城市水环境治理的关键点。排水管网淤积降低了管道容量，由此带来管道高水位运行、雨季频繁溢流等问题。排水管网雨季沉积物主要来自于旱季污水中本身存在颗粒物，以及晴天时地面累计的灰尘、沙粒等颗粒物，在雨天时随地表径流进入排水系统。因此，对排水管道的淤积进行预测模拟，对于指导排水管道清淤作业、维护排水管道良好运行、控制合流制溢流带来的水环境污染具有重要意义。目前淤积模拟研究主要集中在河道、明渠、航道、水库等开放性水域，针对排水管网的淤积模拟评估研究较少，且主要围绕沉积物冲刷规律建立物理与数学模型，主要对沉积物总量进行模拟预测，而缺乏对沉积物易产生位置进行的预测。在已有的针对管道淤积预测的模拟研究中，主要由以下几类方法：1)借助上下游检查井的水位测试，基于水力模型，通过上下游的水头损失对淤积管道情况进行模拟预测，该种方法无法判断两个检查井之间淤积的具体位置，且对于污水深隧等特殊应用场景下，两个检查井之间间隔过远，则无法进行评估。2)借助Infoworks采用Achers-White模型，基于统计学原理在已有的运行数据上建立水力水质荷载数据模式，通过均值、方差、概率密度函数等数学特征值来描述波动性，该模型需要大量的拟合工作，缺乏对管道状态、来水水质波动情况的考虑，适用场景有限。3)借助Infoworks采用KUL模型，由剪切力计算和沉积-冲刷速率计算对淤积过程进行模拟。该种方法对流速变化不敏感，且参数较多，需要大量实验校准，因此模拟结果较为偏离实际。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种计算速度快、所需历史参数少的深层污水输送隧道的淤积风险评估方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A：采用SWMM水动力模型和SS(悬浮固体，SuspendedSolid)对流扩散模型，其中SS对流扩散模型不赋予降解系数，导入污水输送隧道的参数，得到污水输送隧道的管道流速、SS浓度、流速过程线与竖井液位过程线；步骤B：基于步骤A建立的污水输送隧道的SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，建立淤积模型进一步计算管道淤积厚度；步骤C：根据计算得到的淤积厚度、管道流速、SS浓度，制定淤积风险权重表，并为三类风险项进行权重赋值；步骤D：分别根据污水输送隧道的SWMM水动力模型及步骤(B)计算出来的淤积厚度、管道流速、SS浓度查询淤积风险权重表，得到上述三类风险项的风险等级；步骤E：最终根据三类风险项的风险等级与权重赋值，计算深隧的淤积风险值。按上述技术方案，步骤(A)中所述的污水输送隧道参数包括深隧节点和竖井的位置、标高，管道长度、半径、标高，预处理站的位置、污水入流流量、污水入流SS浓度与周期变化曲线。按上述技术方案，步骤B所述的淤积厚度计算包含沉积过程计算和冲刷再悬浮过程计算，计算公式如下：沉积过程：ms(t)＝mmax(v*(t-t0)/h)(1)其中ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量，kg；t为沉积时间，s；mmax为沉积物的最大沉积量，kg；v为淤积速度，m/s；h为水深，m；t0为沉积物体积为0的时刻。冲刷再悬浮过程：mw(t)＝k(v)*ms(t)(2)其中mw(t)为沉积物在时间t时被冲刷的量，kg；ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量，kg；t为沉积时间，s；k(v)为冲刷系数，由与流速v有关的曲线决定；沉积量的计算公式：V(t)＝(ms(t)-mw(t))/ρ(3)其中V(t)为沉积物在时间t时的沉积量，m3；mw(t)为沉积物在时间t时被冲刷的量，kg；ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量；ρ为沉积物密度，kg/m3。沉积厚度的计算公式：D(t)＝2r*alpha(4)其中D(t)为沉积物在时间t时的淤积厚度，m3；r为管道半径，m；alpha为计算系数，通过计算管道淤积系数ys查询alpha：ys＝V(t)/L/(πr2)*25(5)其中ys为管道淤积系数，无量纲，含义为淤积厚度与管道直径的比值；L为管道长度。按上述技术方案，步骤C所述的淤积风险权重表包含三个风险项：淤积厚度、管道流速、SS浓度；每个风险项分为5个风险等级，各个风险等级计算方式如下表所示：淤积风险权重表其中α1+α2+α3＝1；其中hs1，hs2，hs3，hs4v1、v2、v3、v4、css1、css2、css3、css4由使用者自己选定，没有具体要求。hs1为风险等级1对应的淤积厚度的上限，hs2为风险等级2对应的淤积厚度的上限，hs3为风险等级3对应的淤积厚度的上限，hs4为风险等级4对应的淤积厚度的上限；v1为风险等级1对应的流速的上限，v2为风险等级2对应的流速的上限，v3为风险等级3对应的流速的上限，v4为风险等级4对应的流速的上限；css1为风险等级1对应的SS浓度的上限，css2为风险等级2对应的SS浓度的上限，css3为风险等级3对应的SS浓度的上限，css4为风险等级4对应的SS浓度的上限。按上述技术方案，步骤E最终风险等级计算公式如下：R＝α1*Rs+α2*Rv+α3*Rss(6)其中，Rs为根据计算得到的淤积厚度在淤积风险权重表中查询得到的风险等级；Rv为根据计算得到的流速在淤积风险权重表中查询得到的风险等级；Rss为根据计算得到的SS浓度在淤积风险权重表中查询得到的风险等级。按上述技术方案，所述α1、α2、α3的取值范围分别为：0～1。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：本专利技术开发的基于SWMM技术的淤积风险评估的方法，所需参数较少(仅需深隧节点和竖井的位置、标高，管道长度、半径、标高，预处理站的位置、污水入流流量、污水入流SS浓度，悬浮固体的沉积速度、冲刷系数曲线)、计算速度快，且无需历史清淤数据支撑，能够适用于污水深隧的特殊应用场景，对污水深隧运行中的淤积风险较高管段进行预测，指导深隧调水清淤工作有针对性的开展。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的基于SWMM技术的深隧淤积风险评估方法的流程图；图2为本专利技术实施例所提供的基于SWMM技术的深隧淤积风险评估方法的模型图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种应用于武汉大东湖核心区污水传输系统工程深层隧道的淤积风险评估方法，包括：步骤A：采用SWMM建立水动力模型和SS对流扩散模型，导入污水输送隧道参数，包括深隧节点和竖井的位置、标高，管道长度、半径、标高，预处理站的位置、污水入流流量、污水入流SS浓度与周期变化曲线，管道曼尼系数设定为0.014，时间步长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法，其特征在于，包含以下步骤：/n步骤A：采用SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，其中SS对流扩散模型不赋予降解系数，导入污水输送隧道的参数，得到污水输送隧道的管道流速、SS浓度、流速过程线与竖井液位过程线；/n步骤B：基于步骤A建立的污水输送隧道的SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，建立淤积模型进一步计算管道淤积厚度；/n步骤C：根据计算得到的淤积厚度、管道流速、SS浓度，制定淤积风险权重表，并为三类风险项进行权重赋值；/n步骤D：分别根据污水输送隧道的SWMM水动力模型及步骤(B)计算出来的淤积厚度、管道流速、SS浓度查询淤积风险权重表，得到上述三类风险项的风险等级；/n步骤E：最终根据三类风险项的风险等级与权重赋值，计算深隧的淤积风险值。/n

【技术特征摘要】
1.一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤A：采用SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，其中SS对流扩散模型不赋予降解系数，导入污水输送隧道的参数，得到污水输送隧道的管道流速、SS浓度、流速过程线与竖井液位过程线；
步骤B：基于步骤A建立的污水输送隧道的SWMM水动力模型和SS对流扩散模型，建立淤积模型进一步计算管道淤积厚度；
步骤C：根据计算得到的淤积厚度、管道流速、SS浓度，制定淤积风险权重表，并为三类风险项进行权重赋值；
步骤D：分别根据污水输送隧道的SWMM水动力模型及步骤(B)计算出来的淤积厚度、管道流速、SS浓度查询淤积风险权重表，得到上述三类风险项的风险等级；
步骤E：最终根据三类风险项的风险等级与权重赋值，计算深隧的淤积风险值。


2.根据权利要求1所述的深层污水输送隧道的淤积风险评估方法，其特征在于：步骤(A)中所述的污水输送隧道参数包括深隧节点和竖井的位置、标高，管道长度、半径、标高，预处理站的位置、污水入流流量、污水入流SS浓度与周期变化曲线。


3.根据权利要求1所述的深隧管道淤积风险评估方法，其特征在于：步骤B所述的淤积厚度计算包含沉积过程计算和冲刷再悬浮过程计算，计算公式如下：
沉积过程：ms(t)＝mmax(v*(t-t0)/h)(1)
其中ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量，kg；t为沉积时间，s；mmax为沉积物的最大沉积量，kg；v为淤积速度，m/s；h为水深，m；t0为沉积物体积为0的时刻。
冲刷再悬浮过程：mw(t)＝k(v)*ms(t)(2)
其中mw(t)为沉积物在时间t时被冲刷的量，kg；ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量，kg；t为沉积时间，s；k(v)为冲刷系数，由与流速v有关的曲线决定；
沉积量的计算公式：V(t)＝(ms(t)-mw(t))/ρ(3)
其中V(t)为沉积物在时间t时的沉积量，m3；mw(t)为沉积物在时间t时被冲刷的量，kg；ms(t)为沉积物在时间t时的沉积量；ρ为沉积物密度，kg/m3。
沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮超，张延军，李胡爽，蔡义，尹炳森，
申请(专利权)人：中建三局绿色产业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42