数字排水用于污水管网户线接入设计与评估
赵冬泉
1,2
，王浩正
1
，王瑀
3
，佟庆远
1
，陈吉宁
2
（
1.
北京清华城市规划设计研究院环境与市政所，北京
100084
，
2.
清华大学环境科学与工程系，北京
100084
，
3.
北京城市排水集团有限责任公司
，北京
100044
）
摘要
：伴随着城市化的进程，城市建筑面积和人口的不断增加，必然产生更多的生产和生活污水，这些污水通常通过户线进入城市排水系统。户线接入带来的新增污水量必然会对城市排水系统的运行造成一定的负面影响，如何选择合适的接入方案以将对排水系统的影响降到最低是城市建设者和排水管理与审批部门普遍关心的问题。基于第四代管网管理技术
——
数字排水（
DigitalWater
）平台开发的户线接入与评估模块利用国际上先进的排水模型对户线接入前后的管网负荷进行对比分析，可以辅助建设者进行接入点的选择和户线接入方案的模拟评估与优化，从而提升户线接入方案设计的科学化水平。
关键词：
数字排水；
DigitalWater
；户线接入；设计；评估
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本帖最后由 jvivienned 于 2009-4-7 13:56 编辑 ]
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jvivienned
沙发
3
技术路线
整个设计和评估过程分为现状管网分析、户线接入方案设计和户线接入方案评估三个阶段。首先通过对现状管网的静态结构分析和动态模拟分析了解管网的结构和运行现状；然后利用
GIS
数据分析小区周围地形状况和管网结构，选择合适的接入点并进行污水量的计算和输入，利用数字排水（
DigitalWater
）平台的设计和计算一体化功能自动生成户线接入后的模拟情景；最后进行接入前和接入后两种情景的模拟结果对比分析，如果户线接入对管网系统的影响较大，以致影响到排水系统的排水效率，则需调节接入户的水量时序分配系数、选择其它的干管接入或对干管进行改造，具体采用哪种措施一般根据成本和效率综合分析确定，调节后再进行模拟分析，直到设计方案可以达到管网正常运行的要求。
2009-04-07 13:55:07
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-
jvivienned
板凳
2
应用示例
2009-04-07 13:52:07
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加载更多户线接入将改变现有管网的结构，增加管网的污水负荷，户线接入方案的设计关系到排水管网系统整体，特别是接入点下游管网的安全运行。为方便用户进行分析，数字排水（ DigitalWater ）平台开发了流程化的户线接入方案设计和评估模式（见图 5 ）。
图 5 户线接入方案设计与评估工作流程
4 结论
城市快速发展的过程中，诸多新建城区拔地而起，人口不断膨胀，必然有大量新增污水输入到现有排水管网中。户线接入将会改变管网系统的结构并影响运行状况，在工程量和经济成本相对较低的情况下尽量减少户线接入对现有管网的负荷冲击具有重要意义，也是排水管理相关部门普遍关心的问题。
数字排水（ DigitalWater ）平台的户线接入方案设计与评估模块实现了“设计和计算的一体化”，可以在户线接入 方案设计的同时生成户线接入后的管网水动力学模拟计算模型；利用 数字排水（ DigitalWater ）平台强大的动态模拟功能对接入前后的管网模型进行动态仿真模拟，对比分析模拟结果以考察户线接入对排水管网的影响，从而科学的评估接入方案的技术可行性，有效避免了户线接入的盲目性，可为排水管网各级管理、设计和评价部门制定和评估管网户线接入方案提供科学依据和决策支持。
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在城市规模不断扩大的进程中，新建小区和新开发区域的污水如何科学合理的接入城市排水管网系统成为普遍关心的问题。本例中以规划居住人口 1 万人的新建居住小区的户线接入为例说明应用数字排水（ Digital- Water ）平台进行户线接入方案设计、分析和评估的方法和过程。
2.1 户线接入方案设计
户线接入方案的设计工作按下图所示流程进行。首先需要确定接入户的污水排放量和排水规律：对于居住小区，可根据小区人口估算小区污水排放量，根据居住人口的作息规律确定污水排放的时变化曲线；对于工矿企业，可以根据生产过程的特点估算污水排放量和污水排放的时变化规律；对于有污水调节和储存能力的接入户，可以在方案分析过程中确定对管网运行影响最小的水量时序分配原则。在确定接入水量后，利用 GIS 数据分析户线接入周围地形状况和管网结构，在原城市管网系统中选择合适的接入点接入户线，并输入污水流量及时序变化系数等参数；最后利用数字排水（ DigitalWater ）平台，自动生成户线接入后的管网模拟模型并进行后续的模拟和分析。
图 1 户线接入方案设计工作流程
2.1.1 污水量预测
本例中拟接入城市排水系统的区域类型为城市居民生活小区，占地面积约 3 公顷 ，建筑面积约为 7 万平方米 。污水主要由小区居民生活污水组成。根据城市总体规划，到 2010 年每人每日生活用水中居住用水不超过 160L ，规划污水排放系数取 0.9 ，污水集中处理率 100% 。根据这些参数结合规划区域土地利用情况，计算该接入区的污水总排放量；按照典型居住小区的生活污水排放规律设定污水排放时变化曲线。在实际工作过程中，可以通过该区域的管道实测水量数据和变化规律更加准确的设定污水量相关参数。
2.1.2 接入点选择
新建小区通过排水管道与原有排水管网相连，缩短新建小区与原有排水管网之间的连接管道长度可以有效降低工程量和工程成本，也会降低管网维护的工作量。本例中新建小区的地理位置和周围的管网情况见图 2 中的主地图窗口，根据新建小区周围的管网结构和连接状况按照就近原则，有如图 2 所示的三个接入点可以选择。
对现状管网模型进行模拟分析，管道充满度模拟结果专题图见图 2 主地图窗口。由管道充满度专题图可知，接入点 2 下游 6 根管道的充满度均大于 0.6 ，如果将新建小区的污水由接入点 2 接入排水系统，势必会导致接入点 2 下游管网负荷增加，造成局部管网水流不畅，降低管网的运行效率，所以排除接入点 2 的方案。由接入点 1 和接入点 2 的连通路径分析和管道纵断图分析可知，接入点 1 位于接入点 2 的上游，如果选择接入点 1 ，新增的污水通过管道输送势必会经过接入点 2 ，依然会造成下游管网负荷过大，所以排除接入点 1 。而接入点 3 下游管网在运行高峰时刻管道充满度仍小于 0.3 ，可见该段管道的负荷较低，相对于接入点 1 和 2 ，选择接入点 3 作为新建小区的户线接入点更为科学。
图 2 户线接入点选择
2.1.3 接入后污水管网模型构建
在本例中，城市现状污水管网模型已经构建完成。选择接入点后，在城市现状污水管网模型中，利用数字排水（ DigitalWater ）平台提供的丰富的管网编辑功能绘制从接入户到接入点的管线。接入后，数字排水（ DigitalWater ）平台自动生成了户线接入后的管网模拟模型。然后，将新建小区出口节点入流属性设置为通过 2.1.1 节方法估算的入流量和入流变化系数。其中，污水入流量为该节点的日平均流量，入流变化系数可以为：时变化系数、日变化系数和月变化系数，用户还可根据周末不同的排水特征设置周末的小时变化系数。节点入流变化系数的输入界面见下图所示。污水入流数据输入后，就能进行接入后管网排水状况的动态模拟。
图 3 污水入流日变化曲线
2.2 户线接入方案评估
使用数字排水（ DigitalWater ）平台开发的户线接入与评估模块进行城市排水系统模拟分析可以用定量化的数据在工程具体实施前对工程的可行性进行评估。通过以上流程可以设计户线接入方案并构建户线接入后的排水管网模型。利用数字排水（ DigitalWater ）平台可以对接入前后的管网模型进行模拟计算，对比分析管网运行状况以评估户线接入对排水系统的影响，从而对户线接入方案进行可行性评估，并可通过进一步的分析优化接入点的选择和接入水量的时序分配。
如果户线接入后对接入点下游的排水状况没有造成不利影响，满足雨污水安全排放的要求，则认为户线可以从选择点接入整个区域的污水排除系统。户线接入后的管网模拟结果见图 4 ，通过对时间轴的操作可以查看管网运行状况随时间的变化。接入点下游管道的纵断图显示，新建小区的污水接入排水管网后，下游管道内的水位较低，流速稳定，未对下游管网造成过大的负荷冲击。由主地图窗口的专题地图可以看出，户线接入后，管网运行过程中没有检查井发生溢流且接入点下游没有满流管道，在管网运行高峰时刻，接入点下游有两根干管的充满度由 0.3 以下升高到 0.3-0.5 之间。管道充满度是描述管网中各段管道排水负荷的一个重要参数，正常情况下，污水管道的充满度应小于或等于最大设计充满度。室外给排水设计规范中规定直径 1000 以上的管道的最大设计充满度不应超过 0.75 ，所以本例中干管（直径 1500 ）在管网运行高峰时刻的充满度低于 0.5 完全可以满足管网运行的要求，并且可以充分利用管网系统资源。
综合以上分析可知，选择接入点 3 进行新建小区的户线接入后，没有增加满流管道的数量，管网运行过程中没有检查井溢流，下游管道中流速稳定，未对现有管网系统造成过大的负荷冲击，在一定程度上还可以充分利用现有的管网资源。所以，该户线接入方案在技术和经济上都是可行的。
图 4 模拟结果分析示意图
[ 本帖最后由 jvivienned 于 2009-4-7 13:53 编辑 ]
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