CN112408524A - 管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备 - Google Patents

管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备。该***包括：管网监测调蓄设备、水厂高负荷处理设备与控制设备。通过上述方法分别进行水厂高负荷处理能力的核算、管网质量评估与分段调蓄容积核算及管网调蓄耦合水厂高负荷处理。采用上述方法或设备或***在晴天可削减水厂逐时水量波动，保障水厂日平稳进水，实现部分管道的清淤维护，在雨天，可最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，发挥雨污水协同处理措施的最大效益，快速实现排水***的提质增效。

Description

管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，具体涉及一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备。
背景技术
当前，我国黑臭水体治理阶段性任务趋于完成，直排点源污染得到有效控制。与此同时，城市雨污水管道混接、错接导致的混流式溢流污染与合流制溢流污染(以下简称溢流污染)已成为水环境领域研究的热点与难点问题。因此削减溢流污染则尤为重要。目前为削减溢流污染，通常采用源头处理、中途处理和末端处理三种技术措施。其中源头与中途处理措施实施所需投资强度大、实施周期长，而末端处理措施改造投资规模较少，其通过发掘污水处理厂的处理余量与潜力实现高负荷处理，是投资效益高，短期效果最为显著的技术措施。
相关研究表明，末端处理措施溢流污染的削减效果受多重因素影响，由于管网普遍存在混错接及渗漏等问题，降雨条件对末端处理措施水量水质影响较大。在我国东北部地区与南部地区，由于气候类型的差异导致降雨特征差异显著。与南部地区的亚热带季风气候相比，我国东北部地区的温带季风气候具有雨季短、季节变化更强等特点，由此导致东北部地区管网来水量波动大，无法实现南部地区雨季污水处理厂的持续高负荷处理，而东北部地区这种间歇高负荷处理对水厂冲击较大，难以保障水厂稳定运行及出水稳定达标。目前通过建设调蓄池可有效缓解污水处理厂的水量波动问题，但调蓄池在实际建设中往往受到选址地点最大建设面积和最大建设深度的影响，且很多项目并不具备大型调蓄池的修建条件，而部分城市管网具有大量可调蓄利用的空间，有待进一步挖掘。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***、方法、装置及设备。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***，包括：
管网监测调蓄设备、水厂高负荷处理设备、以及分别与所述管网监测调蓄设备、所述水厂高负荷处理设备通信连接的控制设备；
所述管网监测调蓄设备包括：设置在管网末端的流量计、多个设置在调蓄管段的液位计和管道调蓄控制阀门；所述流量计、所述液位计和所述管道调蓄控制阀门分别与所述控制设备相连接；
所述水厂高负荷处理设备设有泵站，所述泵站与所述控制设备相连接。
一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，所述方法应用于如上述所述的控制设备，所述方法包括：
核算水厂高负荷处理能力；
结合管网质量评估确定调蓄管段；
根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
可选的，所述核算水厂高负荷处理能力，包括：
获取所述污水处理厂的设计参数及历史水质数据；
根据所述设计参数和所述历史水质数据利用预设水厂构建模型模拟计算所述污水处理厂的水厂高负荷处理能力；
若水厂高负荷处理能力不满足预设的高负荷处理需求，通过升级改造措施提升所述水厂高负荷处理能力。
可选的，所述结合管网质量评估确定调蓄管段，包括：
获取管网中设定段管道的渗漏量；所述渗漏量由预设管网视频监测设备对管网进行视频监测及模型评估得到；
根据预设管网模型计算各所述管段的调蓄容积，所述调蓄容积包括：分段调蓄容积和末端调蓄容积；
根据所述渗漏量和所述调蓄容积计算得到各所述管段的渗漏调蓄比；
选取所述渗漏调蓄比满足预设渗漏调蓄比标准的管段作为调蓄管段，安装管道调蓄控制阀门。
可选的，所述天气场景模式为所述晴天处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量为0时，进入晴天模式；
根据历史管网末端监测流量确定历史管网末端的晴天日流量曲线；所述管网末端监测流量由预设流量计监测得到；
根据所述晴天日流量曲线结合管网在线监测数据，计算当天污水处理厂的晴天水厂处理量；
以所述晴天水厂处理量为标准开启预设的泵站，将管网污水抽入所述污水处理厂进行污水处理。
可选的，还包括：
根据管网清淤要求，控制管道调蓄控制阀门启闭，短时蓄水放水，实现对下游管道的清淤维护。
可选的，所述天气场景模式为所述小/中雨处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量小于预设降雨量阈值时，进入小/中雨处理模式；
根据雨后所述调蓄管段的液位计算各调蓄管段的分段调蓄容积，及管道总调蓄容积；
根据所述总调蓄容积和所述水厂高负荷处理能力计算所述污水处理厂的第一高负荷处理时间；
以所述第一高负荷处理时间为标准控制所述管网末端、所述调蓄管段及所述污水处理厂进行雨后高负荷处理。
可选的，所述天气场景模式为所述大/暴雨处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量大于预设降雨量阈值时，进入大/暴雨处理模式；
判断所述管网末端的末端监测流量是否大于第一预设流量；所述末端监测流量由预设的流量计进行监测获取；
若所述末端监测流量大于所述第一预设流量，控制所有的所述管道调蓄控制阀门开启；
当所述末端监测流量小于第二预设流量时，根据预设标准调整所述管道调蓄控制阀门的开启，进行管网分段调蓄；
根据各所述调蓄管段的调蓄容积计算总调蓄容积；
根据所述总调蓄容积和所述水厂高负荷处理能力计算所述污水处理厂的第二高负荷处理时间；
以所述第二高负荷处理时间为标准控制所述管网末端、所述调蓄管段及所述污水处理厂进行污水处理。
一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置，包括：
水厂处理能力核算模块，用于核算水厂高负荷处理能力；
调蓄管段确定模块，用于结合管网质量评估确定调蓄管段；
污水处理模块，用于根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
一种控制设备，包括：
处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行上述所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请中公开一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***，包括：管网监测调蓄设备、水厂高负荷处理设备、以及分别与管网监测调蓄设备、水厂高负荷处理设备通信连接的控制设备；管网监测调蓄设备包括：设置在管网末端的流量计、多个设置在调蓄管段的液位计和管道调蓄控制阀门；流量计、液位计和管道调蓄控制阀门分别与管网监测调蓄设备相连接；水厂高负荷处理设备设有泵站，泵站与管网监测调蓄设备相连接。本申请中通过将管网与污水处理厂进行控制实现污水处理，在既有排水***上，通过增设少量监测设备、阀门、智能控制***，在较短时间内，可快速实现既有排水***的提质增效，投资效益高，具有较强的普适性，投资效益高，短时间内可实现，效果显著，普适性强；充分利用设置的阀门，可实现部分管道的清淤维护，节约管道维护费用，实现部分管道的清淤维护，降低管道维护清洗频率；晴天通过末端管道调蓄空间的利用，削减水厂逐时水量波动，保障水厂日平稳进水，提高水厂运行稳定性，晴天缓解污水处理厂的日常水量波动问题。；雨天在不修建调蓄情况下，将管网分段调蓄与水厂高负荷处理充分耦合，最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，节约用地，节约用地、最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用；将在线监测、管网分段调蓄与水厂调度控制***联动，实现***高效协同，各单元利用率高，***高效协同。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理***的结构图；
图2是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法的流程图；
图4是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置的模块图；
图5是本发明一实施例提供的控制设备的结构图；
图6是本发明另一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理***的结构图；
图7是本发明一实施例提供的管网末端晴天流量标准曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理***的结构图。参见图1，一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***，包括：
管网监测调蓄设备1、水厂高负荷处理设备2、以及分别与所述管网监测调蓄设备1、所述水厂高负荷处理设备2通信连接的控制设备3；
所述管网监测调蓄设备1包括设置在管网末端的流量计M0、多个设置在调蓄管段的液位计M1-Mn和管道调蓄控制阀门G1-Gn；所述流量计、所述液位计和所述管道调蓄控制阀门分别与所述控制设备3相连接；
所述水厂高负荷处理设备2设有泵站2.2，所述泵站2.2与所述控制设备3相连接。
该***中污水通过管道1.1流入管网，该管网中设置n个液位计和管道调蓄控制阀门，将管网分为n段，在管网末端设置一个流量计。液位计用于检测对应管段的污水的液位，流量计用于检测管网末端的液位及流量。其中液位计、流量计将检测的数据发送至控制设备3，控制设备3结合降雨量对管道调蓄控制阀门进行开闭的控制。其中，降雨量数据通过预设降雨数据接口3.3获得。
管网监测调蓄设备1中还设有智能分流井1.2，该智能分流井为本领域中管网常规设置。
当控制设备3中的控制器3.1控制管道调蓄控制阀门开启后，污水通过管道2.1排入水厂高负荷处理设备2，同时，经过计算后可得到当天水厂处理量，根据此数据控制预设的泵站2.2以该流量经过管道2.3将污水抽入至高负荷处理单元2.4进行污水处理，最后处理过的尾水经由排水管2.6排入收纳水体或再生水循环***。其中，高负荷处理单元2.4设有水厂实时在线监测***2.5进行在线监测，并将监测结果发送至控制器3.1。水厂实时在线监测***2.5包含但不限于氨氮监测仪、TN监测仪、污泥浓度监测仪、DO监测仪、温度仪。其中水厂实时在线监测***2.5的具体设备的选取并不固定，可根据实际情况而定。例如，本申请中该***采用监视控制***(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA***)。
本申请中的控制设备3中的控制器3.1的具体器件选择并不固定，可根据实际情况而定。例如，控制器3.1可采用PLC控制器，或数据采集与。
上述***在既有排水***上，通过增设少量监测设备、阀门、智能控制***，将在线监测、管网分段调蓄与水厂调度控制***联动，实现***高效协同。同时，上述***分别进行水厂高负荷处理能力的核算、管网质量评估与分段调蓄容积核算及对应晴天、小/中雨、大/暴雨三种情景的管网调蓄耦合高负荷处理。采用上述方法或设备或***在晴天可削减水厂逐时水量波动，保障水厂日平稳进水，实现部分管道的清淤维护，在雨天，可最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，发挥雨污水协同处理措施的最大效益，快速实现排水***的提质增效。
在上述***实施例的基础上，本申请中公开了基于上述***的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法的实施例，具体如下：
图2是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法的流程图。参见图2，一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，包括：
步骤201：核算水厂高负荷处理能力。
步骤202：结合管网质量评估确定调蓄管段。
步骤203：根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
上述方法中先要核算水厂高负荷处理能力，然后结合管网质量评估确定调蓄管段，再通过获取单场累计降雨量来判断进行耦合处理的天气情况，即天气场景模式，具体包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。根据不同的天气情况采用不同的处理方案进行污水处理，其中，晴天处理模式采用管网末端调蓄耦合污水处理厂方案进行处理，小/中雨处理模式采用管网末端及调蓄管段分段调蓄耦合污水处理厂方案进行处理，大/暴雨处理模式采用污水处理厂高负荷处理方案进行处理。采用此方式不但无需修建调蓄池，而且还可以在雨天将管网分段调蓄与水厂高负荷处理充分耦合，最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，节约用地。
在上述实施例的基础上，为了更详细地介绍本申请中的管网调蓄耦合水厂高负荷处理的方法，现在上述实施例的基础上，又公开一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法。具体如下：
图3是本发明另一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法的流程图。参见图3，一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，包括：
步骤301：计算水厂高负荷处理能力。具体计算过程包括：获取所述污水处理厂的设计参数及历史水质数据；根据所述设计参数和所述历史水质数据利用预设水厂构建模型模拟计算所述污水处理厂的水厂高负荷处理能力Q高，若水厂高负荷处理能力不满足预设的高负荷处理需求，通过升级改造措施提升所述水厂高负荷处理能力。其中，设计参数为污水处理厂的设计数据，该数据可向对应污水处理厂进行调研获取，也可根据其他途径获得。历史水质数据由污水处理厂的水质监测设备进行监测获取。预设水厂构建模型由专业水厂模拟软件构建而成，专业水厂模拟软件可利用现有的污水处理厂模拟软件，例如：Biowin、GPS-X、WEST，当然模拟软件的具体选择并不固定，可根据实际情况而定，只要是能实现模拟水厂功能即可。
步骤302：根据管网渗漏量进行管网质量评估分段与分段调蓄容积核算。具体的，获取管网中设定段管道的渗漏量；所述渗漏量由预设管网视频监测设备对管网进行视频监测及评估得到。此处的预设管网视频监测设备具体为管网CCTV监测，其具体设备的选取不固定，可以为带有摄像头的机器人在管网内移动进行管网内部情况的拍摄，以此了解管网的破损情况，对管网质量进行评估，进而得到该管段的渗漏量Li。
根据预设管网模型计算各所述管段的调蓄容积，所述调蓄容积包括：分段调蓄容积和末端调蓄容积。具体的，基于现有管网资料，利用专业管网模拟软件构建预设管网模型，利用该预设管网模型计算各管段的调蓄容积。需要注意的是，专业管网模拟软件的选取并不唯一，可根据技术发展而变化，只要能实现模拟调蓄管网即可。现有技术下可选择SWMM、InfoWorks ICM等软件。
根据所述渗漏量和所述调蓄容积计算得到各所述管段的渗漏调蓄比；即根据公式
Figure BDA0002816409240000101
计算渗漏调蓄比，其中，Li为该管段的渗漏量，Vi为该管段的调蓄容积。
选取所述渗漏调蓄比满足预设渗漏调蓄比标准的管段作为调蓄管段，安装管道调蓄控制阀门。具体的，根据实际需求设定渗漏调蓄比阈值，当该管段的渗漏调蓄比小于该渗漏调蓄比阈值时，选取该管段作为调蓄管段耦合水厂进行污水处理。管道调蓄控制阀门设置在管网内，用于将所述管网划分为多个管段；在本申请的实现过程中，需要在管网内设置多个管道调蓄控制阀门，以此将管网划分为多个管段。
步骤303：获取所述单场累计降雨量。此处的单场累计降雨量通过降雨数据接口获取，该降雨数据由专业降雨统计设备进行监测得到。同时本申请中的单场累计降雨量的数据为持续降雨设定时间且在规定时间内没有降雨的情况下的数据。其中，规定时间的具体设定可根据季节不同、城市不同等情况而定，具体时间限定不固定。
步骤304：判断所述单场累计降雨量是否等于零；
步骤305：若所述单场累计降雨量等于零，判定所述天气场景模式为所述晴天处理模式。晴天时降雨量必然为零。
步骤306：管网调蓄耦合水厂高负荷处理污水。在晴天处理模式时，由于没有降雨量，所排污水只为城市生活污水，此时只需要利用管网末端调蓄耦合污水处理厂进行处理即可。
具体的处理过程如下：
根据历史管网末端监测流量确定历史管网末端的晴天日流量曲线；所述管网末端监测流量由预设流量计监测得到。当得到晴天日流量曲线后结合当日管网瞬时流量对该曲线进行校正。然后根据校正后的晴天日流量曲线计算当天污水处理厂的晴天水厂处理量；以晴天水厂处理量为标准开启预设的泵站，泵站以晴天水厂处理量将管网污水抽入所述污水处理厂进行污水处理，削减逐时流量波动，保障水厂平稳运行，污水处理厂高负荷处理单元以恒定流量处理，削减逐时流量波动，保障水厂平稳运行。
步骤307：若所述单场累计降雨量不等于零，判断所述单场累计降雨量是否小于或等于预设降雨阈值。需要注意的是此处单场累计降雨量不等于零，则代表单场累计降雨量肯定大于零，因为只有降雨才会有降雨量的生成，即单场累计降雨量必然不可能小于零。
步骤308：若单场累计降雨量小于或等于所述预设降雨阈值，判定所述天气场景模式为所述小/中雨处理模式。此处的预设降雨阈值结合管网模拟软件进行计算得到。
步骤309：判断预先监测获得的各调蓄管段及管网末端的实际液位是否大于零且小于第一预设控制液位；该实际液位包括调蓄管段实际液位和末端实际液位，其中调蓄管段实际液位由设置在管网内的液位计监测得到，末端实际液位由设置在管网末端的流量计监测得到。若当前的天气场景模式为小/中雨处理模式时，需要优先判断调蓄管段实际液位和末端实际液位均是否均小于第一控制液位。此处第一控制液位由人为设定，具体设定根据控制需求设定。
若实际液位大于零且小于第一预设控制液位，执行步骤306。具体处理过程包括：根据各调蓄管段的调蓄容积计算总调蓄容积；将各调蓄管段的调蓄容积相加得到总调蓄容积，即根据公式
Figure BDA0002816409240000121
计算总调蓄容积，其中Vi为各调蓄管段的容积或管段末端的容积。然后根据总调蓄容积和水厂高负荷处理能力计算污水处理厂的第一高负荷处理时间；即根据公式
Figure BDA0002816409240000122
计算第一高负荷处理时间，其中Q高为水厂高负荷处理能力，Q厂为当天水厂处理量。以第一高负荷处理时间为标准控制管网末端、调蓄管段及污水处理厂进行污水处理。其中，当天水厂处理量是根据管网末端晴天日流量曲线计算得到。若实际液位大于零且小于第一预设控制液位，执行步骤312：进入管网调蓄模式。
步骤310：若大于所述预设降雨阈值，判定所述天气场景模式为所述大/暴雨处理模式。
步骤311：判断所述管网末端的实际液位是否大于第二预设控制液位。此处的第二预设控制液位大于或等于第一预设控制液位。需要注意的是，在大/暴雨处理模式时，只需要判断管网末端的实际液位是否超出标准即可。
若大于第二预设控制液位，执行步骤306。具体包括：判断所述管网末端的末端监测流量是否大于第一预设流量；所述末端监测流量由预设的流量计进行监测获取；若所述末端监测流量大于所述第一预设流量，控制所有的所述管道调蓄控制阀门开启，保障排水通畅。直到当所述末端监测流量小于第二预设流量时，根据预设标准调整所述管道调蓄控制阀门的开启，进行管网分段调蓄；预设标准可根据污水量的实际情况而定，可以按顺序逐步关闭对应控制阀门，也可以适当调整控制阀门的开启，以此进行分段调蓄。根据各所述调蓄管段的调蓄容积计算总调蓄容积，此处的总调蓄容积的计算同小/中雨处理模式下的总调蓄容积的计算过程。根据所述总调蓄容积和所述水厂高负荷处理能力计算所述污水处理厂的第二高负荷处理时间；即根据公式
Figure BDA0002816409240000131
计算第二高负荷处理时间，其中Q高为水厂高负荷处理能力，Q厂为当天水厂处理量。其中，当天水厂处理量是根据管网末端晴天日流量曲线获取。最后以所述第二高负荷处理时间为标准控制所述管网末端、所述调蓄管段及所述污水处理厂进行污水处理。若小于或等于第二预设控制液位，执行步骤312：进入管网调蓄模式。
采用上述实施例中的管段选取的方式，可根据管网的实际破损情况及管网质量进行调蓄管段的选取，以此能选择质量好的管段进行调蓄，实现了管网分段调蓄与水厂调度控制***联动，实现***高效协同。同时，上述实施例中详细介绍了不同天气条件下的管网调蓄耦合水厂高负荷处理的方案，雨天在不修建调蓄情况下，将管网分段调蓄与水厂高负荷处理充分耦合，最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，节约用地。晴天通过末端管道调蓄空间的利用，削减水厂逐时水量波动，保障水厂日平稳进水，提高水厂运行稳定性。
更进一步地，在上述实施例的基础上本申请中还公开了管网清淤的方法，具体为：控制管道调蓄控制阀门关闭进行蓄水，规定时间后开启管道调蓄控制阀门，由于管道内污水为重力流，则可利用管道内的污水冲刷管道内的淤泥。此处的规定时间可根据实际需要而定，具体时间长短不固定。
此种方式充分利用设置的阀门，可实现部分管道的清淤维护，降低管道维护清洗频率，节约管道维护费用。
对应于本发明实施例提供的一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，本发明实施例还提供一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置。请参见下文实施例。
图4是本发明一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置的模块图。参见图4，一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，包括：
水厂处理能力核算模块401，用于核算水厂高负荷处理能力；
调蓄管段确定模块402，用于结合管网质量评估确定调蓄管段；
污水处理模块403，用于根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
其中，天气场景模式判断具体包括：获取单场累计降雨量，并判断单场累计降雨量是否等于零；若单场累计降雨量等于零，判定天气场景模式为晴天处理模式；若单场累计降雨量不等于零，判断单场累计降雨量是否小于或等于预设降雨阈值；若小于或等于预设降雨阈值，判定天气场景模式为小/中雨处理模式；若大于预设降雨阈值，判定天气场景模式为大/暴雨处理模式。
采用上述装置晴天通过末端管道调蓄空间的利用，削减水厂逐时水量波动，保障水厂日平稳进水，提高水厂运行稳定性。雨天在不修建调蓄情况下，将管网分段调蓄与水厂高负荷处理充分耦合，最大限度的实现溢流污染削减及管网调蓄容积的充分利用，节约用地。
为了更清楚地介绍实现本发明实施例的硬件***，对应于本发明实施例提供的一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，本发明实施例还提供一种控制设备和***。请参见下文实施例。
图5是本发明一实施例提供的控制设备的结构图。参见图5，一种控制设备，包括：
处理器501，以及与所述处理器501相连接的存储器502；所述存储器502用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行上述所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法；所述处理器501用于调用并执行所述存储器502中的所述计算机程序。
为了更详细地介绍本申请中方案，现以一个液位计、管道调蓄控制阀门和流量计为例，具体说明本申请中污水处理过程，具体如下：图6是本发明另一实施例提供的管网调蓄耦合水厂高负荷处理***的结构图；图7是本发明一实施例提供的管网末端晴天流量标准曲线图。该排水***末端进水水源为北方某流域分流制排水***，该***存在少量混错接及部分合流制区域。
参见图6，该管网调蓄耦合水厂高负荷处理***，包含顺序相连/并联的管网在线监测与调蓄设备1、水厂高负荷处理设备2、控制设备3。其中，在第1段调蓄管段末端安装可在线监测管网液位的液位计M1与管道调蓄控制阀门G1；在末端调蓄管段安装可在线监测管网流量与液位的流量计M0；流量计M0通过管道与智能分流井1.2相连，智能分流井1.2与水厂高负荷处理设备2通过2.1管道相连，超过溢流液位的混合水通过排口溢流；管道2.1与泵站2.2相连，泵站2.2通过管道2.3与高负荷处理单元2.4相连，高负荷处理单元2.4内设置水厂实时在线监测***2.5,高负荷处理单元2.4尾水由排水管2.6排入收纳水体。控制设备3包括PLC控制器3.1和智能处理终端3.2，PLC控制器3.1与液位计M1、水厂实时在线监测***2.5及预设降雨数据接口3.3等实时在线监测设备相连，PLC控制器3.1与智能处理终端3.2相连，在线监测设备传输的数据实时在智能处理终端3.2进行存储计算，反馈信号通过3.1PLC控制器控制管道调蓄控制阀门G1的启闭或调蓄水深及泵站2.2的流量、高负荷处理单元2.4的污泥浓度、回流量、曝气量、加药量等。
上述管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置的工作过程如下，首先校核水厂高负荷处理能力。基于现有水厂设计参数，利用Biowin模拟软件构建水厂模型，基于历史水质或水质监测数据对水厂进行动态模拟，获取水厂高负荷处理能力Q高为6万吨/天，水厂设计处理能力为Q设为4.5万吨/天。其次，基于现有管网资料，发现1号管段V1与末端管道V0均具备调蓄能力，利用InfoWorks ICM管网模拟软件构建管网模型，根据管网模型计算结果，获取管网调蓄容积V0＝6200m3与调蓄容积V1＝3300m3，V总＝9500m3。根据管网检测两条管道渗漏(m3/h)/调蓄(m3)比小于0.05，满足调蓄管段要求，在管道相应位置设置管道调蓄控制阀门G1与流量计M1。本实施例中预设降雨阈值H1取5mm。具体晴天、小/中雨、大/暴雨三种情景的管网调蓄耦合高负荷处理方法分别以三种情景举例。
情景1：某晴天单场累计降雨量H＝0，首先由流量计M0获取历史管网末端晴天流量标准曲线Q,如图7所示，S1+S2+S3＝S4+S5＜V总,以此确定标准曲线Q平均为4.2万吨/d,结合当日0点管网瞬时流量Q0进行校正，计算当天水厂处理量Q厂＝4.6万吨/d,泵站2.2以该流量将污水抽入污水处理厂处理，削减逐时流量波动，保障水厂平稳运行。结合管网清淤要求，控制管道调蓄控制阀门G1短时蓄水放水，可实现对下游3km内管道的清淤维护。
情景2：某雨天，单场累计降雨量H为5mm，满足0<H≤H1，降雨结束2h后，由()流量计M0、()液位计M1分别获取各调蓄管段末端实际液位h0＝6.0m、h1＝4.5m,h0′为管段末端控制液位6.5m，h1′为1号管段控制液位5.0m，各调蓄管段及末端液位均满足0<hi<hi′，各管段调蓄容积为V0、V1，总调蓄容积为V总＝9500m3，雨后水厂进行高负荷处理，处理量Q高＝6万吨/天，高负荷处理时间
Figure BDA0002816409240000161
情景3：某雨天，单场累计降雨量达到20mm，满足单场累计降雨量H>H1，降雨开始2.5h后末端管网实际液位h0＝6.6m>h0′＝6.5m时，水厂开启高负荷处理模式，处理量为Q高即6万吨/天，降雨开始6h后流量计M0监测流量高于4500m3/h，将管道调蓄控制阀门G1全部开启，污水处理厂持续高负荷处理，降雨开始12小时后流量计M0监测流量低于4000m3/h,逐步关闭管道调蓄控制阀门G1，实现1号管段蓄水，雨后总调蓄水量V总＝9500m3，雨后水厂进行高负荷处理，处理量Q高＝6万吨/天，高负荷处理时间
Figure BDA0002816409240000162
总计连续高负荷处理时间为24.7h。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理***，其特征在于，包括：
管网监测调蓄设备、水厂高负荷处理设备、以及分别与所述管网监测调蓄设备、所述水厂高负荷处理设备通信连接的控制设备；
所述管网监测调蓄设备包括：设置在管网末端的流量计、多个设置在调蓄管段的液位计和管道调蓄控制阀门；所述流量计、所述液位计和所述管道调蓄控制阀门分别与所述控制设备相连接；
所述水厂高负荷处理设备设有泵站，所述泵站与所述控制设备相连接。
2.一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的控制设备，所述方法包括：
核算水厂高负荷处理能力；
结合管网质量评估确定调蓄管段；
根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量阈值判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
3.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述核算水厂高负荷处理能力，包括：
获取所述污水处理厂的设计参数及历史水质数据；
根据所述设计参数和所述历史水质数据利用预设水厂构建模型模拟计算所述污水处理厂的水厂高负荷处理能力；
若水厂高负荷处理能力不满足预设的高负荷处理需求，通过升级改造措施提升所述水厂高负荷处理能力。
4.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述结合管网质量评估确定调蓄管段，包括：
获取管网中设定段管道的渗漏量；所述渗漏量由预设管网视频监测设备对管网进行视频监测及模型评估得到；
根据预设管网模型计算各所述管段的调蓄容积，所述调蓄容积包括：分段调蓄容积和末端调蓄容积；
根据所述渗漏量和所述调蓄容积计算得到各所述管段的渗漏调蓄比；
选取所述渗漏调蓄比满足预设渗漏调蓄比标准的管段作为调蓄管段，安装管道调蓄控制阀门。
5.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述天气场景模式为所述晴天处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量为0时，进入晴天模式；
根据历史管网末端监测流量确定历史管网末端的晴天日流量曲线；所述管网末端监测流量由预设流量计监测得到；
根据所述晴天日流量曲线结合管网在线监测数据，计算当天污水处理厂的晴天水厂处理量；
以所述晴天水厂处理量为标准开启预设的泵站，将管网污水抽入所述污水处理厂进行污水处理。
6.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，还包括：
控制管道调蓄控制阀门关闭进行蓄水，规定时间后开启管道调蓄控制阀门，短时蓄水放水，实现对下游管道的清淤维护。
7.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述天气场景模式为所述小/中雨处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量小于预设降雨量阈值时，进入小/中雨处理模式；
根据雨后所述调蓄管段的液位计算各调蓄管段的分段调蓄容积，及管道总调蓄容积；
根据所述总调蓄容积和所述水厂高负荷处理能力计算所述污水处理厂的第一高负荷处理时间；
以所述第一高负荷处理时间为标准控制所述管网末端、所述调蓄管段及所述污水处理厂进行雨后高负荷处理。
8.根据权利要求2所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法，其特征在于，所述天气场景模式为所述大/暴雨处理模式；
所述根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理，包括：
当所述预先获取的当场累计降雨量大于预设降雨量阈值时，进入大/暴雨处理模式；
判断所述管网末端的末端监测流量是否大于第一预设流量；所述末端监测流量由预设的流量计进行监测获取；
若所述末端监测流量大于所述第一预设流量，控制所有的所述管道调蓄控制阀门开启；
当所述末端监测流量小于第二预设流量时，根据预设标准调整所述管道调蓄控制阀门的开启，进行管网分段调蓄；
根据各所述调蓄管段的调蓄容积计算总调蓄容积；
根据所述总调蓄容积和所述水厂高负荷处理能力计算所述污水处理厂的第二高负荷处理时间；
以所述第二高负荷处理时间为标准控制所述管网末端、所述调蓄管段及所述污水处理厂进行污水处理。
9.一种管网调蓄耦合水厂高负荷处理装置，其特征在于，包括：
水厂处理能力核算模块，用于核算水厂高负荷处理能力；
调蓄管段确定模块，用于结合管网质量评估确定调蓄管段；
污水处理模块，用于根据所述水厂高负荷处理能力、所述调蓄管段结合预先获取的单场累计降雨量判断管网调蓄耦合水厂高负荷处理的天气场景模式并进行污水处理；所述天气场景模式包括：晴天处理模式、小/中雨处理模式和大/暴雨处理模式。
10.一种控制设备，其特征在于，包括：
处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求2-8任一项所述的管网调蓄耦合水厂高负荷处理方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
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