流域治理视角下构建弹性城市排水系统实时控制策略
发布时间：2022-01-11 19:13
在雨季面对水环境和水安全双重压力下,如何提升城镇排水系统的可靠性、弹性与可持续性,对保障城镇水系统安全日益重要。城市排水系统具有动态性、多目标性和不确定性特征,从面向流域治理的角度,在进一步削减合流制溢流污染、最大程度地发挥排水系统"源头-过程-末端"能力等多目标协同下,系统的运行控制日益复杂且控制难度日益增大。实时控制技术（RTC）根据实时监测数据动态调整控制策略,对排水管网附属设施及污水处理厂进行干预,以最大程度挖潜和发挥排水设施的调蓄和处理能力,为排水系统运行提供了智能化的解决方案。介绍了实时控制技术的研究历程以及控制工艺和策略、控制模型和控制算法等关键技术的发展,总结了对我国开展实时控制的启示。
【文章来源】：中国给水排水. 2020,36(14)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实时控制系统的组成
协同于实时控制系统的级别变化，实时控制的发展历程大致可以分成3个阶段:管网CSO和内涝控制阶段，厂-网联合优化控制阶段和水系统综合控制研究阶段，具体见图2。实时控制研究从20世纪60年代末开始，以SWMM(Storm Water Management Model)为代表的排水管网模型也同时出现。到20世纪80年代，欧美发达国家的排水系统日趋完善，CSO成为水污染的主要原因。因此，早期的合流制排水系统的运行以充分发挥管网系统在线调蓄能力，尽量避免和减少CSO，同时兼顾内涝控制，实时控制算法则以规则控制(Rule Based Control,RBC)为主。随着欧美国家对CSO管控标准要求的逐步提高，发现仅仅依靠发挥管网能力进行CSO和内涝的削减还不能充分发挥整个排水系统及处理单元的综合效率，治理工艺出现了以调蓄池为代表的过程调蓄策略和以污水厂雨天处理工艺为代表的末端处理工艺，硬件设施进一步丰富和完善，排水系统运行工况也日趋复杂。厂网联动控制成为第二阶段实时控制研究和应用的主要内容，控制目标也更加多样化。如在瑞典克拉格斯港，采用实时控制系统不但充分利用了管道的在线蓄水能力，得到了4 000～5 000 m3的额外在线蓄水空间，还避免了污水厂雨季活性污泥从二沉池的大量溢出。这一阶段有很多实时控制案例实施，出现了多个用于排水系统实时控制的软件，污水厂模型[11]也日渐成熟，各种基于(模糊)规则的优化算法也开始应用于排水系统的实时控制[12]。随着CSO治理效果的进一步体现，源头-过程-末端体系的完善，欧美水环境治理的要求进一步提高，厂-网-河的集成化综合控制逐渐成为近几年的研究热点。对哥伦比亚波哥大、丹麦伦多特和比利时莫斯奈特[13-15]几个案例的研究表明，厂网河联合调度可以改善CSO和城市内涝问题，也有助于提高河道水质的达标率。同时，在这一阶段，通信技术日趋发达，监控成本降低，排水系统实时控制技术日趋成熟。
管道在线控制主要是充分利用管网剩余空间进行水量调度，适用于管网存在充分可用空间的情况，尤其是在下游存在瓶颈的情况下，对上游设施进行流量动态控制，实现削减CSO和城市内涝的目标。在实时控制改造项目中，在线控制通常作为优先考虑选项。管道在线控制原理见图3。20世纪90年代，哥本哈根在管道关键部位安装闸门和带有逻辑运算能力的控制器，根据降雨量和下游管网水位来控制闸门启闭，尽可能使下游不发生溢流。第一阶段实时控制实施后，CSO削减80%，排空时间由40 h减少到2～3 h[18]。加拿大魁北克Westerly排水系统对3条截流干管和两条地下隧道进行在线控制。控制中心接收来自17个传感器的数据，并将制定好的设定值下发至5个可控闸门的控制站，系统CSO削减可达70%。
本文编号：3583310
【文章来源】：中国给水排水. 2020,36(14)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实时控制系统的组成
协同于实时控制系统的级别变化，实时控制的发展历程大致可以分成3个阶段:管网CSO和内涝控制阶段，厂-网联合优化控制阶段和水系统综合控制研究阶段，具体见图2。实时控制研究从20世纪60年代末开始，以SWMM(Storm Water Management Model)为代表的排水管网模型也同时出现。到20世纪80年代，欧美发达国家的排水系统日趋完善，CSO成为水污染的主要原因。因此，早期的合流制排水系统的运行以充分发挥管网系统在线调蓄能力，尽量避免和减少CSO，同时兼顾内涝控制，实时控制算法则以规则控制(Rule Based Control,RBC)为主。随着欧美国家对CSO管控标准要求的逐步提高，发现仅仅依靠发挥管网能力进行CSO和内涝的削减还不能充分发挥整个排水系统及处理单元的综合效率，治理工艺出现了以调蓄池为代表的过程调蓄策略和以污水厂雨天处理工艺为代表的末端处理工艺，硬件设施进一步丰富和完善，排水系统运行工况也日趋复杂。厂网联动控制成为第二阶段实时控制研究和应用的主要内容，控制目标也更加多样化。如在瑞典克拉格斯港，采用实时控制系统不但充分利用了管道的在线蓄水能力，得到了4 000～5 000 m3的额外在线蓄水空间，还避免了污水厂雨季活性污泥从二沉池的大量溢出。这一阶段有很多实时控制案例实施，出现了多个用于排水系统实时控制的软件，污水厂模型[11]也日渐成熟，各种基于(模糊)规则的优化算法也开始应用于排水系统的实时控制[12]。随着CSO治理效果的进一步体现，源头-过程-末端体系的完善，欧美水环境治理的要求进一步提高，厂-网-河的集成化综合控制逐渐成为近几年的研究热点。对哥伦比亚波哥大、丹麦伦多特和比利时莫斯奈特[13-15]几个案例的研究表明，厂网河联合调度可以改善CSO和城市内涝问题，也有助于提高河道水质的达标率。同时，在这一阶段，通信技术日趋发达，监控成本降低，排水系统实时控制技术日趋成熟。
管道在线控制主要是充分利用管网剩余空间进行水量调度，适用于管网存在充分可用空间的情况，尤其是在下游存在瓶颈的情况下，对上游设施进行流量动态控制，实现削减CSO和城市内涝的目标。在实时控制改造项目中，在线控制通常作为优先考虑选项。管道在线控制原理见图3。20世纪90年代，哥本哈根在管道关键部位安装闸门和带有逻辑运算能力的控制器，根据降雨量和下游管网水位来控制闸门启闭，尽可能使下游不发生溢流。第一阶段实时控制实施后，CSO削减80%，排空时间由40 h减少到2～3 h[18]。加拿大魁北克Westerly排水系统对3条截流干管和两条地下隧道进行在线控制。控制中心接收来自17个传感器的数据，并将制定好的设定值下发至5个可控闸门的控制站，系统CSO削减可达70%。
本文编号：3583310
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