海绵系统雨水收集池液位控制方法与流程

1.本发明涉及一种雨水收集池液位控制方法，具体涉及一种针对城市海绵系统雨水收集池液位控制方法，属于智慧城市技术领域。


背景技术：

2.雨水收集池是海绵系统的重要工艺环节，雨水收集池液位的合理控制可以优化海绵系统的区域径流控制率、维持海绵系统高效运转，同时实现水资源的回收利用，获得一定的经济效益。
3.现有的海绵系统中，大部分的研究集中在如何充分有效收集雨水，但是并没有对雨水收集池的液位进行合理控制的方案。
4.如公开号为cn108035423a的中国发明专利，公开了一种用于海绵城市的势能加压雨水排蓄系统及方法，其中通过多种管道、阀门的设置，当雨天降雨量较大，地面雨水排出不顺畅时，利用本发明可提高雨水管的排放能力，能很好地解决超高层或高层建筑周围地面产生积水问题。
5.又比如公开号为cn105804202a的中国发明专利，公开了一种应用于海绵城市的雨水处理可计量可调度的方法及系统，将海绵城市中的大量蓄水节点相互连接，确保其具有充裕的水源，并实现雨水在各个蓄水节点之间的调度，并保证各个用水点能够连续用水。另外，通过计量各蓄水节点的进出水量，使得雨水的经济价值可以被明确的计算。
6.现有技术的这些方案均没有公开针对雨水收集池的液位进行控制的技术方案。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种海绵系统雨水收集池液位控制方法，通过科学的控制方式，实现对雨水收集池液位的有效控制。
8.为了能够清楚的说明本发明的技术方案，首先需要对海绵系统中雨水的收集排放过程进行大致的介绍。
9.如附图2所示，在海绵系统中，大部分的雨水通过屋顶、下沉绿地、透水广场、透水沥青路面的雨水管或者渗管汇入回用雨水管，然后流入雨水收集池。雨水收集池中的雨水可通过雨水回用设备处理后回收利用。雨量计一般安装在屋顶等空旷位置用于取得本地实时降雨量实际测量值fs；在雨水收集池内安装液位计取得雨水收集池液位实际测量值lt；在雨水回用设备出水管上安装流量计取得雨水回用流量实际测量值fw。
10.在海绵系统运行过程中，对雨水收集池液位高低的影响因素有很多，其中主要的是本地降雨量和雨水回用流量。当雨水回用流量增加时，雨水收集池液位将下降；当本地降雨量增加时，海绵系统所在区域的地面径流量增加，雨水收集池液位将延迟上升。
11.本发明具体是这样实现的：
12.海绵系统雨水收集池液位控制方法，采用雨水收集池液位前馈 串级控制方法。该方法以本地实时降雨量、雨水回用流量和雨水收集池液位三个变量作为处理对象，控制系
统整体采用前馈 串级的结构。
13.本发明提供的海绵系统雨水收集池液位控制方法，具体包括：
14.步骤一：初始化作为主调节器的pid调节器，设置其比例系数、积分时间、微分系数时间，设置雨水收集池液位调节的设定值；
15.步骤二：初始化作为副调节器的pid调节器，设置其比例系数、积分时间、微分系数时间；
16.步骤三：从现场仪表获取雨水收集池液位、雨水回用流量以及本地实时降雨量的实际测量值，并进行滤波处理；
17.步骤四：主调节器通过运算得出雨水回用流量的期望值；
18.步骤五：通过本地实时降雨量的测量值、雨水回用流量的期望值计算获得副调节器的输入，即雨水回用流量偏差信号e(k)；
19.步骤六：副调节器通过运算得到雨水回用流量调节器输出值u(k)，u(k)作为雨水回用设备的负荷率给定值；
20.步骤七：k＝k 1，返回步骤三。
21.更进一步的方案是：
22.步骤一具体为：
23.初始化作为主调节器的pid调节器，设置其比例系数p1、积分时间i1、微分系数时间d1，设置雨水收集池液位调节的设定值sp1。
24.比例系数p1按下式取值：
25.p1＝c
×
fa/s
26.式中，c为本区域年径流总控制率，取值范围0～100％；f为本地区去年本月平均月降雨量，单位mm；a为本海绵系统雨水收集池面积，单位m2；s为本海绵系统区域面积，单位m2。
27.更进一步的方案是：
28.积分时间i1＝f/m，m为本海绵系统设计降雨渗透率，单位mm/s。
29.更进一步的方案是：
30.微分系数时间d1取值为：d1＝3秒。
31.更进一步的方案是：
32.雨水收集池液位调节的设定值sp1按下式取值：
33.sp1＝h
×
(1-f/f0)
34.式中，h为本海绵系统雨水收集池设计最大液位高度，单位m；f为本地区去年本月平均月降雨量，单位mm；f0为本地区去年月最大降雨量，单位mm。
35.更进一步的方案是：
36.步骤二具体为：
37.初始化作为副调节器的pid调节器，设置其比例系数p2、积分时间i2、微分系数时间d2。
38.比例系数p2按下式取值：
39.p2＝a/f
40.式中，f为本海绵系统雨水回用流量设计最大值，单位m3/h；a为本海绵系统雨水收集池面积，单位m2。
41.更进一步的方案是：
42.积分时间i2＝3600
×
ha/f，其中h为本海绵系统雨水收集池设计最大液位高度，单位m。
43.更进一步的方案是：
44.微分系数时间d2取值：d2＝0秒。
45.更进一步的方案是：
46.步骤四中，先求取雨水收集池液位偏差信号l(k)＝sp1-lt，l(k)输入主调节器，主调节器通过pid运算得出雨水回用流量的设定值sp2，其中lt是从现场仪表获取实时雨水收集池液位测量值。
47.更进一步的方案是：
48.步骤五中，雨水回用流量偏差信号e(k)＝fs sp2-fw，其中fw为实时雨水回用流量测量值，fs为本地实时降雨量的实际测量值。
49.本发明根据海绵系统的实际运行情况，通过对本地实时降雨量、雨水回用流量和雨水收集池液位三个变量进行处理，并利用前馈 串级控制方法，实现对雨水收集池液位的科学控制，对于雨水的管理和科学利用提供了依据，具有实际的应用价值。
附图说明
50.图1为雨水收集池液位控制框图；
51.图2为海绵系统中雨水收集排放示意图；
52.图3为本发明液位控制方法流程图。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
54.本实施例中，主调节器采用以雨水收集池液位为检测和控制变量的常规pid调节器，雨水收集池液位的设定值与实际测量值的偏差经过pid调节器运算的输出为雨水回用流量的设定值；
55.本地实时降雨量测量值作为前馈控制量；
56.副调节器采用以雨水回用流量为检测和控制变量的pid调节器，如附图1所示，lt表示雨水收集池液位实际测量值；l(k)表示雨水收集池液位偏差信号；fw表示雨水回用流量实际测量值；fs表示本地实时降雨量实际测量值；sp1表示雨水收集池液位设定值；sp2表示雨水回用流量的设定值；e(k)表示雨水回用流量偏差值；u(k)表示雨水回用流量调节器输出值，作为雨水回用设备的负荷率给定值。
57.如附图3所示，本发明提供的海绵系统雨水收集池液位控制方法，具体包括：
58.步骤一：初始化作为主调节器的pid调节器，设置其比例系数p1、积分时间i1、微分系数时间d1，设置雨水收集池液位调节的设定值sp1。
59.比例系数p按下式取值：
60.p1＝c
×
fa/s
61.i1＝f/m
62.式中，c为本区域年径流总控制率，取值范围0～100％；f为本地区去年本月平均月
降雨量，单位mm；a为本海绵系统雨水收集池面积，单位m2；s为本海绵系统区域面积，单位m2；m为本海绵系统设计降雨渗透率，单位mm/s。
63.微分系数时间d1按照经验数据取值：d1＝3秒。
64.雨水收集池液位调节的设定值sp1按下式取值：
65.sp1＝h
×
(1-f/f0)
66.式中，h为本海绵系统雨水收集池设计最大液位高度，单位m；f为本地区去年本月平均月降雨量，单位mm；f0为本地区去年月最大降雨量，单位mm。
67.步骤二：初始化作为副调节器的pid调节器，设置其比例系数p2、积分时间i2、微分系数时间d2。
68.比例系数p2按下式取值：
69.p2＝a/f
70.i2＝3600
×
ha/f
71.式中，f为本海绵系统雨水回用流量设计最大值，单位m3/h；h为本海绵系统雨水收集池设计最大液位高度，单位m；a为本海绵系统雨水收集池面积，单位m2。
72.微分系数时间d2按照经验数据取值：d2＝0秒。
73.步骤三：从现场仪表获取实时雨水收集池液位测量值lt、实时雨水回用流量测量值fw以及本地实时降雨量的实际测量值fs，并进行滤波处理。
74.步骤四：求取雨水收集池液位偏差信号l(k)＝sp1-lt，l(k)输入主调节器，主调节器通过pid运算得出雨水回用流量的设定值sp2。
75.步骤五：通过本地实时降雨量的测量值fs、雨水回用流量的设定值sp2、实时雨水回用流量测量值fw计算获得副调节器的输入，即雨水回用流量偏差信号e(k)＝fs sp2-fw。
76.步骤六：副调节器通过运算得到雨水回用流量调节器输出值u(k)，u(k)作为雨水回用设备的负荷率给定值。
77.步骤七：k＝k 1，返回步骤三，进行重复的控制处理。
78.尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。