一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估方法

1.本发明属于城市水环境污染控制与评估领域，具体涉及一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估方法。


背景技术：

2.合流制排涝泵站在降雨时有雨水径流和生活污水汇入。排水管道系统主要是通过两种途径增加泵站前池污染负荷的，一是雨水对管道内沉积物的冲刷；二是管道内的旱流污水。
3.管道沉积涉及到管道水力设计、运行水位、管道疏通养护等问题；旱流污水则涉及到雨污混接(分流制)、截流倍数(合流制)以及管道渗漏和渗入控制、管道检查、维修等问题。对于合流制排水系统而言，旱流污水所带来的污染负荷一般比较稳定，但是随着降雨强度、降雨历时的不同，旱流污水对泵站雨天前池水质的影响程度也不同。针对典型合流制泵站的溢流事件监测研究表明，旱流污水污染负荷还与系统运行水位、地下水入渗情况、周边系统连通情况、溢流模式有关。
4.降雨特征对泵站前池水质的影响主要体现在降雨强度、降雨历时、雨前累积晴天数、降雨雨型等方面，对泵站前池水质特征有较明显的影响。主流观点认为，在自然河道条件下，无论暴雨、中雨还是小雨，降雨初期污染物浓度呈上升趋势，随后逐渐平缓，后期呈现下降趋势。但是在合流制排水系统中，还要考虑到管道沉积物的冲刷作用，以及污水的汇入情况，由此导致降雨事件对合流制排涝泵站前池水质的影响较为复杂。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估方法，该方法可以简便地评估降雨事件与合流制排涝泵站前池水质的响应关系，从而分析降雨对合流制排涝泵站前池水质的影响，并且结合目前大多城市排水系统实际情况，可适用于不同降雨情况，计算和评估结果完全依据实际监测数据，具有适用性强、易操作等优点，适合推广使用，对城市受纳水体的水质保障工作的推进具有重要指导意义。
6.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估方法，包括如下步骤：
7.s1：收集基础资料，制定采样监测方案；
8.s2：根据采样监测方案，对不同雨强下降雨事件开始至结束后设定时间内的合流制排涝泵站前池水质进行连续监测；
9.s3：判断出降雨事件的降雨强度等级；
10.s4：根据降雨强度等级和步骤s2的监测结果，分析评估降雨事件对合流制泵站前池水质影响。
11.合流制排涝泵站，指由于管网错混接，排涝泵站前池存在生活污水汇入的情况。
12.进一步地，所述步骤s1中基础资料包括研究区域用水量、管网普查数据、降雨量、下垫面类型、截流倍数、混接比例。基础资料的作用是了解区域情况，便于后续进一步的分析，采样时间直接根据天气预报确定。
13.进一步地，所述步骤s1中采样监测方案为每隔4小时监测一次，并且在降雨初期进行加密监测。加密监测是为了体现降雨初期的初雨效应对泵站前池的水质影响情况。
14.进一步地，所述步骤s2中设定时间为12小时。
15.进一步地，所述步骤s3中降雨强度等级包括小雨强、中雨强和大雨强。
16.进一步地，所述步骤s3中根据降雨量和降雨历时判断降雨强度等级，降雨强度等级的具体获取方法为：
17.分析计算降雨事件的最大小时降雨量，根据最大小时降雨量即最大降雨强度划分降雨事件的雨强级别；
18.雨强，指一小时降雨量，单位为mm/h，雨强的具体大小标准根据气象局确定，其中，最大降雨强度≤2.5mm/h为小雨强，在2.6～8.0mm/h范围内为中雨强，最大降雨强度≥8.1mm/h为大雨强。
19.进一步地，所述步骤s4具体为：
20.大雨强的降雨事件下稀释作用占主导地位，泵站前池水质在雨后12小时内呈下降趋势，之后逐渐稳定；中雨强的降雨事件下前期下垫面和管道冲刷作用占优，后期稀释作用占优，泵站前池水质呈现先上升后下降再逐渐稳定趋势；小雨强的降雨事件下冲刷和稀释作用均不明显，生活污水的汇入导致泵站前池水质呈现缓慢上升并稳定在峰值的趋势。
21.本发明以现场采集的样本进行后续分析和评估，考虑到排涝泵站前池面积较大，在样品采集过程保证固定采样点、固定采样间隔时间，采集样品时保证典型降雨过程完整采集。本技术方案综合考虑多种降雨类型，具有适用性和可操作性，适合推广使用。
22.有益效果：本发明与现有技术相比，首次提出对合流制排涝泵站前池水质进行降雨过程中及降雨结束后12小时内的连续监测，以1小时最大降雨量判断降雨事件的降雨强度等级，进而根据降雨强度等级评估降雨事件对合流制排涝泵站前池水质的影响，弥补了目前缺乏适用于城镇排水系统泵站水质与降雨响应关系评估方法的不足，这对深入分析和比较降雨事件对不同河道和泵站等排水系统的影响起到一个很好的指示作用，对城市受纳水体的水质保障工作的推进具有理论支撑作用和重要指导意义。
附图说明
23.图1为本发明方法的操作流程图；
24.图2为泵站前池水质与大雨强降雨强度响应关系图；
25.图3为泵站前池水质与中雨强降雨强度响应关系图；
26.图4为泵站前池水质与小雨强降雨强度响应关系图。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
28.本发明提供一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估方法，如图1所示，包括如下步骤：
29.s1：收集基础资料，结合实际情况制定采样监测方案：
30.基础资料包括研究区域用水量、管网普查数据、降雨量、下垫面类型、截流倍数、混接比例等；
31.s2：根据采样监测方案，对不同雨强下降雨事件开始至结束后设定时间内的合流制排涝泵站前池水质进行连续监测：
32.采样监测方案包括样品采集和样品检测两部分，分别如下：
33.样品采集：使用采样桶，从降雨开始时开始采样，若有条件可在降雨开始前4小时内采一次样做对比；之后每隔4小时采一次泵站前池水样，直到降雨结束12小时，若有条件可在降雨初期加密采集水样。
34.样品检测：使用国标法对水样进行水质检测，具体检测指标视实际需求而定。
35.s3：根据降雨量和降雨历时判断出降雨事件的降雨强度等级：
36.分析计算降雨事件的最大小时降雨量，根据最大小时降雨量即最大降雨强度划分降雨事件的雨强级别；
37.雨强，指一小时降雨量，单位为mm/h，其中，最大降雨强度≤2.5mm/h为小雨强，在2.6～8.0mm/h范围内为中雨强，最大降雨强度≥8.1mm/h为大雨强。
38.s4：根据降雨强度等级和样品检测结果，通过评估系统分析评估降雨事件对合流制泵站前池水质影响。
39.大雨强的降雨事件下稀释作用占主导地位，泵站前池水质在雨后12小时内呈下降趋势，之后逐渐稳定；中雨强的降雨事件下前期下垫面和管道冲刷作用占优，后期稀释作用占优，泵站前池水质呈现先上升后下降再逐渐稳定趋势；小雨强的降雨事件下冲刷和稀释作用均不明显，生活污水的汇入导致泵站前池水质呈现缓慢上升并稳定在峰值的趋势。
40.本实施例还提供一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估系统，该系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器，用于在运行计算机程序指令时，执行上述共识方法的步骤。
41.本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如cd、dvd或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(bios)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
42.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
43.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
44.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
45.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
46.基于上述方案，为了验证本发明方法的实际效果，将本发明进行实例应用，具体如下：
47.本实施例以南京市建成区内某合流制排涝泵站的实测数据为例，对降雨事件对合流制排涝泵站水质影响进行评估。该区域排水系统总体为分流制，存在部分错混接情况，错混接比例约为10％。区域内主要用水类型为居民生活和商服。区域内主要下垫面类型为道路、屋顶和绿地。
48.通过天气预报对所研究泵站前池在不同等级的降雨事件下进行样品采集，采样时间为2021年7月-2021年12月。所有样品均用国标法进行检测，检测指标为氨氮和高猛酸盐指数。
49.对检测数据进行分析处理，大、中、小雨强三种降雨类型各选出一组数据，降雨事件特征见表1。不同降雨事件中泵站前池水质检测结果见表2，不同降雨事件中泵站前池水质变化与小时降雨强度响应关系情况见图2-图4。
50.表1不同降雨事件特征
[0051][0052]
表2不同降雨事件泵站前池水质检测结果
[0053][0054][0055]
根据降雨强度及泵站前池水质变化情况，通过本发明提供的一种降雨事件对合流制排涝泵站水质影响的评估系统获取到评估结果，具体为：大雨强下短时强降雨虽然会导致大量下垫面污染物和管道沉积物被冲刷进入泵站前池，但由于前期泵站前池水质浓度较高，汇入泵站的水量在短时间内迅速增加，稀释作用占据主导，泵站前池水质在降雨结束后24h内呈下降趋势，之后由于生活污水的汇入水质逐渐上升。中雨强下由于前期下垫面冲刷和管道冲刷作用占优，泵站前池污染物浓度增加，并且降雨形成地表径流进入管网，再汇入泵站需要一定的时间，水质峰值比降雨强度峰值滞后3h；在降雨后期，地表径流雨水携带的污染物减少，可被冲刷起来的管道沉积物也变少，泵站前池水质逐渐降低并达到稳定。小雨强下水质峰值比降雨强度峰值滞后13h，由于雨量、雨强较小，径流缓慢并且管道沉积物冲刷不明显，随着生活污水的汇入，泵站前池水质平缓上升，水质达到峰值后基本稳定。