基于不确定性理论的排水管网多泵站启停液位筛选研究_赵冬泉

环境工程2011年第29卷增刊基于不确定性理论的排水管网多泵站启停液位筛选研究＊赵冬泉毛楠王浩正曹尚兵(北京清华城市规划设计研究院环境与市政所,北京100084)摘要:基于暴雨管理模型(stormwatermanagementmodel,简称SWMM),构建实验管网模型,基于不确定性理论,采用拉丁超立方法采样,根据管网运行管理目标选择可行的泵站启动液位调控方案,并对多个泵站的运行控制参数进行统计分析,筛选合理的泵站启停液位区间。结果表明该方法可以有效分析控制参数的不确定性,为排水管网控制方案的科学制定提供有效分析途径。关键词:排水管网;泵站调度;控制参数;SWMMSTUDYONTHESELECTIONOFON&OFFLIQUIDLEVELSINMULTI-PUMPDRAINAGENETWORKBASEDONUNCERTAINTYANALYSISZhaoDongquanMaoNanWangHaozhengCaoShangbing(DepartmentofEnvironmentandInfrastructure,UrbanPlanningandDesignInstitute,TsinghuaUniversity,100084Beijing,China)Abstract:BasedonSWMM(stormwatermanagementmodel),anexperimentalnetworkmodelisestablished.Latinhypercubesampling(LHS)isusedtoobtainsamplesets,networkoperationobjectivesareusedasthecriteriaoffeasiblecontrolschemes,anduncertaintyanalysisisusedtoscreenpumpscontrolparameters.Theresultsshowthatthismethodisefficienttoanalyzetheuncertaintyofcontrolparameters,andofferaselectionapproachofnetworkcontrolscheme.Keywords:drainagenetwork;pumpdispatch;controlparameter;SWMM＊水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07313-003)。0引言城市排水管网系统具有收集输送污水和排除雨水的功能。在排水管网系统建成后,随着城市的发展,排水负荷可能会超过现有的管道设施输送能力,引起路面积水或干管溢流,影响市民的正常生产生活,污染城市水体。由于管网改造和构建大型存储设施的投资过高,国外的一些城市已经通过建立管网运行控制系统,在保障排水管网安全运行的前提下,最大限度地利用现有的控制设施和管网存储调蓄能力提高排水管网的输送能力,从而以较低的建设成本减少雨污水溢流[1-2]。排水管网中的控制要素主要包括泵站、闸门和堰等,其中泵站是中型或者大型的污水系统中常见的重要控制设施。由于受用户排放习惯、季节变化、事故排放和降雨等多种因素的影响,排水管网的水量排放具有不确定性、随机性和非线性特征,增加了排水管网的运行管理和优化调度的难度。利用常规最优化评估方法进行泵站控制,受到排放过程具有较强随机性的影响,容易造成局部区域污水溢出污染[3]。如何通过优化泵站控制参数,达到改善排水管网运行负荷、降低污水处理厂进水水量波动和降低泵站运行能耗等目标,是排水泵站优化调度的难题。目前的泵站控制策略研究主要以站内局部运行优化[4-5]和系统节能为目标[3-6]。本文通过建立排水管网实验模型,基于不确定性理论,利用拉丁超立方法(latinhypercubesam-pling,简称LHS)生成大量控制参数组,分析了控制参数改变对管网运行状态的影响,识别管网的敏感控制参数,为排水管网的优化运行提供参考。1数学模型及研究方法为了有效地进行雨污水系统的科学规划和运行调度,了解排水管网的整体运行状态变化规律是非常重要的。20世纪60年代初期,众多排水模型研究者就41DOI:10.13205/j.hjgc.2011.s1.004环境工程2011年第29卷增刊已经在城市排水系统模拟方面进行了研究和开发,并出现了大量的统计模型、机理模型及管理和规划模型。其中,由美国环保署(unitedstatesenvironmentalpro-tectionagency,简称USEPA)资助开发的暴雨管理模型(stormwatermanagementmodel,简称SWMM)是其中应用最广泛的模型之一[7-8]。SWMM可全面模拟分析与城市排水管网相关的水量水质问题。经过多年的发展,SWMM已经被国内外研究者在多个研