• 供水管网设计与运行优化

1.管网设计与调度优化技术(智能算法等)
       城市供水系统是城市的命脉,它不仅直接关系到城市居民的生活质量,而且极大地影响着城市的经济发展。 针对目前管网优化研究中所存在的问题,将智能优化方法应用于给水管网优化设计和优化调度中,对所优化问题的数学模型和求解方法进行改进,使得供水系统智能优化技术能够更好的应用于实践中。
2.管网漏损管理与爆管分析定位等
       2007年,建设部信息中心对408个城市进行了统计全国城市公共供水系统的管网漏损率平均达到20%左右,部分城市更是高达30%。按照实际平均漏损率推算可得,全国城市供水年漏损量高达100亿立方米。管网的漏损不但浪费大量水资源,而且甚至会导致爆管,严重影响了居民和企业的供水安全。管网漏损主要存在明漏和暗漏两种形式。明漏指的是浸蚀管道覆盖层涌出地表形成。暗漏是指不被人们发现的地下管道漏水,即己经发生漏水但述没有冒出地面的损失。其中,爆管,即意外所造成的供水管道突然破损,导致水溢出而大量流失,这种情况水量是损失最大的。
3.管网水质模拟与分析
       净水厂出厂水的水质安全可以达到国家饮用水标准。但是,通过一些用户的水 质检测结果表明,经过管网到达用户的水符合饮用水标准却很困难。可见,要从根本上改善城市的供水质量,在保证净水厂出厂水水质的同时,加强供水管 网的水质管理,减缓水的二次污染势在必行。
4.供水系统可靠性诊断与安全性策略支持
       对结构复杂、规模庞大的城市给水系统来说,保证其可靠性对于提高给水服务水平至关重要。长期以来,人们对给水系统可靠性进行的研究多局限在可靠度概念上,仍以结构可靠度思想来把握包括水力可靠性在内在给水系统服务可靠性问题,致使这一领域研究徘徊不前。
5.供水管网系统在线监测与管理平台集成
       城市供水一般由原水供应、水厂处理、管网输配至最终用户等环节组成,任何一个环节出现问题,都会导致饮用水不洁。在前两个环节正常的情况下,饮用水的卫生问题就是,管网输配至最终用户环节出了问题。中国疾病控制中心对全国 35 个城市调查表明,出厂水经管网输送到用户自来水龙头,自来水不合格率增加 20%左右,一些城市多次出现管网污染引起的饮水污染事故。
       管网对饮用水的二次污染,主要是由于外界污染物进入、内部污染物继续反应和管材等造成。外界污染物的进入,主要是由于管道施工过程中的不规范操作和管道破漏造成外部污水流入等造成。内部污染物继续反应是指,在管网中发生的一系列复杂的物理、化学、生物反应。管材影响是指,管道本体材料对管内水质的二次污染影响。 其中,最主要的,也是现在研究最多的是内部污染物继续反应。
       以往人们的注意力大都集中在水源水质和水厂的处理工艺上,力求出厂水水质达到供水要求,但是对于水质在城市输配水管网中的变化则没有给予应有的重视。我们需要通过对管网水质的不断监测,及时发现二次污染问题,采取相应措施,进行解决。

 

  • 城市排水系统设计与运行优化

1.污水管网系统的设计与优化
       城市污水管网是重要的城市基础工程设施之一, 担负着收集城市生活和工业生产等污水、及时排除降落在城市市区内和流经市区的雨水的任务。在传统的污水管道设计中,水力计算主要通过手工借助于计算器来完成,其计算过程是一项工作量很大,简单、机械、重复的劳动过程,既枯燥又费时,而结果一般得不出一个最优或者较优的设计方案,从而导致投资出现不必要的浪费。 污水管道系统的最优化设计较常规设计可节省投资 5%-15%, 系统规模越大, 复杂性越高,通过优化设计后可节省的费用就越多。科学合理地设计排水管网系统是城市基础工程设施建设的重要一环,对工程设施的投资和运行管理的可靠性也起着关键性作用。
2.城市雨水系统管理(LID技术、调蓄池等)
       海绵城市理念的提出不但有着深刻的社会背景,更反映了国内对雨水系统问题认知水平的巨大提升。城市建设初期,雨水问题没有受到足够重视,雨水被当作“阻碍城市运行的负担”并通过管网快速排放至受纳水体。这种做法不但造成了水体的污染,而且受到了滞后的管网系统建设的制约。
       海绵城市的技术内涵在工程上表现为LID设施、市政雨水管网系统和末端调蓄设施的有效结合。其中,LID设施包括存在于汇水区域附近的、分散式的、小规模的低影响开发地形和储水容器,如下凹式绿地、雨水花园、雨水桶等,其作用是使雨水径流在进入雨水管网前部分或全部滞留、下渗、净化。
       市政雨水管网负责转输从LID设施中溢流出的雨水。LID设施对雨水径流的消减作用,降低了汇水区域的峰值流量,进而相对提高了附近管网的排水重现期,提升了城市,特别是建成区、中心区和不宜大规模开挖更换管网区域的抗涝能力。
       末端调蓄设施主要针对超出管网设计重现期的降雨,对超出管网和下游水体接纳能力的雨水进行储存、调蓄,其内容包括自然水体、行泄通道、人工池体等。其中,人工池体根据所处功能区差异可与小区、公园、城市水景观相结合,自然水体、行泄通道可与湿地、预留空地相结合。末端调蓄设施不仅对地处低洼地区的小区、下凹式立交桥、城市管网下游地区的排水抗涝能力,有着良好的改善作用,对城市水系的恢复和保护作用亦非常明显。
3.排水系统监测与调度
       管网的在线监测信息系统的建设,为城市发展和安全运行提供有力保障。在线监测系统可去除传统管网管理模式的多种弊端,对排水管网水质、水量、有毒有害气体、可燃性气体等指标进行监测,为排水管网的运行调度、养护管理、快速响应提供有效的数据支持。
       排水监测系统综合应用了包括GIS地图、物联网、云计算、在线监测、工业自动化控制、网络通信及排水管网模拟在内的技术手段,建立起了一个能够长期、有效、动态管理排水管网大量空间数据和属性数据的基础平台,并融合排水管网数字化管理过程中所需的各种业务处理和专业分析模块,最终形成一个具有连接排水管理部门各业务单元信息、数据存储管理和决策分析等多种功能于一体的信息平台。
4.管网水力学与水质模拟 
       随着近年来排水科学技术的发展,人们对排水系统各部分的功能和角色有了更深的认识。排水管道在将卫生设备排出的污水传输到污水处理厂的同时,在管道内部还进行着复杂的物理、化学和生物学过程,这些过程的发生不仅直接影响排水管道的输送效率、自身寿命和污水处理厂的入流水质,而且影响整个排水系统。在此认识的基础上,如果建立排水系统各部分的数学模型,如管道水质模型、污水处理厂模型、收纳水体模型,不仅可以用系统模拟的方法来设计、维护、和管理排水系统的各部分,而且还可以实现整个排水系统的优化。因此,理论上,用系统模拟的方法设计排水管道比水力计算法更合理。

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