基于污染物过程线模型的污水管网水量水质动态模拟研究

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1、基于污染物过程线模型的污水管网水量水质动态模拟研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究：张明凯指导教生师：施汉昌教授二○一七年七月ResearchondynamicvariationofwastewaterquantityandqualityinsewersystembasedonpollutanthydrographDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthede

2、greeofDoctorofPhilosophyinEnvironmentalScienceandEngineeringbyZhangMingkaiDissertationSupervisor:ProfessorShiHanchangJuly,2017摘要摘要市政污水收集系统在保护公众环境与健康中扮演着重要的角色，研究污水管网的水量水质波动过程对于评价污水系统状况及运行调控具有重要意义。本文建立了适用于污水管网系统入流入渗评估的污染物过程线模型，对污水管网流量水质变化进行动态模拟和预测。本文研究了在旱流条件下污水管网中液位

3、、流量和水质的基本变化特征，基于指数函数模型对液位与流量动态关系进行描述，并采用二阶傅里叶级数模型表征旱季流量和水质动态变化的基本规律。研究获得旱季流量和水质显著变化周期为24小时，生活区COD、氨氮、电导率等水质指标的均值和波动幅度大于污水厂和泵站。运用KS检验统计方法，识别了不同水质指标对入流入渗过程的响应，比选出电导率更适合作为评估入流入渗的水质指标。并在此基础上，构建了耦合污染物平衡方程和瞬时单位线的污染物过程线模型u(0,t)=1/(?Γ(?))(?/?)^(?−1)?^(−?/?)，实现对污水管网入流入渗过程的

4、动态模拟。基于在线电导监测和降雨数据，对研究区域在小雨、中雨和大雨不同情景下的污水管网入流入渗动态过程进行模拟预测和定量评估。结果表明三种降雨情景下，小雨情景下的入流率为22.7%，入渗率为13.2%；中等情景下入流率为10.1%，入渗率为8.2%；大雨情景下入流率为8.1%，入渗率为3.5%。说明受制于系统的容量，随着降雨量的增加，入流入渗的比率逐渐减少。研究分析了动态水量水质过程模拟模型在旱季条件、不同区域、不同降雨类型、不同降雨事件下的参数不确定性。结果表明提高似然值的接受阈值对参数KRDI和NRDI的影响最明显。得

5、到不同降雨情景下的参数90%置信区间，以小降雨为例，其入流率和入渗率的90%置信区间为[20.3%,23.8%]和[12.3%,15.8%]。入流入渗动态过程模型在不同区域的参数分布差异反映了不同区域管网健康状况等物理特征差异。基于旱流规律模型、动态入流入渗过程模型，建立污水管网动态水量水质过程模拟器，解析旱流和入流入渗动态过程，实现生活区、泵站、污水厂等不同区域尺度动态水量水质变化过程的可视化模拟。关键词：污水管网；入流入渗；电导率；污染物过程线；模拟器IAbstractAbstractMunicipalwastewat

6、ercollectionsystemplaysanimportantroleinprotectingpublicenvironmentandhealth.Researchonthefluctuatingpatternofwastewaterquantityandqualityisbeneficialforevaluation,regulationandoperationofwastewatercollectionandtreatmentsystem.Basedonstudyingthevariationlawofdiffe

7、rentcomponentsinsewersystem,apollutanthydrographmodelwasproposedtoevaluatetheinflowandinfiltrationprocessindifferentrainfalleventsandvarioussub-catchments.Furthermore,avisualizedgeneratorwasconstructedtosimulateandpredictthevariationofwastewaterquantityandqualityi

8、nsewersystem.Mainconclusionsincludes:Therelationshipbetweenlevelandflowatdryweatherwasfittedbyexponentialfunction.Thevariationofwaterquantityandqualityw