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HDPE溝槽式排水管材網監測點的優化布置方法簡述

文章出處:www.launchmypage.com  |  發布時間:2018/1/9 17:17:55  |  瀏覽次數:328

HDPE溝槽式排水管材網監測點的優化布置方法簡述

加強排水管網的監測,對保護HDPE溝槽式排水管材設施,健全城市信息化管理具有重要意義,在城市雨洪管理方面多盈彩票登录,更是保障城市水安全多盈彩票登录,減輕城市防洪壓力、緩解水資源短缺以及改善水環境質量的關鍵環節,監測技術在排水管網運行管理中應發揮更為積極與重要的作用多盈彩票登录。與所有監測相類似多盈彩票登录,由于人力、物力、財力等都有所限制,監測點的布置目標是利用盡可能少的監測點,能全面反映被監測對象的相關信息。但目前的研究對排水管網監測點布置及優化的研究非常有限。
 
1多盈彩票登录、排水管網監測的目的
排水管網進行監測的目的主要包括兩大類多盈彩票登录,第一類是及時發現運行風險,輔助城市內澇或排水管網溢流時間的預警預報,第二類是積累排水管網的長期動態運行狀況數據多盈彩票登录,用于城市排水管網運行情況的評估與診斷多盈彩票登录。針對不同的監測目的,在監測點布置時會有不同的側重。
1.1以城市內澇預警為目的
受近年來氣候變化的影響多盈彩票登录,暴雨的頻率及強度呈顯著增加的趨勢多盈彩票登录,城市化背景下,硬質化地面的比例不斷提升多盈彩票登录,使得“逢雨必澇”“逢暴雨必癱”“城市看?!背蔀槌B,對排水管網進行監測,則可以隨時了解城市各區域的積水情況多盈彩票登录,從而能進行及時預警,確保城市居民的生命及財產安全。但監測點位置如果布設不夠合理,不僅會導致監測工作前功盡棄、浪費人力物力多盈彩票登录,還會對城市內澇管理及決策起到錯誤導向。
以及時發現運行風險為目的對排水管網進行監測時,主要關注水量方面的信息,以監測節點液位和流量為主多盈彩票登录。在監測點布置時主要考慮的原則包括:根據歷史暴雨中實際內澇情況對監測點布置進行整體統一規劃,保障代表性和均勻性;以現有排水管網設計方案為依據,在相對標高較高且確定不發生內澇的地段可適當減少布點,而在重點路段和內澇嚴重區域加強監測;監測設備可安裝在內澇點路邊和附近檢查井內。
1.2以了解排水管網運行狀態為目的
在城市“智慧排水”概念提出后多盈彩票登录,對排水管網的監測已不僅局限于暴雨時期對城市內澇的預警,而是將排水管網的監測常態化多盈彩票登录,在管網中選擇最具代表性的節點,通過監測這些節點的情況多盈彩票登录,盡可能全面掌握整個管網的運行狀態多盈彩票登录。為全面了解管網運行狀態,不僅需要關注水量方面的信息,還需要綜合考慮水質情況。
目前我國大部分城市缺少長時間的排水管網連續監測數據,不能客觀分析排水管網的入流入滲情況多盈彩票登录,不能定量化分析雨污混流比例,不能客觀分析污水廠進水濃度低的癥結所在。對排水管網進行長時間連續在線監測多盈彩票登录,可為排水管網評估診斷及污水廠運行能力提升提供有力的支撐數據多盈彩票登录,是保障排水管網及污水處理廠正常運行的有效手段。在降雨情況下,需要對不同降雨強度下,排水管網運行情況進行全面監測,了解管網運行負荷變化多盈彩票登录,定量化分析由于降雨導致的外來水增加比例多盈彩票登录,對水質的監測則可更加全面掌握城市非點源污染情況多盈彩票登录。
 
2、排水管網監測點優化布置的方法
針對不同的監測目的,所采用的方法與最終的點位選址會有一定差異,目前國內外專門針對排水管網監測點優化布置的研究相對有限,根據理論依據的不同,現有優化方法可大致分為兩類:一類是以統計學理論為基礎;另一類是以運籌學理論為基礎。
2.1以統計學理論為基礎進行優化
國內對排水管網監測點優化布置的研究,大多以統計學理論為基礎,核心是通過識別節點間相關性進行聚類,從而優化監測點。袁景冬利用模糊聚類和動態貼近度兩種方法對排水管網監測點進行了優化布置,并對兩種方法所得結果進行了對比。秦禮琦利用模糊聚類分析法優化了GZ市某排水區域的排水干管上的監測點[1]。敖培同樣基于聚類的思想多盈彩票登录,在模糊C均值(FCM)聚類算法中引入細菌覓食算法(BFO),通過BFO求得最優解作為FCM算法的初始聚類中心,然后利用FCM算法優化初始聚類中心,從而求得全局最優解[2]多盈彩票登录。
利用聚類分析的思想對管網監測點進行優化布置的過程主要是確定衡量節點相關性的指標,然后對節點間該指標的相近程度進行衡量并根據相關性的大小進行聚類,最后是根據聚類結果選擇每一類中的代表性節點多盈彩票登录,如圖所示。
                          


基于模糊聚類法優化管網監測點流程
2.2以運籌學理論為基礎進行優化
國外一些學者則利用運籌學中多目標規劃模型對排水管網監測點的優化布置進行了研究。Fattoruso等人將模型精度最大化和監測成本最小化作為規劃目標,對液體比重計的監測位置進行了優化,監測主要針對城市內澇的預警[3]。Banik等人針對排水管網中水質監測點的優化進行研究,在多目標規劃模型下,利用遺傳算法進行求解,確定水質最優監測點[4]。


多目標監測點優化選址遺傳算法計算流程
與基于統計學方法相比,以運籌學理論為基礎對節點進行優化布置,更便于加入對不確定性的考慮與探討。受降雨強度、場次降雨時間間隔等因素影響多盈彩票登录,排水管網各節點水量及水質都會有明顯差異;而且我國目前多為雨污合流制,污水的排放也會對管網的水量水質產生明顯影響。因此,在對排水管網監測點進行優化布置的過程中,需充分考慮不確定性的問題。
 
3、研究問題與展望
3.1現有研究的不足
目前對排水管網監測點布置研究仍有明顯不足,將一定程度制約對排水系統信息化的管理。主要問題包括以下3點:
(1)監測點優化的數據來源依賴于實際監測數據,信息量有限。目前國內研究主要依賴于實際監測數據,如以某天的監測數據為依據多盈彩票登录,選擇最大流量、最小流量及COD作為指標,再進行一定的數據處理,作為衡量節點間相關性的依據。這樣得到的優化結果只能說對某一天的排水或降雨情景適用。排水管網監測點一旦確定,將是一個長期獲取數據量的過程,節點的代表性需要具有一定的廣泛性多盈彩票登录,在不同情景下都能作為代表性監測點。
(2)監測點的布置與優化依賴于人為判斷多盈彩票登录,主觀性強。利用統計學方法對節點進行聚類分析的研究中多盈彩票登录,雖然設置了聚類原則,但仍然有很大程度依賴于人為的判斷,相關性的識別僅為輔助作用,更多依賴于人工對管網拓撲結構的分析與認識,監測點最終布置結果受人為因素影響較大。
(3)無法對大規模城市排水管網進行監測點的優化與布置。已有研究中的優化對象是現有監測點多盈彩票登录,如敖培以某市23個排水干管監測點為研究對象,進行進一步的優化與布置多盈彩票登录,對于目前未被監測的節點則不作為研究對象。一方面,現有監測點未必是最優的監測布置方案;另一方面,對于尚未開展排水監測的區域,這一優化布置方法將無法進行應用多盈彩票登录。
3.2研究展望
針對目前研究的不足,未來排水管網監測點優化布置的研究應主要解決以下問題:
(1)充分利用排水模型進行模擬,獲取不同情景下的數據進行規律識別。國外的一些研究中多盈彩票登录多盈彩票登录,用到了SWMM模型進行模擬,而不僅局限于實際監測數據多盈彩票登录,這樣為得到不同情景下管網運行狀態提供了可能,尤其是一些極端降雨條件,在實際監測中可能存在缺失數據,但可通過模型模擬的方法進行補充分析。
(2)將每個節點相關監測指標的數據在時間尺度上進行綜合分析多盈彩票登录。在進行節點相關性分析時,不僅局限于最大水量或最小水量等單個數據多盈彩票登录,而可以用一場降雨期內,各節點的流量變化曲線來作為研究對象。每個節點的信息將概括為一條時間序列多盈彩票登录,通過對各時間序列的分析,來篩選代表性節點,將可更加充分體現出節點的信息多盈彩票登录。
(3)減少對人為判斷的依賴,強化排水管網監測點的自動識別。對排水管網開展監測不僅是排水信息化管理的必要環節,結合目前我國情況,也是對海綿城市建設效果定量化評估的主要數據來源。減少人為主觀判斷,將能夠更加客觀評估各城市海綿城市建設效果。
(4)加強對排水管網監測點布置方案定量化評估的研究。目前的研究主要針對如何進行監測點的優化布置,得到一套監測方案,但對于得到的監測如何進行定量化的評估未開展研究,無法定量化評估監測方案的優劣。

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