（环境工程专业论文）污水管网中污水cod浓度模型的建立及应用研究.pdf

摘要 当下的珠三角地区，已经兴建起大量的污水处理厂，希望借此做到削减污染物的 排放量，治理河涌。但就目前的情况而言，由于污水处理厂配套管网严重滞后于厂的 建设，使得大量的污水处理厂不能发挥其削减污染物的作用，已建成的污水处理厂出 现污水收集量不足，进水c o d 偏低等现象，严重影响污水处理厂的运行，降低c o d 减排的效率，同时使得河涌整治的效果大打折扣，不能从根本上解决河涌污染的现状。 由于截污工程往往投资巨大，其成效十分重要且备受关注。因此，倘若污水管网未能 正常运行，那么污水处理厂就变得耗能而减排量低，对社会、环境带来严重的危害。 研究污水管网水质模型与在线管理系统构建，完善污水管网的管理，对于减轻河涌污 染、节能减排和污水处理厂建设运行来说具有重大的意义。 本文首先以一维扩散方程为基础，把污水在污水管道的传输过程看成一微型的河 流流动过程，进行c o d 浓度模型的建立，在分析污水管网特定水环境中各种物理、化 学和生物现象的基础上，对一维移流扩散方程进行合理的简化并确定相关的污水管道 参数，最终建立污水管网c o d 浓度模型，并成功模拟乐从镇单管c o d 浓度变化规律 以及污水处理厂进水c o d 浓度。 通过分析总结目前珠三角污水管网建设及管理中问题，研究建立污水管网在线管 理系统，实时反映污水管网运行状况。系统以地理信息系统( g i s ) 为基础，集成污水 管网基础数据管理，污水处理厂进水c o d 浓度预测，污水水质的在线监测，污水管网 规划辅助等，为污水管网管理提供数字化的技术支持，并在政策和管理体制层面上提 出完善污水管网的建议。 本文得到了以下结论： l 、利用一维移流扩散方程建立污水管道污水c o d 浓度模型，对单管( 没有节点) 进行c o d 浓度变化规律模拟，其模拟值与实测值接近，最大相对误差为2 5 。 2 、针对采用圆形截面污水管道的城镇，运用污水管道c o d 浓度模型，并结合节 点混合模型，对乐从镇污水处理厂的进水c o d 浓度进行预测，模拟值与实测值的相对 误差为6 6 。 3 、污水管网在线管理系统具有系统数据的采集、录入和编辑，数据管理，数据转 广东工业大学硕士学位论文 换，污水设施管理，污水管网水质水量在线监测，预测污水处理厂进水c o d 浓度，污 水管网规划辅助等功能，能对污水管网进行实时监控，及时反馈管网运行情况。成功 模拟高明区污水管网在线管理系统的建设。 4 、针对目前污水管网管理的状况提出建立专门部门统一对污水管网建设、运行、 维护、管理进行实施；实施污水许可制度，实施完善工程的招标和竣工验收制度；加 快截污进度，大力推进污水管网改造和建设；利用供水数据对污水处理厂规划水量进 行预测；利用污水管网c o d 浓度模型对污水处理厂设计c o d 值进行估算。 关键词：污水管网；污水处理厂；管理；在线监测；c o d i i 。 a b s t r a c t a b s t r a c t a1 0 to fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t sw e r ec o n s t r u c t e di np e a r lr i v e rd e l t ai no r d e rt o r e d u c et h eq u a n t i t yo fp o l l u t a n td i s c h a r g e da n dr i v e rp o l l u t i o n h o w e v e r , a c c o r d i n gt o p r e s e n ts i t u a t i o n ，t h es e w a g en e t w o r kc o n s t r u c t i o na ss u p p o r t i n gf a c i l i t i e si sf a rm o r e b e h i n d t h a nt h es e w a g et r e a t m e n tp l a n t s e w a g et r e a t m e n tp l a n tc a n n o tw o r kn o r m a l l yi n t h i s s i t u a t i o n p r o b l e m ss u c ha sd e f i c i e n c yc o l l e c t i o no fs e w a g e ，l o wi n f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o n o fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，h i g h i n f l u e n tp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o na r ec o m eo u ti nt h e c o n s t r u c t e ds e w a g et r e a t m e n tp l a n t si np e a r lr i v e rd e l t a , w h i c hh a v ed e a d l yi m p a c to n o p e r a t i o no fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t s ，l o w e rt h ep o l l u t a n tr e d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dc a n n o t r e d u c et h er i v e rp o l l u t i o n t h ep e r f o r m a n c eo ft h es e w a g en e t w o r kc o n s t r u c t i o ni sv e r ) ， i m p o r t a n ta n da l w a y sg e t s m o r ec u s t o m e ra t t e n t i o nb e c a u s eo ft h eh u g ei n v e s t m e n t t h e r e f o r e ，i ft h es e w a g en e t w o r kc a n n o tw o r kn o r m a l l y , s e w a g et r e a t m e n tp l a n t w i l lb e c o m e e n e r g yd i s s i p a t i o na n dl o wp o l l u t a n tr e d u c t i o n ， a n dw i l lb r i n gs e r i o u sh a r mt or i v e r e n v i r o n m e n t t h er e s e a r c ho nt h ec o n s t r u c t i o no fc o dm o d e la n do n l i n em a n a g e m e n t s y s t e mi ns e w a g en e t w o r k c a l ls o l v et h ep r o b l e m so fs e w a g en e t w o r km a n a g e m e n t ，a n da l s o h a sg r e a ts i g n i f i c a n c eo nr i v e rp o l l u t i o nr e d u c i n g ，c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no fs e w a g e t r e a t m e n tp l a n t , e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n t h es e w a g en e t w o r km o d e lo fs e w a g ec o dw a sb u i l tb a s e do no n ed i m e n s i o n a l d i f f u s i n ge q u a t i o na n dt h ed r a i n a g ep i p e l i n e sw e r es e e na sp y g m y r i v e r s o nt h eb a s i so f a n a l y s i so nd i f f e r e n t k i n d so fp h y s i c a l ，c h e m i c a l ，b i o l o g i c a lp h e n o m e n o ni nd r a i n a g e n e t w o r k , t h eo n ed i m e n s i o n a ld i f f u s i n ge q u a t i o nw a ss i m p l i f yr e a s o n a b l ya n d r e l a t i v e p a r a m e t e r s w e r ed e t e r m i n e d t h em o d e lp r e d i c t e dt h e v a r i a t i o n so fs e w a g ec o d c o n c e n t r a t i o n si nt h ep r o c e s so fs e w a g et r a n s m i t t i n ga l o n gt h es e w e rw e l li nl e c o n gt o w n ， a n ds u c c e s s f u l l ys i m u l a t e dt h ei n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ni nl e c o n gs e w a g et r e a t m e n t p l a n t t h i sp a p e rc o n c l u d e dp r e s e n tp r o b l e m so fm a n a g e m e n ta n dc o n s t r u c t i o ni ns e w a g e n e t w o r ka n dd i dt h er e s e a r c ho no n l i n em a n a g e m e n ts y s t e m t h es y s t e mc a nr e f l e c tt h er e a l t i m eo p e r a t i o no fs e w a g en e t w o r k i tw a sb u i l to nt h eb a s i so fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n i l l 广东工业大学硕士学位论文 s y s t e m ( g i s ) ，a c h i e v e ds u c hf u n c t i o n sa sd r a i n a g en e t w o r kd a t am a n a g e m e n t , s e w a g e q u a l i t yo n l i n em o n i t o r i n g ，d r a i n a g en e t w o r kp r o g r a m m i n g t h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e d a d v i c et h a ti m p r o v e dt h es e w a g en e t w o r km a n a g e m e n tf r o mt h ei n s t i t u t i o n a ll e v e l t h e p a p e r h a sc o m et os u c hc o n c l u s i o n sa sb e l o w ： i u t i l i z eo n ed i m e n s i o n a ld i f f u s i n ge q u a t i o nt ob u i l dt h es e w a g ep i p ew a t e rq u a l i t y ( c o d ) m o d e l ，t h e ns i m u l a t et h ev a r i a t i o no fs e w e rc o dc o n s i s t e n c y s i m u l a t e dv a l u e a p p r o x i m a t e sm e a s u r e dv a l u e ，w i t ht h em a x i m u mr e l a t i v ee r r o ro f2 5 2 f o rt h ec i t yw h i c ha d o p t sc i r c u l a rc r o s ss e c t i o nd r a i n a g ep i p e ，c o m b i n et h es e w a g e p i p e l i n ec o dc o n c e n t r a t i o nm o d e la n dt h en o d eh y b r i dm o d e lt os i m u l a t et h ei n f l u e n t c o d c o n s i s t e n c y t h er e l a t i v ee r r o rb e t w e e ns i m u l a t e dv a l u ea n dm e a s u r e dv a l u ei s6 6 3 s e w a g en e t w o r ko n l i n em a n a g e m e n ts y s t e mh a sf u n c t i o n ss u c ha sc o l l e c t i n gd a t a , r e c o r d i n ga n de d i t i n g ，m a n a g i n gd a t a , c o n v e r t i n gd a t a , m a n a g i n gd r a i n a g ef a c i l i t i e s ， m o n i t o r i n gw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t yo fs e w a g en e t w o r ko n l i n e ，s i m u l a t ei n f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o no fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，a s s i s t i n gp l a n n i n gs e w a g en e t w o r k t h i ss y s t e m c a nr e a lt i m em o n i t o rt h es e w a g ep i p en e t w o r ka n ds h o wi n s t a n t l yh o wt h es e w a g en e t w o r k 1 1 l n s 4 f o rt h ep r e s e n ts e w a g en e t w o r km a n a g e m e n ts i t u a t i o n , t h i sp a p e rp u tf o r w a r dt h a t t h ec o n s t r u c t i o n ，o p e r a t i o n ，m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n to fs e w a g en e t w o r ks h o u l db ei n c h a r g eb yo n ei n d e p e n d e n td e p a r t m e n t w h a t sm o r e ，d i s c h a r g ep e r m i ts y s t e m ，t e n d e r i n g s y s t e m ，c h e c ka n da c c e p ts y s t e mm u s tb ec a r r i e do u t a l s o ，t h ep r o g r e s so fi n t e r c e p t i o n ， r e f o r ma n dc o n s t r u c t i o no fs e w a g en e t w o r ks h o u l db ea c c e l e r a t e ds c i e n t i f i c a l l y t h ed e s i g n a n dp r e d i c t i o no fs e w a g et r e a t m e n tq u a n t i t yc a l lb ed e t e r m i n e db yu s i n gr e g i o n a lw a t e r s u p p l yd a t a , a n dm o r ea c c u r a t et h a nt h et r a d i t i o n a lw a y t h ed e s i g no fi n f l u e n tc o d c o n c e n t r a t i o ni ns e w a g et r e a t m e n tp l a n tc a nu s et h ec o dc o n c e n t r a t i o nm o d e lt od e t e r m i n e k e y w o r d s ：s e w a g en e t w o r k ；s e w a g et r e a t m e n tp l a n t s ；m a n a g e m e n t ；o n l i n em o n i t o r i n g ； c o d i v c o n t e n t a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h c o n t e n t si nc h i n e s e ”v c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ”1 1 2r e s e a r c ho nd r a i n a g en e t w o r ki nc h i n aa n d t h eo t h e rc o u n t r i e s 一3 1 2 1r e s e a r c ho nd y n a m i cm o d e lo fs e w a g en e t w o r k 3 1 2 2h y d r o d y n a m i cc a l c u l a t i o nm e t h o d so fs e w a g en e t w o r k 4 1 2 3r e s e a r c ho nt h ec h a n g eo fs e w a g eq u a l i t yi ns e w a g en e t w o r k 6 1 2 4r e s e a r c ho nt h er e a l i z a t i o no fd r a i n a g en e t w o r ko n l i n em a n a g e m e n t 6 1 3c o n t e n ta n dm e t h o d s 8 c h a p t e r 2h y d r a u l i ca n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no ns e w a g ep i p e 9 c h a p t e r3c o n s t r u c t i o no fs e w a g ec o d c o n c e n t r a t i o nm o d e lo fs w a g ep i p en e t w o r k13 3 1a s s u m p t i o n sa n dl i m i t ”1 5 3 2s t e p so f m o d e le s t a b l i s h m e n t j o 3 3s e w a g eq u a l i t ym o d e lo fs e w a g ep i p e 1 6 3 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d so fs e w a g eq u a l i t y 1 8 3 5p r o g r a m m i n go fc o d c o n c e n t r a t i o ni nd r a i n a g ep i p en e t w o r k 19 3 6p r o g r a m m ea p p l i c a t i o n z u 3 6 1s i m u l a t i o ni nad r a i n a g ep i p e 2 0 3 6 2h a f t u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ns i m u l a t i o no fs w a g e t r e a t m e n tp l a n t 2 3 3 6 3s i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i s 2 6 c h a p t e r4s t a t u so fd r a i n a g en e t w o r k i np e a r lr i v e rd e l t a 2 7 4 1p r o b l e m so f d r a i n a g en e t w o r k ”2 ， 4 1 1d a t ad e f i c i e n c y , f r e , q u c n to c c u r r e n c eo fc o n s t r u c t i o na c c i d e n t “2 7 4 1 2b a dp l a n n i n g ，d e s i g na n dc o n s t r u c t i o n 2 4 1 3m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n td e f i c i e n c i e s 2 8 4 2i n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o no f s e w a g et r e a t m e n tp l a n t 3 1 c h a p t e r5r e s e a r c ho nt h ec o n s t r u c t i o n o fd r a i n a g en e t w o r ko n l i n em a n a g e m e n t s y s t e m 3 3 5 1c o n c e p t i o no f d r a i n a g en e t w o r ko n l i n em a n a g e m e n ts y s t e m 3 3 5 2o b j e c t i v ea n dm e a n i n go fd r a i n a g en e t w o r ko n l i n em a n a g e m e n ts y s t e m 3 3 v i i 。 广东工业大学硕士学位论文 5 3r e q u i r e m e n t sa n dd e s i g np r i n c i p l e s 3 5 5 4c o n s t r u c t i o n o fd r a i n a g en e t w o r ko n - l i n em a n a g e m e n ts y s t e m 3 6 5 4 1b a s i cc o n s t i t u t i o no f t h es y s t e m 3 6 5 4 2m a i nf u n c t i o no ft h es y s t e m 3 8 5 4 3h a r d w a r ec o n s t i t u t i o no f t h es y s t e m 4 2 c h a p t e r6i m p r o v e m e n to fd r a i n a g en e t w o r km a n a g e m e n t 4 9 6 1c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o np r o b l e m s 4 9 6 2s u g g e s t i o n 5 0 c h a p t e r7a p p h c a f i o ns i m u l a t i o n 5 3 7 1p r o g r a m m i n go fd r a i n a g en e t w o r kp l a n n i n gi nf u w a n 5 3 7 1 1s t a t u sa n a l y s i so fd r a i n a g ei nf u w a n 5 3 7 1 2l a y o u ta n a l y s i so f d r a i n a g ei nf u w a n 5 4 7 1 3w a s t e w a t e rq u a n t i t yp r e d i c t i o n 5 4 7 1 4p i p e l i n eh y d r a u l i cc a l c u l a t i o n 5 4 7 1 5p r e d i c t i o no f i n f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o n 5 4 7 2c o n s t r u c t i o no f o n - l i n em a n a g e m e n ts y s t e mi ng a o m i n g 5 6 c o n c l u s i o n 5 8 r e f e r e n c e s 6 0 p a p e r sp u b l i s h e di nt h es t u d yf o rm a s t e rd e g r e e j 6 5 s t a t e m e n to fo r i g i n a l i t y 6 6 a u t h o r i z a t i o ns t a t e m e n t 6 6 a c k n o w l e d g e m e n t 6 7 a p p e n d i x 6 8 v i i i 第一章绪论 1 1 课题研究意义 第一章绪论 随着人口的不断增多，城镇化建设的不断推进，城镇生活污水的产生量越发增多， 水污染问题日益突出。尤其是在珠三角地区，即使众多污水处理厂已纷纷投入运营， 但河流水环境仍得不到有效的改善。究其原因在于普遍污水处理厂进水c o d 浓度偏 低，严重影响了污水处理厂的污染物减排效率和稳定运行，本研究将从污水管网的角 度详细分析c o d 浓度偏低的原因，并研究出有效的方法改进污水处理厂的减排效率。 根据国家环境保护“十二五 规划的要求，到2 0 1 5 年，主要污染物排放总量 显著减少，城镇环境基础设施建设和运行水平得到提升，生态环境恶化趋势得到扭转， 环境监管体系得到健全。提升城镇污水处理水平。加大污水管网建设力度，推进雨、 污分流改造，加快县城和重点建制镇污水处理厂建设，到2 0 1 5 年，全国新增城镇污水 管网约1 6 万公里，新增污水日处理能力4 2 0 0 万吨，基本实现所有县和重点建制镇具 备污水处理能力，污水处理设施负荷率提高到8 0 以上，城市污水处理率达到8 5 。 而广东省环境保护与生态建设“十二五”规划则要求优先完善现有污水处理设施 的配套管网，加快在建污水处理设施建设步伐，积极推进中心镇和水源保护区周边、 重要江河沿线建制镇的污水处理设施建设，强化污水处理厂脱氮除磷效果，提高生活 源氨氮等污染物去除效率。到2 0 1 5 年，全省废污水排放总量控制在1 0 0 亿吨以内，城 镇污水集中处理能力达2 2 0 0 万吨日以上，新增污水管网1 5 万公里以上，管网覆盖率 达7 5 以上，城镇生活污水处理率达8 0 。完善污水处理厂在线监控系统联网，加强 对污水处理厂的环境监管，确保污水处理设施稳定运行。 到目前为止，兴建污水处理厂的目标基本实现，但其配套污水管网的建设却严重 滞后于污水处理厂的建设。污水管网的完善程度关系到该地区污水的收集和处理程度、 污水厂污水处理设施的运行效率以及地区水体的污染状况。作为污水处理厂的配套构 筑，污水管网是最重要也是最基础的截污手段，在污水处理工艺已经成熟的今天，污 水处理厂能否尽其用，做到大量削减有机污染物依赖的并不是处理工艺有多先进，而 是其配套管网的建设和运行。尤其是在珠江三角洲地区，水系发达，河流密布，受潮 汐影响，城市管网建设不仅要考虑污水的排放问题，还要涉及到城市的排洪和排涝问 1 广东工业大学硕士学位论文 题。当下的珠三角地区，已经兴建起大量的污水处理厂，希望借此做到削减污染物的 排放量，治理河涌。但就目前的情况而言，由于污水管网严重滞后于厂的建设，大量 的污水处理厂都不能物尽其用，使得已建成的污水处理厂出现污水收集量不足，进水 c o d 偏低等现象，严重影响污水处理厂的运行，降低c o d 减排的效率，同时使得河 涌整治的效果大打折扣，不能从根本上解决河涌污染的现状。由于截污工程往往投资 巨大，其成效十分重要且备受关注。因此，倘若污水管网未能充分收集到足量生活污 水，那么污水处理厂就相当于白运行，耗能而减排量低，对社会、环境带来严重的危 害。 在国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知和国家环境保护规划 中强调了落实节能减排的工作。减排的重点之一就是削减c o d 总量，而c o d 总量的 减排关键在于污水处理厂的污水处理效果。在日进水量变化不大的情况下，c o d 浓度 的高低决定了污水处理厂的日c o d 减排量。c o d 的浓度则关系到污水管网收集的污 水水质及其在污水管网传输过程中的变化。 珠三角地区的排水体制多采用截流式合流制，因此，在建设污水管网时的一些问 题甚至错误，例如截流倍数选择不正确、拍门安装不正确、污水管网存在污水直排口、 污水管段没有收集到足量的污水、管段的接口错开等，以及污水管网的维护管理不到 位，例如拍门被杂物所卡、自来水管爆裂、管段淤塞、过河管倒灌河水等都会使得污 水处理厂进水c o d 浓度偏低。进水c o d 浓度偏低，使得污水处理厂进水水质变成低 碳源污水，低于原工艺设计的相关参数，在此情况下整个污水处理过程都会受到不同 程度的影响。尤其在污水处理的生化反应过程中，由于碳源偏低，微生物摄取不到足 够的营养物，使微生物进入内源呼吸阶段，消耗自身有机物，造成微生物的死亡。同 时低碳源污水不利于脱氮除磷【1 1 ，在一般的生活污水处理工艺中，污泥停留时间一般控 制在3 5 7 d ，以便于去除总磷【2 1 。此外，当污水碳氮比( c n ) 2 8 6 时，污水c n 越低，反硝化效果越差【3 】，系统的脱氮效果将受到严重的影响。低碳源污水处理还增加 了污水处理厂的能源消耗，降低c o d 的减排效率。因此，保证污水处理厂的进水c o d 浓度，保证污水处理厂减排效率，优化污水管网的管理是关键。 因此，研究优化污水管网的管理，分析污水处理厂进水c o d 浓度偏低的原因，模 拟污水在管网传输过程中的变化规律，建立污水管网c o d 浓度模型，提出污水管网在 线管理系统的构建，对珠三角地区乃至国内污水管网的建设管理、维持污水处理厂的 稳定运行以及提高c o d 减排效率有重大的意义。 2 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1 排水管网动力模型的研究 目前国内外管网的研究大多集中在排水管道的动力模型方面，主要模拟各种排水 工况，模拟暴雨时的排水状态，是城市防洪排涝的重要手段。 国外早在2 0 世纪5 0 年代就开始这方面的研究，美国芝加哥市工程局对城市雨水 管道设计进行了研究，提出了早期城市雨水流量计算模型( 简称c h m ) 。随后，k e i f e r 在c h m 模型的基础上开发出修正的c h m 模型【4 】，并将其应用于城镇各种排水系统( 包 括污水系统和雨水系统) ，同时针对现有排水系统的情况进行升级设计和改造扩建，大 大地提高了当地排水系统的设计规划水平。2 0 世纪7 0 年代美国国家环保署( e p a ) 开 发出城市暴雨管理模型( s w m m ) ，s w m m 是e p a 为设计和管理城市雨洪而研制的数 学模型。该模型基于降雨量和其它气象资料模拟真实的暴雨过程，对降雨量、暴雨量 和雨水水质进行合理预测，并对降雨水量水质时空分布进行描述，最终评价排水系统 的排涝能力。它包括径流、输出、扩充、存储和处理及受纳水体水质等5 大模块【5 】。美 国工程师协会在城市径流模型( u c u r m ) 的基础上开发了蓄水处理径流模型 ( s t o r m ) t 6 】。在英国市政研究所，他们利用时间、径流面积等参数，推算出一种新的城 市径流模型( t r r l ) 川。该模型利用排水管道恒定流过程进行演算，这一方法经后来修正 后成为著名的伊利诺城市污水管道模拟模型( i l l u d s ) m 以及伊利诺雨水管道系统模拟 模型( i s s ) 。此外，r u a nm 等人开发的s e w s i m 模型9 】，俄国开发的r a t i o n a l 模型、 德国开发的q q s 模型、法国开发的c a r e p a s 模型，丹麦水力研究所( d h i ) h e n r i k g a r s d a l 等人开发的m o u s e t r a p 模型【】0 】等，均能较好地模拟当地城市降雨雨水水质 状况和雨水径流过程。 我国于排水管网动力模型的研究起步较晚，2 0 世纪9 0 年代，岑国平等开发出了机 场管道设计模型( s s c m ) 【i l 】，该模型是在对城市及机场暴雨径流研究的基础上开发的， 其系统由地表径流、暴雨、雨水管道设计和管网汇流等模型组成，主要应用于排水管 道系统的设计；任伯帜【1 2 】提出的城市设计暴雨及雨水径流计算模型有关理论和方法， 不仅为城市雨水排水系统的设计或校核、管理、以及城市雨洪调控及雨水径流污染防 治等提供有效工具，具有较大的社会效益，而且为该领域今后进一步的研究打下了良 好的基础；周玉文等根据城市雨水径流的特点，把径流分为地表径流和管内汇流两个 阶段，利用降雨，扣损，净雨过程线，雨水口流量过程线和管网汇流等的计算方法， 3 广东工业大学硕士学位论文 提出了城市雨水径流模型( c s y j m ) t 1 3 】，为雨水管网的设计与模拟提供了有效的工具。这 些研究对推动我国城市污水管网设计、管理的研究起了很大作用，但在深度和广度上， 与国外存在较大差距，但实际应用较少，需进一步研究。此外，王海潮等在总结国内 外城市雨洪模型研究进展的基础上，分析了适用性较好的s w m m 、i n f o w o r k sc s 、 m o u s e 的雨洪模型在国内应用现状，从前处理程序、核心模型、数据接口等几方面将 三个模型进行对比，找到各自优势与缺点，指出共同存在的问题，为现阶段国内城市 雨洪模型的应用提供选择依据f 1 4 】。周玉文通过建立城市排水管网非恒定流模拟模型 ( c s p s m ) ，将非恒定流模拟模型应用于国内城市污水系统的规划设计和运行管理中， 为后续的污水系统动态模拟奠定了基础【1 5 】。 1 2 2 污水管网水质模型的研究 城市水循环系统不仅要求城市污水管网具有及时有效地排除城市雨洪灾害的功 能，还要求考虑到污水管网与污水处理厂的关系。这是因为城市污水在污水管网中经 长时间、长距离的输送，其水质变量可产生明显的改变，对后期污水厂的污水处理过 程中有机物的去除和转化效率有着重要影响d 6 。管道作为生化反应器的作用在过去的 几十年中受到越来越多的关注和研究，尤其是原国际水质协会于1 9 9 4 年在丹麦奥尔堡 召开的第一届“污水管道作为反应器( t h es e w e ra sa r e a c t o r ) 会议以来，污水管道的研 究目前己成为城市污水系统水质变化研究的热点。目前，对城市污水系统的研究主要 集中在污水管道内发生的物理、化学、生物三方面的反应过程。 国外已将污水管网看作污水的生化反应器，在设计污水管网的时候，便把有利于 污染物降解的各种设计参数考虑进去，从而使得污染物在污水的传输过程中得到有效 的降解，减轻下游污水处理厂的污染负荷，降低处理成本。研究表明，污染物在污水 管道中可以发生显著的降解作用，从而对污水处理厂进水水质产生显著的影响。l e u n g 对高盐度生活污水在污水管道中的水质转化进行研究，研究发现高盐度生活污水经过 1 s k i n 的传输之后，污水中的溶解性有机碳d o c 沿程降解了1 9 m ；以色列的格林等 人以s b r 反应器进行模拟实验，其实验结果表明，污水经长时间长距离管道输送后， 污水b o d 5 减少8 5 9 3 ，水质得到明显改善【1 8 】。a l m e i d a 和m a t o s 等【1 9 】对葡萄牙c o s t a d oe s t o d l 地区的污水管网系统的生物降解过程进行研究，在此研究的基础上，预测该 地区十年后的污水水质变化，并对硫化氢的形成过程进行模拟；国际水质协会1 w a 开 发的活性污泥系列数学模型( a c t i v a t e ds l u d g em o d e l s ，a s m ) ：o 呗0 是以微生物反应为基 4 第一童绪论 础开发的；污水管道中污水传输过程往往是在厌氧的情况下进行的，t a n a k a 等 2 1 j 采用 数学模型和现场实验的方法，对厌氧情况下异养微生物降解有机物的情形进行模拟； 丹麦的h v i t v e d - j a c o b s e n 和v o l l e r t s e n 等【2 2 】基于a s m 系列模型开发的w a t s ( w a s t e w a t e r a e r o b i c a n a e r o b i ct r a n s f o r m a t i o ni ns e w e r s ) 模型，是以a s m l ，a s