如何使用模型來輔助確定調蓄池的體積

Hello，大家好，我叫陳澤偉，是一名模型工程師，很抱歉因為種種原因很久沒有更新專欄了，主要的原因是最近工作和生活上面的事情真的是太多了，最近有好多想和大家分享討論的問題，比如調蓄池的體積如何更加方便快捷的確定，污染物質如何進行溯源等問題，想了想，今天就和大家分享一下如何使用模型來確定調蓄池的體積。

其實咱們的室外排水規範裡面對於雨水調蓄池的體積如何確定已經有了比較詳細的規定，規範根據不同的排水形式，是合流制和分流制以及調蓄池的作用是削峰還是初雨調蓄都有較為詳細的規定（詳見16版規範4.14小節），在這裡我就不跟大家贅述了。

今天，我給大家聊一聊如何使用模型來輔助優化進行調蓄池的體積確定。一般我們在幫業主爸爸進行調蓄池設計的時候，爸爸們經常會問我們一個這個問題:陳工啊，你說我們花了那麼大的代價修建了這麼大的一個調蓄池，那麼，這個玩意能把俺們這地方暴雨時的溢流降低到一年幾次呢？換句話來說，業主爸爸非常在意的點是：我沒有修建這個調蓄池之前這個地方一年可能會發生若干次溢流，比方說60次溢流；我希望修建了這個調蓄池之後，把溢流次數降低到10次，你現在這個方案行不行。

這種情況下，我們就可以使用模型來進行一個模擬，通過模擬的結果，給業主爸爸們一個直觀明了的回答。

本次介紹採用的模擬軟體是Infoworks ICM，根據我朋友的反饋，本次建模以及分析所用到的功能免費軟體SWMM中都有，所以沒有ICM使用的小夥伴可以使用SWMM依樣畫葫蘆的做出來。

首先，我這邊使用一套較為簡單的雨水直排系統，每個子集水區的雨水都會進入就近的檢查井然後流入雨水管道中，最後雨水都會根據重力流從最下方出水口離開整個系統。

接下來我們就可以使用統計模板來統計一下一年的降雨情況下這個系統總計發生了多少次溢流了，我這裡默認在一個小時之內發生的溢流我把它定義成為一次溢流。統計模板的如何使用我在如何使用ICM出洪水風險圖一文中已經有了較為詳細的介紹，這邊就不細說了。根據下圖的統計結果，我們其實最關心的是溢流量（spill volume）這個值，然後我們可以把它拷貝複製到excel裡面進行下一步操作。

接下來，我們把溢流量粘貼到excel裡面，從大到小進行排序，然後出圖。

同志們，這個圖非常簡單明了的告訴了你在一年降雨情況下，我們的出水口會發生多少次溢流，以及每次溢流量在全年溢流量中所佔的頻次。舉個栗子，大家看下圖，理論上來講，如果我在出水口建一個2000立方的調蓄池，是不是意味著在一年所發生的60次溢流事件中，有45次溢流（60-15=45）的體積是比我調蓄池的有效調蓄體積要小的？是不是意味著理論上講，我這個2000立方的調蓄池可以控制住一年60次溢流中的45次溢流。有沒有覺得如果以後用這個方法，和業主爸爸溝通交流的時候又多了一丟丟底氣了（哥們有數據支持了）。

通過上面這個表格，大家可以非常快捷方便的草擬出一個調蓄池的體積與控制住溢流頻次的對應表格。

大家需要注意的是，上圖這個表格只是理論上的，因為它默認每一個溢流事件是單獨發生的，它沒有考慮到我調蓄池的有效調節容積是經常會小於我的總體積的。說個很簡單的例子，在雨季的時候，這個調蓄池可能2小時前剛剛承受了一個大的洪水，我2000方的調蓄池已經使用了1500方的調節容積，而且這部分水我還沒有來得及排到污水廠。這個時候，又來了一場暴雨，這個情況下，即使這個暴雨的強度不是很大，調蓄池發生溢流的可能性也是非常大的（因為我的有效調節容積只有500方了）。要解決這個問題非常簡單，大家可以再建一個帶有調蓄池的模型，然後把調蓄池的排空邏輯也放入模型中去，比如我下面這個模型的排空邏輯是靠泵排空，泵站的流量是3立方每秒，排空時間是降雨停止後2個小時開泵。