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原文題目：Identifying the best locations to install flow control devices in sewer networks to enable in-sewer storage
作者：J.P. Leitão, J.P. Carbajal, J. Rieckermann, N.E. Simões, A. Sá Marques, L.M. de Sousa
第一作者單位：Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology
期刊：Journal of Hydrology
時間：2017.11
關鍵詞：In-sewer storage, Flow control device location, Storm water management, Best management practice, Urban flood
導讀
隨著城市雨洪頻發成為常態，在檢查井中安裝流控裝置以充分利用管道本身的調蓄潛能不失為一種靈活經濟的工程方法。然而這一方法的效果同安放位置有密切聯繫，因而需要對其選址問題進行研究。
文章提出的選址模型以包含節點、管道和匯水區信息的數據庫為依托，包括繪制流體能量線、計算管內調蓄潛能和計算獎勵函數三個環節。
繪制能量線時，文章假定系統處於穩態流動（流體能量線如圖1），並用曼寧方程計算管道滿流流量。對於某檢查井其最大允許流量為其下遊管道允許流量和上遊滿流流量的最小值，迭代算出各管道的流量後反解出水力坡度，繪制能量線。
完成繪制後，假設某檢查井處安裝控流裝置，計算各管道調蓄潛能。由管底標高加埋深得到地面標高（ground level），逆流向進行遞歸搜尋，識別與節點相連的管道，並遵循以下規則：
圖1 穩態流動假定下的能量線
1. 節點管底標高高於於能量線，停止該分支的搜尋；
2. 能量線高位於管底標高和地面標高之間，繼續沿此分支向上搜尋；
3. 地面標高低於能量線，則能量線更新為地面標高，繼續搜尋。
4. 當節點無上遊管道或者上遊為泵、堰或者為分流點時，搜尋不再進行。
搜尋結束後，可計算各管道的調蓄體積（過載而不引起檢查井溢流）。
完成調蓄潛能計算後，選址模型利用獎勵函數對節點進行排序，得分高的位置將安裝控流裝置。獎勵函數的計算利用到了上遊不透水面積、上遊匯水區數目和調蓄體積。其結構為調蓄潛能增量同裝置失效後帶來的影響增量之比，文章給出5種取對數後的獎勵函數形式（分別用RF1-RF5表示）：
式中，Ri表示第i個檢查井的獎勵函數，Vj代表與該檢查井相連的某管道的調蓄體積，Ak代表上遊某塊產流區域的面積，ni指代上遊子匯水區數目。對於A而言，它有兩方面作用：為做到充分利用調蓄潛能的目的，需要產生足夠的徑流；而產流面積的增加也意味著失效後影響的增加，所以從不同角度出發，在不同獎勵函數中其符號相異。
為驗證模型，在案例區域中選擇兩處檢查井，比較了分別由SWMM模型（基於實測數據）和選址模型得到的調蓄能力。二者相差不超過3.5%，證明了所用模型對現實的刻畫能力。
選出各獎勵函數下排序前5的檢查井，對於案例區域Zona Central catchment而言，可以發現前三個獎勵函數與後兩者所得結果間有顯著差異（見表1），但是對於選取的另一個案例區域D16&D17 catchments而言，不同獎勵函數下呈現出相似的布點規律。這表明獎勵函數、系統拓撲結構和特性（如：管徑、坡度）都對點位的選擇有影響，其中獎勵函數的影響與如何權衡調蓄能力和裝置失效影響的方式相關。案例表明不同選址方案的調蓄能力相差高達93%。
進一步考察Zona Central catchment的布點規律（見圖2），可以發現RF4和RF5兩個獎勵函數得到的點位大多集中在整個流域的上遊，這些位置的匯流面積較小，因而裝置失效後的潛在影響也相應減小。
表1 不同獎勵函數下Zona Central catchment
控流裝置最佳安裝位置
圖2 Zona Central catchment布點示意圖
（紅圈為洪澇易發區域）
但是作者也坦承，本研究沒有討論土地利用類型對選址的影響，比如主幹道或醫院附近不宜作為安裝地點。
本文提出了控流裝置的選址模型，說明合理布點能充分挖掘排水管網內部的調蓄潛能，從而有助於緩解洪澇和減少CSO的排放。通過對案例區域的研究，證實在規劃點位時需要綜合考慮管網的拓撲結構、物理特性以及整個匯水區的特點。研究利用獎勵函數作為不同點位排序的依據，可以看到，不同獎勵函數下布點方案可能有較大差異，表明需要謹慎選取獎勵函數以反映決策方的偏好。
從獎勵函數的形式來看，作者實際上賦予不同因素以相同的權重，而布點方案及其性能對權重的敏感程度可以作為進一步研究的方向。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169417307837
