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我国大部分城市已基本建成比较完备的排水系统,但排水管网的运行和管理还比较简单和粗放,人们对排水管网运行特性的认识还有待深入。本研究以无锡市芦村污水处理厂上游管网自流片区为案例区域,对排水管网的水量和水质变化特性进行研究,并结合排水管网模型和污水处理过程模型,建立了以改善污水处理厂出水水质为目标的排水管网运行策略优化方案,根据污水处理厂的出水水质情况,比较和分析了三种管网运行策略的效果。使用回归分析、频谱分析等统计学方法,分析了案例区域的水量变化特性。结果表明,研究区域排水管网水量变化的全年波动偏差约10%,水量日内时变化的周期性明显。排水管网水量的影响因素主要包括上游泵站来水、工业废水汇入、旱季基础流量、降雨引起的径流和入渗流量等。其中上游一级泵站来水占83%,变化幅度不大;工业废水汇入总量不大;旱季基础流量周期性明显,月平均值差异较大;降雨径流量与入渗量的年均值都约为旱季基础流量的10%,径流系数约为0.112,入渗流增量受到前3日降雨量的影响。使用回归分析、聚类分析等方法,总结了案例区域的水质变化特征。结果表明,案例区域污水水质有较为明显的日变化规律,旱季和雨季之间的水质差异明显,降雨显著影响污染物的浓度。通过多元回归、人工神经网络等方法,确定了一级泵站与管网末端水质的关系预测模型,并使用聚类分析方法对泵站的运行特征进行了分类和识别。建立了案例区域的排水管网暴雨径流模型(Storm Water Management Model, SWMM)、污水处理过程的活性污泥模型(Activated Sludge Model, ASM),并根据现场测试数据进行了模型校准。经过一系列的模拟分析,比较了设置排水管网蓄水池、优化运行一级泵站、优化运行污水处理厂进水泵房等调控策略对污水处理厂出水水质改善的影响,模拟结果表明,仅是通过设置蓄水池改善效果不明显;通过一级泵站和进水泵房的优化调控可降低出水超标时间,明显改善出水水质。