本發(fā)明涉及一種無(wú)大氣影響下SWMM中地表徑流水質(zhì)參數(shù)W₀的確定方法，屬于市政工程、環(huán)境工程、海綿城市建設(shè)和計(jì)算機(jī)模型軟件參數(shù)確定的交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

SWMM(Storm Water Management Model)又稱暴雨洪水管理模型是美國(guó)環(huán)境保護(hù)署開發(fā)的一款動(dòng)態(tài)的降水-徑流模擬模型，除了用于模擬城市某一單一降水事件或長(zhǎng)期的水量也可以用于水質(zhì)模擬。其徑流模塊部分綜合處理各子流域所發(fā)生的降水，徑流和污染負(fù)荷。其匯流模塊部分則通過管網(wǎng)、渠道、蓄水和處理設(shè)施、水泵、調(diào)節(jié)閘等進(jìn)行水量傳輸。該模型可以跟蹤模擬不同時(shí)間步長(zhǎng)任意時(shí)刻每個(gè)子流域所產(chǎn)生徑流的水質(zhì)和水量，以及每個(gè)管道和河道中水的流量、水深及水質(zhì)等情況。

SWMM模型可以動(dòng)態(tài)的模擬降雨徑流，但在模擬水流水質(zhì)的單一或者連續(xù)方面較為常用，即城市面源污染的研究方面，該模型是模擬評(píng)估使得面源污染負(fù)荷有效降低的最佳管理措施(BMPs)。在美國(guó)、加拿大和歐洲等國(guó)家，該模型都被用來(lái)解決當(dāng)?shù)氐呐潘乃亢退|(zhì)問題，在分析有關(guān)防止雨污合流制管道的溢流情況、城市大降水管理規(guī)劃以及降低污染負(fù)荷方面時(shí)，該模型都能得到較好的模擬效果。在我國(guó)隨著海綿城市建設(shè)的推廣，城市生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃，借助計(jì)算機(jī)模型可以反映城市地表徑流水質(zhì)的運(yùn)移情況，在添加LID措施的作用下通過對(duì)SWMM模型水質(zhì)參數(shù)的設(shè)定預(yù)測(cè)海綿城市建設(shè)后的水質(zhì)情況，從而反映LID措施在海綿城市規(guī)劃建設(shè)中的效果。

SWMM模型參數(shù)是美國(guó)環(huán)保署根據(jù)美國(guó)的土地利用類型、地表污染狀況以及環(huán)境質(zhì)量等因素確定的，其使用上具有局限性。由地形和城市生活環(huán)境的差異性，其參數(shù)所具有的局限性導(dǎo)致無(wú)法直接在我國(guó)城市地表徑流水質(zhì)中進(jìn)行模擬和使用。目前在國(guó)內(nèi)SWMM水質(zhì)模型的使用上，多數(shù)照搬國(guó)外SWMM模型手冊(cè)上的參數(shù)，沒有適合我國(guó)國(guó)情的一套參數(shù)，同時(shí)也沒有一套關(guān)于SWMM水質(zhì)參數(shù)的率定方法。本專利旨在提供一套根據(jù)我國(guó)國(guó)情確定SWMM水質(zhì)沖刷模型參數(shù)W為污染物濃度(mg/L)；B為單位面積污染物沉積量(kg/10⁴m²)；參數(shù)S₁為沖刷系數(shù)、S₂為沖刷指數(shù)；參數(shù)q為單位面積徑流量(mm/h)；累積模型中C₁為最大增長(zhǎng)可能和C₂為增長(zhǎng)速率常數(shù)等參數(shù)的方法。在原有的SWMM水質(zhì)模型的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行繼承和改進(jìn)，并提出一套完整的測(cè)定方法，分別為：《一種直接獲得SWMM水質(zhì)模型中參數(shù)W的方法》、《一種確定SWMM軟件中地表徑流污染物參數(shù)W的方法》、《一種確定SWMM中含不同下墊面地表徑流污染物參數(shù)W的方法》、《一種受大氣污染影響自然降雨水質(zhì)參數(shù)W₁的確定方法》、《一種無(wú)大氣影響下SWMM中地表徑流水質(zhì)參數(shù)W₀的確定方法》、《一種直接獲得SWMM水質(zhì)模型參數(shù)B的方法》、《一種確定SWMM軟件中累積參數(shù)確定的方法》、《一種確定SWMM水質(zhì)沖刷模型參數(shù)的方法》，共計(jì)八個(gè)測(cè)定方法。

在SWMM水質(zhì)沖刷模型中參數(shù)W為地表徑流污染物濃度，由于其提出是根據(jù)美國(guó)本土的城市環(huán)境和空氣質(zhì)量等因素確定的，未考慮受大氣污染下天然降雨水質(zhì)對(duì)地表徑流的影響，而我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，在發(fā)展中必然造成一定的環(huán)境破壞如大氣污染、水污染等問題，因此在天然降雨條件下地表徑流污染物濃度W既包括地表沉積物經(jīng)沖刷形成的污染物濃度W₀，也包括受大氣影響的天然降雨水質(zhì)濃度W₁?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下采用純凈水模擬人工降雨對(duì)地表沉積物進(jìn)行沖刷，獲取徑流污染物濃度W₀，為進(jìn)一步確定天然降雨條件下地表徑流水質(zhì)參數(shù)W值奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在SWMM模型中，W未考慮天然降雨污染對(duì)到地表徑流水質(zhì)的影響，在天然降雨污染嚴(yán)重地區(qū)，SWMM沖刷模型凸顯局限性。近年來(lái)我國(guó)大多數(shù)城市空氣污染嚴(yán)重，降雨時(shí)雨水中夾雜的污染物比較多，成分復(fù)雜，有的污染指標(biāo)甚至超過地表V類水的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)降落到地面時(shí)摻和到地表徑流中，給環(huán)境造成污染，因此需要對(duì)SWMM沖刷模型參數(shù)進(jìn)行修正。

SWMM模型中指數(shù)沖刷模型由下式表達(dá)：

式中：B為單位面積污染物沉積量(kg/10⁴m²)；W為污染物濃度(mg/L)；S₁為沖刷系數(shù)；S₂為沖刷指數(shù)；q為單位面積徑流量(mm/h)。

考慮大氣污染影響修正后的水質(zhì)模型：

令則W＝W₀+W₁ (3)

式中W₁為受大氣污染的天然降雨水質(zhì)參數(shù)(mg/L)；W₀為不考慮降雨污染影響下的地表徑流污染物平均濃度(mg/L)。

本發(fā)明是在實(shí)驗(yàn)室條件下用純凈水模擬人工降雨對(duì)地表沉積物進(jìn)行沖刷形成地表徑流污染物參數(shù)W₀，通過該方法為進(jìn)一步確定W值奠定基礎(chǔ)。

一種無(wú)大氣影響下SWMM中地表徑流水質(zhì)參數(shù)W₀的確定方法，其特征在于：

在研究區(qū)的采樣點(diǎn)位置放置n塊油氈面，面積為A，分別經(jīng)過T₁、T₂、T₃、…、T_n天后取回，其中T₁表示第一塊油氈面放置時(shí)間，T₂表示第二塊油氈放置時(shí)間，T_n表示第n塊版面放置時(shí)間；采用沖刷裝置將清水通過兩個(gè)布水器對(duì)下墊面進(jìn)行沖刷；下墊面較低一端開收集槽，用于收集沖刷液，沖刷液攪拌促溶24h，最后根據(jù)中國(guó)環(huán)境出版社《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》采用國(guó)標(biāo)分析方法對(duì)地表徑流中目標(biāo)污染物進(jìn)行檢測(cè)分析；

根據(jù)不同降雨間隔時(shí)間下地表徑流水樣，經(jīng)檢測(cè)獲取各時(shí)段下的污染物濃度值W_t，即W₁、W₂、W₃、W₄、···、W_n，t＝1、2、3、4、···、n，其中n表示采集地表水樣為第n次；；

為了獲知整場(chǎng)模擬降雨中油氈面上的徑流污染物平均濃度，通過EMC法獲得W₀，即降雨徑流中污染物濃度的加權(quán)平均值，即：

式中T為整個(gè)模擬降雨時(shí)間(Min)；W_t為t時(shí)刻下檢測(cè)的污染物濃度(mg/L)；V_t為t-1與t時(shí)刻之間沖刷的徑流體積(L)；V為整個(gè)沖刷過程產(chǎn)生的徑流體積總量(L)。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)：

(1)通過人工降雨模擬，獲取地表沉積物經(jīng)沖刷形成的地表徑流水質(zhì)參數(shù)值W₀，為實(shí)際降雨獲取地表徑流水質(zhì)參數(shù)W的確定奠定了基礎(chǔ)；

(2)通過此方法可以在不同區(qū)域建立實(shí)驗(yàn)?zāi)M，為SWMM水質(zhì)模型參數(shù)的確定提供了方法；

(3)首次提出將地表沉積物經(jīng)沖刷形成的地表徑流污染物與天然降雨攜帶的污染物分別進(jìn)行研究分析，更加確定地表沉積物所帶來(lái)的徑流水質(zhì)污染。

附圖說(shuō)明

圖1地表沉積物采樣裝置圖

圖2沖刷裝置圖

圖3技術(shù)流程圖

具體實(shí)施方式：

(1)實(shí)驗(yàn)條件和方法：

在研究區(qū)的采樣點(diǎn)位置放置n塊油氈面，面積為A，分別經(jīng)過T₁、T₂、T₃、…、T_n天(T₁表示第一塊油氈面放置時(shí)間，T₂表示第二塊油氈放置時(shí)間，T_n表示第n塊版面放置時(shí)間)，接著將不同放置時(shí)間下的油氈取回，采用沖刷裝置(圖2)將清水通過兩個(gè)布水器(面積為0.05m²)對(duì)下墊面進(jìn)行沖刷，距離2.0m高度，沖刷時(shí)間2h，沖刷強(qiáng)度800mL/min，下墊面長(zhǎng)1.2m，寬0.6m。下墊面較低一端開收集槽(10cm×10cm)，用于收集沖刷液。沖刷液攪拌促溶24h；測(cè)定沖刷液中各類污染物濃度W₀。

(2)操作步驟

首先在研究區(qū)的采樣點(diǎn)位置放置n塊油氈面，面積為A，分別經(jīng)過T₁、T₂、T₃、…、T_n天(T₁表示第一塊油氈面放置時(shí)間，T₂表示第二塊油氈放置時(shí)間，T_n表示第n塊油氈面放置時(shí)間)，接著將不同放置時(shí)間下的油氈取回，采用沖刷裝置進(jìn)行沖刷，沖刷裝置將清水通過兩個(gè)布水器(面積為0.05m²)距離下墊面2.0m，沖刷2h，沖刷強(qiáng)度800mL/min，下墊面長(zhǎng)1.2m，寬0.6m，下墊面較低一端開收集槽(10cm×10cm)，用于收集沖刷液，并對(duì)沖刷液進(jìn)行攪拌促溶24h；最后根據(jù)中國(guó)環(huán)境出版社《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)采用國(guó)標(biāo)分析方法對(duì)地表徑流中目標(biāo)污染物進(jìn)行檢測(cè)分析。

根據(jù)不同降雨間隔時(shí)間下地表徑流水樣，經(jīng)檢測(cè)獲取各時(shí)段下的污染物濃度值W_t(W₁、W₂、W₃、W₄、···、W_n，t＝1、2、3、4、···、n，其中n表示采集地表水樣為第n次)。

為了獲知整場(chǎng)模擬降雨中油氈面上的徑流污染物平均濃度，通過EMC法獲得W₀，即降雨徑流中污染物濃度的加權(quán)平均值，即：

式中T為整個(gè)模擬降雨時(shí)間(min)；W_t為t時(shí)刻下檢測(cè)的污染物濃度(mg/L)；V_t為t-1與t時(shí)刻之間沖刷的徑流體積(L)；V為整個(gè)沖刷過程產(chǎn)生的徑流體積總量(L)

具體效果：

該專利模擬了實(shí)際地表中的污染物經(jīng)過累積再到降雨時(shí)經(jīng)沖刷形成地表徑流污染物濃度的過程，在整個(gè)裝置置于實(shí)際環(huán)境中，通過不同間隔時(shí)間下反映地表污染物的累積規(guī)律，以及在實(shí)際條件下的最大累積量，在無(wú)人為惡意破壞的條件下反映污染物的累積情況，再通過模擬無(wú)污染的天然降雨情況下實(shí)際地表污染物的沖刷過程。通過將該方法得到的地表徑流水樣濃度，同實(shí)際地表徑流水質(zhì)濃度值扣除天然降雨水質(zhì)濃度值后得到的污染物濃度的比值發(fā)現(xiàn)，該方法的誤差率在5％-15％之間，說(shuō)明該方法可真實(shí)反映地表污染物累積狀況。