一种无大气影响下SWMM中地表径流水质参数W0的确定方法与流程

本发明涉及一种无大气影响下SWMM中地表径流水质参数W₀的确定方法，属于市政工程、环境工程、海绵城市建设和计算机模型软件参数确定的交叉领域。

背景技术：

SWMM(Storm Water Management Model)又称暴雨洪水管理模型是美国环境保护署开发的一款动态的降水-径流模拟模型，除了用于模拟城市某一单一降水事件或长期的水量也可以用于水质模拟。其径流模块部分综合处理各子流域所发生的降水，径流和污染负荷。其汇流模块部分则通过管网、渠道、蓄水和处理设施、水泵、调节闸等进行水量传输。该模型可以跟踪模拟不同时间步长任意时刻每个子流域所产生径流的水质和水量，以及每个管道和河道中水的流量、水深及水质等情况。

SWMM模型可以动态的模拟降雨径流，但在模拟水流水质的单一或者连续方面较为常用，即城市面源污染的研究方面，该模型是模拟评估使得面源污染负荷有效降低的最佳管理措施(BMPs)。在美国、加拿大和欧洲等国家，该模型都被用来解决当地的排水的水量和水质问题，在分析有关防止雨污合流制管道的溢流情况、城市大降水管理规划以及降低污染负荷方面时，该模型都能得到较好的模拟效果。在我国随着海绵城市建设的推广，城市生态系统的规划，借助计算机模型可以反映城市地表径流水质的运移情况，在添加LID措施的作用下通过对SWMM模型水质参数的设定预测海绵城市建设后的水质情况，从而反映LID措施在海绵城市规划建设中的效果。

SWMM模型参数是美国环保署根据美国的土地利用类型、地表污染状况以及环境质量等因素确定的，其使用上具有局限性。由地形和城市生活环境的差异性，其参数所具有的局限性导致无法直接在我国城市地表径流水质中进行模拟和使用。目前在国内SWMM水质模型的使用上，多数照搬国外SWMM模型手册上的参数，没有适合我国国情的一套参数，同时也没有一套关于SWMM水质参数的率定方法。本专利旨在提供一套根据我国国情确定SWMM水质冲刷模型参数W为污染物浓度(mg/L)；B为单位面积污染物沉积量(kg/10⁴m²)；参数S₁为冲刷系数、S₂为冲刷指数；参数q为单位面积径流量(mm/h)；累积模型中C₁为最大增长可能和C₂为增长速率常数等参数的方法。在原有的SWMM水质模型的基础上对其进行继承和改进，并提出一套完整的测定方法，分别为：《一种直接获得SWMM水质模型中参数W的方法》、《一种确定SWMM软件中地表径流污染物参数W的方法》、《一种确定SWMM中含不同下垫面地表径流污染物参数W的方法》、《一种受大气污染影响自然降雨水质参数W₁的确定方法》、《一种无大气影响下SWMM中地表径流水质参数W₀的确定方法》、《一种直接获得SWMM水质模型参数B的方法》、《一种确定SWMM软件中累积参数确定的方法》、《一种确定SWMM水质冲刷模型参数的方法》，共计八个测定方法。

在SWMM水质冲刷模型中参数W为地表径流污染物浓度，由于其提出是根据美国本土的城市环境和空气质量等因素确定的，未考虑受大气污染下天然降雨水质对地表径流的影响，而我国属于发展中国家，在发展中必然造成一定的环境破坏如大气污染、水污染等问题，因此在天然降雨条件下地表径流污染物浓度W既包括地表沉积物经冲刷形成的污染物浓度W₀，也包括受大气影响的天然降雨水质浓度W₁。现在实验室条件下采用纯净水模拟人工降雨对地表沉积物进行冲刷，获取径流污染物浓度W₀，为进一步确定天然降雨条件下地表径流水质参数W值奠定基础。

技术实现要素：

在SWMM模型中，W未考虑天然降雨污染对到地表径流水质的影响，在天然降雨污染严重地区，SWMM冲刷模型凸显局限性。近年来我国大多数城市空气污染严重，降雨时雨水中夹杂的污染物比较多，成分复杂，有的污染指标甚至超过地表V类水的标准，当降落到地面时掺和到地表径流中，给环境造成污染，因此需要对SWMM冲刷模型参数进行修正。

SWMM模型中指数冲刷模型由下式表达：

式中：B为单位面积污染物沉积量(kg/10⁴m²)；W为污染物浓度(mg/L)；S₁为冲刷系数；S₂为冲刷指数；q为单位面积径流量(mm/h)。

考虑大气污染影响修正后的水质模型：

令则W＝W₀+W₁ (3)

式中W₁为受大气污染的天然降雨水质参数(mg/L)；W₀为不考虑降雨污染影响下的地表径流污染物平均浓度(mg/L)。

本发明是在实验室条件下用纯净水模拟人工降雨对地表沉积物进行冲刷形成地表径流污染物参数W₀，通过该方法为进一步确定W值奠定基础。

一种无大气影响下SWMM中地表径流水质参数W₀的确定方法，其特征在于：

在研究区的采样点位置放置n块油毡面，面积为A，分别经过T₁、T₂、T₃、…、T_n天后取回，其中T₁表示第一块油毡面放置时间，T₂表示第二块油毡放置时间，T_n表示第n块版面放置时间；采用冲刷装置将清水通过两个布水器对下垫面进行冲刷；下垫面较低一端开收集槽，用于收集冲刷液，冲刷液搅拌促溶24h，最后根据中国环境出版社《水和废水监测分析方法》采用国标分析方法对地表径流中目标污染物进行检测分析；

根据不同降雨间隔时间下地表径流水样，经检测获取各时段下的污染物浓度值W_t，即W₁、W₂、W₃、W₄、···、W_n，t＝1、2、3、4、···、n，其中n表示采集地表水样为第n次；；

为了获知整场模拟降雨中油毡面上的径流污染物平均浓度，通过EMC法获得W₀，即降雨径流中污染物浓度的加权平均值，即：

式中T为整个模拟降雨时间(Min)；W_t为t时刻下检测的污染物浓度(mg/L)；V_t为t-1与t时刻之间冲刷的径流体积(L)；V为整个冲刷过程产生的径流体积总量(L)。

本发明的优势：

(1)通过人工降雨模拟，获取地表沉积物经冲刷形成的地表径流水质参数值W₀，为实际降雨获取地表径流水质参数W的确定奠定了基础；

(2)通过此方法可以在不同区域建立实验模拟，为SWMM水质模型参数的确定提供了方法；

(3)首次提出将地表沉积物经冲刷形成的地表径流污染物与天然降雨携带的污染物分别进行研究分析，更加确定地表沉积物所带来的径流水质污染。

附图说明

图1地表沉积物采样装置图

图2冲刷装置图

图3技术流程图

具体实施方式：

(1)实验条件和方法：

在研究区的采样点位置放置n块油毡面，面积为A，分别经过T₁、T₂、T₃、…、T_n天(T₁表示第一块油毡面放置时间，T₂表示第二块油毡放置时间，T_n表示第n块版面放置时间)，接着将不同放置时间下的油毡取回，采用冲刷装置(图2)将清水通过两个布水器(面积为0.05m²)对下垫面进行冲刷，距离2.0m高度，冲刷时间2h，冲刷强度800mL/min，下垫面长1.2m，宽0.6m。下垫面较低一端开收集槽(10cm×10cm)，用于收集冲刷液。冲刷液搅拌促溶24h；测定冲刷液中各类污染物浓度W₀。

(2)操作步骤

首先在研究区的采样点位置放置n块油毡面，面积为A，分别经过T₁、T₂、T₃、…、T_n天(T₁表示第一块油毡面放置时间，T₂表示第二块油毡放置时间，T_n表示第n块油毡面放置时间)，接着将不同放置时间下的油毡取回，采用冲刷装置进行冲刷，冲刷装置将清水通过两个布水器(面积为0.05m²)距离下垫面2.0m，冲刷2h，冲刷强度800mL/min，下垫面长1.2m，宽0.6m，下垫面较低一端开收集槽(10cm×10cm)，用于收集冲刷液，并对冲刷液进行搅拌促溶24h；最后根据中国环境出版社《水和废水监测分析方法》(第四版)采用国标分析方法对地表径流中目标污染物进行检测分析。

根据不同降雨间隔时间下地表径流水样，经检测获取各时段下的污染物浓度值W_t(W₁、W₂、W₃、W₄、···、W_n，t＝1、2、3、4、···、n，其中n表示采集地表水样为第n次)。

为了获知整场模拟降雨中油毡面上的径流污染物平均浓度，通过EMC法获得W₀，即降雨径流中污染物浓度的加权平均值，即：

式中T为整个模拟降雨时间(min)；W_t为t时刻下检测的污染物浓度(mg/L)；V_t为t-1与t时刻之间冲刷的径流体积(L)；V为整个冲刷过程产生的径流体积总量(L)

具体效果：

该专利模拟了实际地表中的污染物经过累积再到降雨时经冲刷形成地表径流污染物浓度的过程，在整个装置置于实际环境中，通过不同间隔时间下反映地表污染物的累积规律，以及在实际条件下的最大累积量，在无人为恶意破坏的条件下反映污染物的累积情况，再通过模拟无污染的天然降雨情况下实际地表污染物的冲刷过程。通过将该方法得到的地表径流水样浓度，同实际地表径流水质浓度值扣除天然降雨水质浓度值后得到的污染物浓度的比值发现，该方法的误差率在5％-15％之间，说明该方法可真实反映地表污染物累积状况。