技术领域
[0001] 本
发明涉及一种确定SWMM软件中地表径流污染物参数W的方法，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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 由于受地域环境的影响，地表径流污染物浓度W除了受地表
沉积物影响之外还与受大气影响的天然降雨污染物的影响，在空气污染严重地区天然降雨所带来的污染也是不可忽视的，除了通过直接检测地表径流污染物获取W参数值之外，可通过实验方法来确定W值，即分别对无大气影响下SWMM中地表径流水质参数W0进行测定和受大气污染影响自然降雨水质参数W1的测定，最后将W0和W1进行累加，即可确定W值，以提高SWMM水质模型在区域性中准确率，为实现实际工程模拟的所需。
发明内容
[0006] 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。
[0007] 一种确定SWMM软件中地表径流污染物参数W的方法，其特征在于：W由两部分组成，一部分是降雨对地表沉积物进行冲刷形成地表径流污染物浓度W0，另一部分是考虑受大气污染影响下天然降雨水质浓度W1；通过将两部分进行结合，确定地表径流污染物参数W；
[0008] SWMM模型中指数冲刷模型由下式表达：
[0009]
[0010] 式(1)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)；
[0011] 即将上述SWMM模型中指数冲刷模型修正为考虑大气污染影响的水质模型：
[0012]
[0013] 令 则W＝W0+W1 (3)
[0014]
[0015] 式(2)(3)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)。2.根据
权利要求1所述的一种确定SWMM软件中地表径流污染物参数W的方法，其特征在于：对地表径流中目标污染物进行检测；
[0016] 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Wt，即W1、W2、W3、W4、…、Wn，t＝1、2、3、4、…、n，其中n表示获取地表径流水样第n次；
[0017] 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：
[0018]
[0019] 式中W0为模拟降雨条件下地表径流污染物的参数(mg/L)；T为整个模拟降雨时间(Min)；Wt为t时刻下检测的污染物浓度(mg/L)；Vt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)。
[0020] 3.根据权利要求1所述的一种确定SWMM软件中地表径流污染物参数W的方法，其特征在于，W1的确定：
[0021] 通过自动雨水
采样装置，获取不同时刻下天然降雨的水样，并做好标记，等采样结束后24小时内，对污染物进行检测，获得天然雨水各污染物的水质浓度W1；
[0022] 该方法步骤如下：
[0023] ①分别在研究区域的不同功能区选择自然降雨采样点，；
[0024] ②采用降雨收集装置采集自然降雨，
[0025] ③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，测定不同时刻自然降雨中污染物浓度Ct；
[0026] ④采用自记雨量计记录降雨量随时间的变化Pt；
[0027] ⑤采用公式(4)计算不同功能区采样点自然降雨污染总量；
[0028]
[0029] 式(4)中Ct为t时刻下天然降雨水质浓度(mg/L)；Pt为天然降雨量随时间的分布，mm；W1为整场降雨的平均浓度(mg/L)。
[0030] 本发明的优势：
[0031] (1)通过实际地表径流水质监测数据解决SWMM软件中水质参数的确定问题；
[0032] (2)将大气污染物和地表沉积污染物合并为城市地表径流的污染源，建立新的水质冲刷模型公式；
[0033] (3)通过此方法可以在不同区域建立新的SWMM水质模型参数，为防止因地域问题给模型带来的偶然误差；
[0034] (4)确定不同污染物水质参数S1和S2取值范围，为SWMM软件准确模拟提供支持。
附图说明
[0035] 图1地表沉积物采样装置图
[0036] 图2冲刷装置图
[0037] 图3天然雨水采样装置图
[0039] 首先在研究区的采样点
位置放置n块油毡面，分别经过T1、T2、T3、…、Tn天，将不同放置时间下的油毡取回，采用冲刷装置进行冲刷，将冲刷液进行收集搅拌促溶24h，采用《水和废水监测分析方法》(第四版)对地表径流中目标污染物进行检测，经检测获取各时段下的污染物浓度值Wt，通过EMC法获得整个冲刷过程得到的地表径流污染物平均浓度W0；其次，降雨前在空旷区域安装一台自动雨水采集器，通过自动雨水采样装置，获取不同时刻下天然降雨的水样，并做好标记，等采样结束后24小时内，对污染物进行检测，通过加权平均法获取天然雨水中各污染物的水质浓度W1；最后通过将W0和W1进行累加，获得受大气污染的天然降雨条件下地表径流水质浓度W值。
[0040] 本发明由两部分组成，一部分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浓度W0，另一部分是考虑受大气污染影响下天然降雨水质浓度W1。通过将两部分进行结合，模拟实际天然降雨条件下，地表径流污染物参数W的确定方法，为提高SWMM软件在降雨径流水质模拟中的
精度，提供一种可靠方法。
[0041] SWMM模型中指数冲刷模型由下式表达：
[0042]
[0043] 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)。
[0044] 考虑大气污染影响修正后的水质模型：
[0045]
[0046] 令 则W＝W0+W1(3)
[0047] 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[0048] 地表径流污染物平均浓度(mg/L)。
[0049] (1)W0的确定
[0050] 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、…、Tn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，Tn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。
[0051] 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。
[0052] 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Wt(W1、W2、W3、W4、…、Wn，t＝1、2、3、4、…、n，其中n表示获取地表径流水样第n次)。
[0053] 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：
[0054]
[0055] 式中W0为模拟降雨条件下地表径流污染物的参数(mg/L)；T为整个模拟降雨时间(Min)；Wt为t时刻下检测的污染物浓度(mg/L)；Vt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)
[0056] (2)W1的确定
[0057] 降雨前在空旷区域安装一台自动雨水采集器，通过自动雨水采样装置，获取不同时刻下天然降雨的水样，并做好标记，等采样结束后24小时内，对污染物进行检测，获得天然雨水各污染物的水质浓度W1。
[0058] 该方法步骤如下：
[0059] ①分别在研究区域的不同功能区(如生活区、工业区、商业区、文教区等)选择自然降雨采样点，采样点四周尽量避开高大树木或
建筑物；
[0060] ②采用降雨收集装置采集自然降雨(见图3)，
[0061] ③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，测定不同时刻自然降雨中污染物浓度Ct；
[0062] ④采用自记雨量计记录降雨量随时间的变化Pt。
[0063] ⑤采用公式(4)计算不同功能区采样点自然降雨污染总量。
[0064]
[0065] 式(4)中Xt为t时刻下天然降雨水质浓度(mg/L)；Pt为天然降雨量随时间的分布，mm；W1为整场降雨的平均浓度(mg/L)
[0066] (3)W的确定
[0067] 根据实验室模拟方法得到纯净水条件下地表径流水质浓度W0，通过对天然降雨的采集和检测获取受大气污染影响下天然降雨水质参数W1，将W0和W1进行
叠加，获得受大气污染的天然降雨条件下地表径流水质浓度W。
[0068] W＝W0+W1(5)
[0069] 式中W为受大气污染的天然降雨条件下地表径流水质浓度W(mg/L)；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)。
[0070] 具体效果：
[0071] 根据2016年对北京市主城区的天然降雨和地表径流污染物的监测发现，COD方面，天然雨水的污染物负荷占地表径流污染负荷的6.9％～38.7％；TN方面，天然雨水的污染物负荷占地表径流污染负荷的17.2％～83.3％；TP方面，天然雨水的污染物负荷占地表径流污染负荷的85.6％～156.7％；SS方面，天然雨水的污染物负荷占地表径流污染负荷的20％～91.2％。说明我国天然雨水的污染较为严重，在地表径流污染物中占据一定的比例，在SWMM模型中，只有将天然雨水中的污染物W1和地表沉积物经冲刷形成的径流污染物W0合并在一起才能反映我国城区地表径流污染物W的实际状况。
