一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法技術

一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法，屬于市政工程、環境工程、海綿城市建設和計算機模型軟件參數確定的交叉領域。地表徑流污染物濃度W由地表沉積物和受大氣污染的天然降雨污染物組成的，通過采樣裝置獲取地表徑流水樣，在相同間隔時間段下獲取不同時刻的地表徑流水樣并檢測其污染物濃度，從而獲得不同時間段下的地表徑流污染物濃度值；接著根據累積降雨量得到的單位面積徑流量對各時段的污染物濃度進行加權平均，得到整場降雨中的平均值，求得污染物的均值濃度，從而獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W。

Method for obtaining parameter W in SWMM water quality model directly

A method for obtaining parameter W in SWMM water quality model directly belongs to the intersection field of municipal engineering, environmental engineering, sponge city construction and computer model software parameter determination. The surface runoff pollutant concentration W from surface sediments and atmospheric pollution by natural rainfall pollutant composition, through the sampling device to obtain the surface runoff samples, at the same time interval under different time to obtain the surface runoff samples and determine the concentration of pollutants, so as to obtain the surface runoff pollutant concentration under different time value; then weighted according to the average pollutant concentration in each period of the unit area of the cumulative rainfall runoff, the average value of rainfall, the average pollutant concentration was obtained, so as to obtain W concentration in runoff water quality model in SWMM.

【技術實現步驟摘要】
一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法
本專利技術涉及一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法，屬于市政工程、環境工程、海綿城市建設和計算機模型軟件參數確定的交叉領域。
技術介紹
隨著經濟的發展，城市化水平的不斷提高，人口的增多，城市水環境問題越來越嚴重，城市水環境污染除了包括點源污染外還包括非點源污染，即面源污染物。據美國環保局研究發現，目前城市非點源污染是除點源污染和農業面源污染之外的第三大污染源。通過對城市地表徑流進行連續的采集，結合計算機模型軟件SWMM的水質模型部分對指數沖刷模型進行率定。SWMM(StormWaterManagementModel)又稱暴雨洪水管理模型是美國環境保護署開發的一款動態的降水-徑流模擬模型，除了用于模擬城市某一單一降水事件或長期的水量也可以用于水質模擬。其徑流模塊部分綜合處理各子流域所發生的降水，徑流和污染負荷。其匯流模塊部分則通過管網、渠道、蓄水和處理設施、水泵、調節閘等進行水量傳輸。該模型可以跟蹤模擬不同時間步長任意時刻每個子流域所產生徑流的水質和水量，以及每個管道和河道中水的流量、水深及水質等情況。SWMM模型可以動態的模擬降雨徑流，但在模擬水流水質的單一或者連續方面較為常用，即城市面源污染的研究方面，該模型是模擬評估使得面源污染負荷有效降低的最佳管理措施(BMPs)。在美國、加拿大和歐洲等國家，該模型都被用來解決當地的排水的水量和水質問題，在分析有關防止雨污合流制管道的溢流情況、城市大降水管理規劃以及降低污染負荷方面時，該模型都能得到較好的模擬效果。在我國隨著海綿城市建設的推廣，城市生態系統的規劃，借助計算機模型可以反映城市地表徑流水質的運移情況，在添加LID措施的作用下通過對SWMM模型水質參數的設定預測海綿城市建設后的水質情況，從而反映LID措施在海綿城市規劃建設中的效果。SWMM模型參數是美國環保署根據美國的土地利用類型、地表污染狀況以及環境質量等因素確定的，其使用上具有局限性。由地形和城市生活環境的差異性，其參數所具有的局限性導致無法直接在我國城市地表徑流水質中進行模擬和使用。目前在國內SWMM水質模型的使用上，多數照搬國外SWMM模型手冊上的參數，沒有適合我國國情的一套參數，同時也沒有一套關于SWMM水質參數的率定方法。本專利旨在提供一套根據我國國情確定SWMM水質沖刷模型參數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S1為沖刷系數、S2為沖刷指數；參數q為單位面積徑流量(mm/h)；累積模型中C1為最大增長可能和C2為增長速率常數等參數的方法。在原有的SWMM水質模型的基礎上對其進行繼承和改進，并提出一套完整的測定方法，分別為：《一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法》、《一種確定SWMM軟件中地表徑流污染物參數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W的方法》、《一種受大氣污染影響自然降雨水質參數W1的確定方法》、《一種無大氣影響下SWMM中地表徑流水質參數W0的確定方法》、《一種直接獲得SWMM水質模型參數B的方法》、《一種確定SWMM軟件中累積參數確定的方法》、《一種確定SWMM水質沖刷模型參數的方法》，共計八個測定方法。由于受地域環境的影響，不同地區地表徑流污染物濃度W存在較大差異，除了受當地地表沉積物影響之外還與受大氣影響的天然降雨污染物的影響。地表徑流污染物濃度W是反映當地地表徑流污染的重要指標，可直接表達地表徑流污染程度，也是確定地表徑流污染物處理設施規模的重要參考。由于SWMM污染物沖刷模型中，參數S1和S2無法直接獲得，須通過實測得到W后間接求得，因此獲得地表徑流污染物濃度是得到參數S1和S2與SWMM污染物沖刷模型實際應用的前提。
技術實現思路
本專利技術為確定SWMM污染物沖刷模型中地表徑流污染物濃度W提供一種便利有效的方法，為確定SWMM污染物沖刷模型中參數S1和S2提供基礎數據，為研究當地污染物徑流污染特性及確定徑流污染物處理設施規模提供依據。SWMM模型中指數沖刷模型由下式表達：式中：B為單位面積污染物沉積量(kg/104m2)；W為地表徑流污染物濃度(mg/L)；S1為沖刷系數；S2為沖刷指數；q為單位面積徑流量(mm/h)。地表徑流污染物濃度W由地表沉積物和受大氣污染的天然降雨污染物組成的，通過采樣裝置獲取相同下墊面地表徑流水樣，根據需要在相同間隔時間段Δt(單位min)下獲取不同時間段的地表徑流水樣并檢測其污染物濃度，從而獲得不同時間段下的地表徑流污染物濃度值；接著根據累積降雨量得到的單位面積徑流量對各時段的污染物濃度進行加權平均，得到整場降雨中的平均值，求得污染物的均值濃度，從而獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W。(一)地表徑流污染物采集及檢測方法地表徑流污染物的采集采用已有的自動雨水徑流收集器，根據自動雨水徑流收集器(見圖1)的設計原理，按水質監測方案要求的時間間隔放、取水樣，當有一個集水器進水時，則開始計時，其它集水器以此時劃分時間間段點，當地表徑流收集時間到達規定的間斷時間點時放空集水器，將水樣引入樣品瓶，并貼好標簽，對于不到取樣時間間隔點時，集水瓶中水面已接近瓶頂，應放水至樣品瓶，并記錄放水時間，貼好標簽，作為加測水樣，或作為棄水處理，這樣可防止雨水流入空氣緩沖瓶，同時也可保證集水瓶中的水樣是剛從取樣點抽取的最新水樣。但在確定的時間間隔點仍要放空所有集水器中的集水,以保證在規定的時間間隔點有采集水樣。取水樣和棄水時，可手動開啟和關閉通氣閥和放水閥，將水樣放入樣品瓶或棄水瓶。(1)降雨前將雨水傳感器的濕度檢測探頭放置在戶外同時將其固定住，防止受到風雨的作用傾斜或倒塌。(2)將室外取樣器放置到位，接著鋪好室外輸水導管，保證輸水通暢，沒有折彎死角。(3)關閉好各放水閥和通氣閥，打開抽真空閥。(4)開啟電源及單片機處理器的電源插頭。(5)觀察單片機處理器上的屏幕顯示器，注意降雨開始記錄時間。(6)觀察并記錄各室內集水瓶的出流時間。(7)降雨結束后傳感器信號斷開，約60s后真空泵自動關閉。此時單片機的顯示屏的顯示時間即為降雨歷時。(二)污染物檢測及數據處理方法根據中國環境出版社出版的《水和廢水監測分析方法》(第四版)采用國標分析方法對目標地表徑流污染物進行檢測。根據降雨間隔時間下地表徑流水樣，經檢測獲取各時段下的污染物濃度值Wi(i＝1，2，3，…，n；n表示第n次收集樣品的編號)。將自己雨量計得到的整場降雨的累積降雨量轉化為降雨強度-時間曲線，其中降雨強度單位為mm/h、時間單位為min，將得到的降雨強度過程線運用水文學原理等流時線法演算得到研究區域出水口的出流流量過程線(流量-時間曲線，其中流量單位為m3/s、時間單位為min)，利用數學積分法結合出水口流量過程線求出每個取樣間隔內的流量Qi′(單位m3)，單位面積徑流量式中：Qi為第i個時間間隔內單位面積徑流量，mm/h；Qi′i為第i個時間間隔內的流量，m3；A為研究區域的面積，m2；Δt為取樣時間間隔，min。為了獲知整場降雨中地表徑流污染物的平均濃度，通過EMC法獲得W，即場次降雨徑流中污染物濃度的加權平均值，即：式中：W為整場降雨中地表徑流污染物濃度(mg/L)；Wi徑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法，其特征在于：通過對相同的時間間隔下相同下墊面徑流水樣的采集，通過加權平均法獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W；地表徑流污染物濃度W由地表沉積物和受大氣污染的天然降雨污染物組成的，通過采樣裝置獲取相同下墊面地表徑流水樣，在相同間隔時間段下獲取不同時間段下的地表徑流水樣并檢測其污染物濃度，從而獲得不同時間段下的地表徑流污染物濃度值；接著根據由累積降雨量得到的單位面積徑流量對各時段的污染物濃度進行加權平均，得到整場降雨中的平均值，求得污染物的均值濃度，從而獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W。

【技術特征摘要】
1.一種直接獲得SWMM水質模型中參數W的方法，其特征在于：通過對相同的時間間隔下相同下墊面徑流水樣的采集，通過加權平均法獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W；地表徑流污染物濃度W由地表沉積物和受大氣污染的天然降雨污染物組成的，通過采樣裝置獲取相同下墊面地表徑流水樣，在相同間隔時間段下獲取不同時間段下的地表徑流水樣并檢測其污染物濃度，從而獲得不同時間段下的地表徑流污染物濃度值；接著根據由累積降雨量得到的單位面積徑流量對各時段的污染物濃度進行加權平均，得到整場降雨中的平均值，求得污染物的均值濃度，從而獲得SWMM水質模型中地表徑流污染物濃度W。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：根據相同時間間隔下地表徑流水樣，經檢測獲取各時段下的污染物濃度值Wi，其中i＝1，2，3，…，n；n表示第n次收集樣品的編號；將自計雨量計得到的整場降雨的累積降雨量轉化為降雨強度-時間曲線，其中降雨強度單位為mm/h、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊宏，婁富豪，周玉文，張靜，劉原，盧興超，吳獻平，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京,11