本發(fā)明涉及一種確定SWMM軟件中累積參數(shù)確定的方法，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、加拿大和歐洲等國家，該模型都被用來解決當(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)是美國環(huán)保署根據(jù)美國的土地利用類型、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)致無法直接在我國城市地表徑流水質(zhì)中進(jìn)行模擬和使用。目前在國內(nèi)SWMM水質(zhì)模型的使用上，多數(shù)照搬國外SWMM模型手冊(cè)上的參數(shù)，沒有適合我國國情的一套參數(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)我國國情確定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。

由于地表沉積污染物受大氣污染物累積的影響，大氣中累積污染物在雨天經(jīng)雨水的沖刷作用下進(jìn)入地表徑流，與地表沉積污染物共同成為城市面源污染的重要來源。在SWMM軟件的累積參數(shù)C₁和C₂，考慮大氣污染累積因素，可提高該軟件對(duì)降雨徑流水質(zhì)模擬的準(zhǔn)確度，有利于SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的應(yīng)用。

本發(fā)明建立了SWMM軟件的累積參數(shù)C₁、C₂的確定方法，將大氣污染物和地表沉積污染物合并為城市降雨徑流的污染源，建立大氣污染物和地表沉積物最大累積量的確定方法，為SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的應(yīng)用提供幫助。同時(shí)，不同的污染物由于其沉積性能不同，在大氣和地表累積規(guī)律也存在顯著差異，因此本發(fā)明針對(duì)大氣和地表沉積的不同的污染物進(jìn)行了累積參數(shù)取值范圍的確定，提高SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為提高SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的精度，提供一種水質(zhì)參數(shù)的確定方法。

SWMM軟件中累積參數(shù)的確定是制約SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的關(guān)鍵因素。SWMM軟件中累積模型包括冪函數(shù)模型、指數(shù)函數(shù)模型、飽和浸潤(rùn)方程和外部時(shí)間序列。其中指數(shù)函數(shù)模型(見式(1))受到大家普遍關(guān)注，該模型中最大累積量C₁和累積速率常數(shù)C₂的確定是該模型應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

式中：C₁——最大累積量，g/m²；

C₂——累積速率常數(shù)，d^-1。

SWMM軟件中累積參數(shù)的確定是制約SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的關(guān)鍵因素。SWMM軟件中累積模型包括冪函數(shù)模型、指數(shù)函數(shù)模型、飽和浸潤(rùn)方程和外部時(shí)間序列。其中指數(shù)函數(shù)模型(見式(1))受到大家普遍關(guān)注，該模型中最大累積量C₁和累積速率常數(shù)C₂的確定是該模型是否能夠準(zhǔn)確模擬的關(guān)鍵所在。

式中：C₁——最大累積量，g/m²；

C₂——累積速率常數(shù)，d^-1。

一種確定SWMM軟件中累積參數(shù)確定的方法，應(yīng)用以下模型：

式中：C₁——最大累積量，g/m²；

C₂——累積速率常數(shù)，d^-1；

B為單位面積污染物沉積量，kg/10⁴m²；

其特征在于其步驟如下：

①分別在研究區(qū)域的不同功能區(qū)選擇采樣點(diǎn)；

②在每個(gè)采樣點(diǎn)鋪設(shè)8塊地表沉積物采樣裝置，采樣裝置由厚度為2.5mm油氈及邊框組成，大小為1.2m×0.6m；

③分別經(jīng)過1、3、5、7、15、30、45、60天后取回采樣裝置，每次取回1塊，采用沖刷裝置對(duì)采樣裝置進(jìn)行沖刷；

④沖刷過程：布水器對(duì)下墊面沖刷，下墊面為上述采樣裝置；下墊面較低一端設(shè)有收集槽，用于收集沖刷液；

⑤沖刷液攪拌促溶24h后，測(cè)定沖刷液中各類污染物濃度；

⑥計(jì)算不同功能區(qū)不同前期干旱天數(shù)下各類污染物累積總量，污染物累積總量計(jì)算公式見式(2)；

式中：L——各采樣點(diǎn)地表沉積物總量，g/m²；

X_i——沖刷液中污染物濃度，mg/L；

V——沖刷液體積，m³；

⑦建立不同功能區(qū)地表沉積污染物累積總量與前期晴天天數(shù)曲線，確定最大累積量C₁的值；

⑧計(jì)算累積參數(shù)C₂的值；

通過轉(zhuǎn)化，式(1)書寫為：

將式(3)兩遍取自然對(duì)數(shù)，獲得關(guān)系式(4)：

通過建立與t之間的直線關(guān)系，獲得各類污染物累積速率常數(shù)C₂的取值范圍。

本發(fā)明收集器的優(yōu)勢(shì)：

(1)解決SWMM軟件中水質(zhì)參數(shù)確定方法欠缺問題；

(2)將大氣污染物和地表沉積污染物合并為城市降雨徑流的污染源，建立大氣污染物和地表沉積物最大累積量的確定方法；

(3)在較大尺度范圍內(nèi)采用自然降雨污染物總量間接反應(yīng)大氣污染物總量，建立大氣污染物累積量與前期晴天天數(shù)的相關(guān)關(guān)系；

(4)建立了地表沉積污染物累積量與前期晴天天數(shù)相關(guān)關(guān)系確定方法，為SWMM模型中相關(guān)參數(shù)的確定提供技術(shù)支持；

(5)確定不同污染物水質(zhì)參數(shù)取值范圍，為SWMM軟件準(zhǔn)確模擬

提供支持。

附圖說明

圖1為地表沉積物采樣裝置圖；

圖2為地表沉積物沖刷裝置圖。

具體實(shí)施方式

目前對(duì)該模型中C₁和C₂的確定較為困難，因此使該模型的使用受到限制。本研究發(fā)明了一種實(shí)驗(yàn)方法確定SWMM軟件模擬降雨徑流水質(zhì)指數(shù)函數(shù)模型所需要的參數(shù)的確定方法，其步驟如下：

①分別在研究區(qū)域的不同功能區(qū)(如生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)等)選擇采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)一般位于距離路邊1m處；

②在每個(gè)采樣點(diǎn)鋪設(shè)8塊地表沉積物采樣裝置(見附圖1)，采樣裝置由厚度為2.5mm油氈及邊框組成，大小為1.2m×0.6m；

③分別經(jīng)過1、3、5、7、15、30、45、60天后取回采樣裝置，每次取回1塊，采用沖刷裝置對(duì)采樣裝置進(jìn)行沖刷。

④沖刷過程中采用自來水代替雨水，布水器的一端接自來水水龍頭，帶有壓力的自來水通過兩個(gè)圓形(直徑為20cm)布水器對(duì)下墊面沖刷2h，沖刷強(qiáng)度采用600mL/min，下墊面長(zhǎng)1.2m，寬0.6m，坡度為1‰。下墊面較低一端開直徑為10cm圓形收集槽，用于收集沖刷液。

⑤沖刷液攪拌促溶24h后，測(cè)定沖刷液中各類污染物濃度；

⑥計(jì)算不同功能區(qū)不同前期干旱天數(shù)下各類污染物累積總量，污染物累積總量計(jì)算公式見式(2)；

式中：L——各采樣點(diǎn)地表沉積物總量，g/m²；

X_i——沖刷液中各類污染物平均濃度，mg/L；

V——沖刷液體積，m³。

⑦建立不同功能區(qū)地表沉積污染物累積總量與前期晴天天數(shù)曲線，確定最大累積量C₁的值；

⑧計(jì)算累積參數(shù)C₂的值。

通過轉(zhuǎn)化，式(1)可書寫為：

將式(3)兩遍取自然對(duì)數(shù)，獲得關(guān)系式(4)：

通過建立與t之間的直線關(guān)系，可獲得各類污染物累積速率常數(shù)C₂的取值范圍。

具體效果

課題組在河北科技大學(xué)校園及周邊選定的文教區(qū)、生活區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)的采樣點(diǎn)分別鋪設(shè)八塊1.2m×0.6m油氈，并標(biāo)注“實(shí)驗(yàn)區(qū)域，請(qǐng)勿清掃”字樣，分別經(jīng)過1、3、5、7、15、30、45、60天后取回油氈，采用沖刷裝置對(duì)油氈進(jìn)行沖刷，收集沖刷液并攪拌促溶24h；而后測(cè)定沖刷液中SS、COD和氨氮濃度，計(jì)算不同功能區(qū)污染物不同累積天數(shù)下污染物累積總量，建立不同功能區(qū)地表沉積污染物累積總量與前期晴天天數(shù)曲線，確定SS、COD、氨氮最大累積量C₁取值范圍為：6.37-12.86g/m²、1.403-2.166g/m²和8.89-12.88mg/m²，并通過式(4)計(jì)算出，SS、COD、氨氮最大累積量C₂取值范圍為：0.055-0.100d^-1、0.061-0.085d^-1、0.133-0.167d^-1。