浅谈模型在面源污染分析中应用

浅谈模型在面源污染分析中应用

王珺

丹华水利环境技术上海有限公司上海200230

摘要：我国对雨水初期地表径流的收集处理还处于初级阶段，由于国内目前并没有完善的初期雨水收集处理设施，导致初期雨水往往直接排入地表水体，给水环境造成了一定程度的污染。本文拟探讨数学模型在面源污染分析中的适用性，为面源污染控制提供科学指导思路。

关键词：初雨；面源污染；数学模型

一前言

近年来，我国许多大城市随着河涌截污工程的完成，点源污染已得到有效控制,而初期雨水的污染比例则显示大幅升高。据调查,上海市初期雨水的污染量占河流污染总量的50%。城市降雨径流污染的发生随机性强、来源复杂、时空变化大，因此，对所有区域的面源污染进行现场测定成本高，具有一定的难度。国内外已有学者提出了一系列的数学模型模拟降雨径流及污染负荷。如1977年美国水文工程中心提出了STORM模型，该模型可以模拟城市、农村流域中与降雨量相对应的径流量与污染负荷。Huber等人于1984年提出SWMM模型，该模型基于降雨输入（雨量过程线）和系统特征（流域、泄水、蓄水和处理特性等）模拟暴雨事件的径流水质过程。模型的建立，可以辅助我们通过对地面产流、地面汇流、管内汇流的系统模拟来理解降雨事件中雨水管网排出口的水量的变化规律。针对几场特定的降雨，通过对污染物冲刷、污染物在地面和管道的迁移传输等物理过程的描述，来动态模拟一次降雨事件中雨水管网排出口污染物浓度的变化规律。

二研究方法

本项目拟采用成熟可靠的MIKEURBAN软件，建立研究区域排水系统的水文、水动力、水质模型。MIKEURBAN由DHIWaterEnvironmentHealth开发，是模拟城市集水区和排水系统的地表径流、管流、水质和泥沙传输的专业工程软件包，可以应用于任何类型的自由水流和管道中压力流交互变化的管网中。根据实测的排出口污染物浓度测定值，对一维模型进行率定。比较模型模拟值和实测值的差异，进而判断模型的可靠性和适用性。

对初雨污染水质的分析与研究需要建立在准确的数据收集与整理的基础上，不仅需要排水管网系统的管道检查井等数据，还需要分析进入排水管网的初期雨水水量和污染物负荷以及管网排出口的出水能力和污染物负荷。项目所需的基础数据主要包括以下三部分：

降雨数据，包括当地暴雨强度公式和实测降雨数据，

城市地形数据，包括汇水分区、道路、绿地、屋面、湖泊下垫面数据和地形高程图

排水管网数据，包括排水管线资料，泵站资料

水量水质及污染负荷数据，即流域内典型用地地面冲刷污染物浓度，典型污水量以及污水特性变化曲线。

三结果与讨论

本项目研究区域为广州市某河涌汇水系统，1.19km2,选取当地2013年8月13日降雨用来对模型进行率定，总降雨量36.7mm,降雨历时240min,利用排污口的实测水量和水质数据对模型参数进行率定。

图2COD浓度过程实测值与模拟值比较图

从模型的率定结果看，降雨径流中污染物指标COD模型模拟值与实测值拟合程度较好。模型预测污染物浓度值随径流时间的变化趋势与实际降雨径流污染物输出规律基本一致，数值上会有波动。降雨前期污染物浓度比较平稳，随着降雨的发生，污染物浓度会由于雨水的稀释而下降，之后伴着降雨引发的地面冲刷污染物在管网中迁移至排口，污染物浓度迅速升高，达到峰值，峰值出现时间在雨峰后面一段时间。整个径流中污染物前期输送趋势较为明显，后期污染物浓度逐渐降低，趋向于平衡，具有较显著的时间特征。

四结语

降雨径流污染物模拟值与实测值比较分布图是一种评价模型精确度的常用方法，研究运用点位分布图对模型模拟值及实测值比较。选取的COD模拟值与实测值拟合度良好，总体来说，模型可以较好的模拟研究区域的降雨场次径流水质变化特征，可以用于后续工况模拟预测。

参考文献：

尹澄清《城市面源污染的控制原理和技术》中国建筑工业出版社

方红远.城市径流质量模型参数率定方法研究【J】.环境科学进展.1998,6(2):56-60

CharbeneauRJ,BarrettiM.Evaluationofmethodsforestimatingstormwaterpollutantload[J].WaterEnvironmentResearch,1998,70:1295-1302