本發(fā)明涉及一種受大氣污染影響天然降雨水質(zhì)參數(shù)W1的確定方法，屬于市政工程、環(huán)境工程、海綿城市建設(shè)和計算機模型軟件參數(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)境保護署開發(fā)的一款動態(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間步長任意時刻每個子流域所產(chǎn)生徑流的水質(zhì)和水量，以及每個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，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，借助計算機模型可以反映城市地表徑流水質(zhì)的運移情況，在添加LID措施的作用下通過對SWMM模型水質(zhì)參數(shù)的設(shè)定預(yù)測海綿城市建設(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模型手冊上的參數(shù)，沒有適合我國國情的一套參數(shù)，同時也沒有一套關(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為最大增長可能和C2為增長速率常數(shù)等參數(shù)的方法。在 原有的SWMM水質(zhì)模型的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行繼承和改進(jìn)，并提出一套完整的測定方法，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》，共計八個測定方法。
大氣流動和降雨是大氣污染物去除的主要清潔途徑，大氣中累積污染物在降雨的沖刷作用下進(jìn)入自然降雨中，成為降雨徑流污染的重要來源之一，因此SWMM軟件沖刷模型中需要增加大氣污染物含量對降雨徑流污染物含量的影響。自然降雨中污染物含量可間接反應(yīng)該地區(qū)大氣中污染物的累積狀況，其測定方法的確定可為SWMM軟件在降雨徑流水質(zhì)模擬中的應(yīng)用提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)參考。
SWMM(Storm water Management Model)模型是最早提出的城市暴雨雨洪管理模型之一，是由美國環(huán)保署為解決日益嚴(yán)重的城市雨水問題而提出的雨洪管理模型。它是一個內(nèi)容十分廣泛的城市暴雨徑流水量和水質(zhì)的預(yù)報模擬模型，即能用于城市徑流單一事件模擬也可以用于長期(連續(xù))模擬。目前，SWMM軟件沖刷模型如式(1)所示。
W＝S1qS2B (1)
式中：W——污染物濃度，mg/L；
S1——沖刷系數(shù)；
S2——沖刷指數(shù)；
q——徑流的速率，m3/h；
B——單位面積污染物累積量，g/m2。
該公式在進(jìn)行降雨徑流沖刷過程的模擬中只是考慮了降雨前期地表沉積污染物的累積狀況，并未考慮大氣中累積的污染物質(zhì)。然而，降雨除了對地表進(jìn)行沖刷外，大氣中累積的污染物在降雨的沖刷作用下進(jìn)入自然降雨中，進(jìn)而對降雨徑流中污染物的種類和含量產(chǎn)生影響，因此本發(fā)明在SWMM軟件進(jìn)行降雨徑流沖刷過程的模擬時增加對大氣中污染物累積因素的考慮，沖刷模型如式(2)所示，從而進(jìn)一步提高SWMM模型水質(zhì)模擬精度和該模型的應(yīng)用價值。
W＝S1qS2B+W1 (2)
式中：W1——大氣污染影響自然降雨水質(zhì)參數(shù)，mg/L；
技術(shù)實現(xiàn)要素：
一種受大氣污染影響天然降雨水質(zhì)參數(shù)W1的確定方法，其特征在于，SWMM沖刷模型改進(jìn)公式如式(2)所示：
W＝A1qS2B+W1 (2)
式中：B為單位面積污染物沉積量(kg/104m2)；W為污染物濃度(mg/L)；S1為沖刷系數(shù)；S2為沖刷指數(shù)；q為單位面積徑流量(mm/h)；W1為大氣污染影響自然降雨水質(zhì)參數(shù)，mg/L；
大氣污染影響自然降雨水質(zhì)參數(shù)的確定方法包括以下步驟：
①分別在研究區(qū)域的不同功能區(qū)選擇自然降雨采樣點；
②采用降雨收集裝置采集自然降雨，測定不同時刻自然降雨中污染物濃度Xt；
③采用自記雨量計(圖1)記錄降雨量隨時間的變化Pt；
④通過自然降雨污染物總量間接獲得大氣污染狀況，確定公式(2)中的W1。
式(3)中Xt為t時刻下天然降雨水質(zhì)濃度(mg/L)；Pt為天然降雨量隨時間的分布，mm；W1為整場降雨的平均濃度(mg/L)。
附圖說明
圖1自記雨量計
本發(fā)明優(yōu)勢：
(1)提出采用自然降雨中污染物的含量間接反映大氣中污染物累積狀況；
(2)建立了間接測定大氣污染物累積狀況的實驗方法；
(3)將受大氣污染的天然降雨作為SWMM模型沖刷過程地表徑流污染物濃度的一部分，提高了SWMM模型模擬降雨徑流過程的精度。
具體實施方式：
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)選擇自然降 雨采樣點，采樣點四周盡量避開高大樹木或建筑物；
②采用降雨收集裝置采集自然降雨，自然降雨采樣裝置采用翻斗式雨量計(JZ-05，北京九州空間)，收集并測定不同時刻自然降雨中污染物濃度Xt；
③采用自記雨量計記錄降雨量隨時間的變化Pt。
④通過自然降雨污染物總量間接獲得大氣污染狀況，確定公式(2)中的W1。
式(3)中Xt為t時刻下天然降雨水質(zhì)濃度(mg/L)；Pt為天然降雨量隨時間的分布，mm；W1為整場降雨的平均濃度(mg/L)。
①降雨前，將翻斗式雨量計設(shè)置于采樣點空曠處，避免高大樹木或建筑物對雨水的干擾；
②降雨過程中通過翻斗式雨量計繪制的自記雨量計記錄紙確定降雨量隨時間的變化，同時將所有降落于翻斗式雨量計中的雨水進(jìn)行收集，并將所有收集到的雨水移至5L燒杯中待測；
③依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)對收集雨水中污染物濃度進(jìn)行檢測。其中SS采用重量法進(jìn)行測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法(分光光度計)測定。
④采用公式(3)計算自然降雨中各類污染平均濃度值。
⑤通過受大氣影響的自然降雨污染物的濃度值反映大氣污染狀況，確定公式(2)中的W1。
具體效果：
2016年課題組在北京工業(yè)大學(xué)西校區(qū)采集12場降雨，通過該方法收集并測得污染物中SS的平均濃度范圍為58.87～220mg/L，COD的平均濃度范圍為,5.82～39.13mg/L，NH4-N的平均濃度范圍為0.28～7.94mg/L，TN的平均濃度范圍為2.36～9.45mg/L，將各污染物的數(shù)值與單獨收集整個降雨水樣的平均濃度相比，可知污染物的誤差范圍都在3％～10％，則反映真實降雨水質(zhì)污染狀況。在SWMM水質(zhì)模型中可確定降雨水質(zhì)的平均濃度W1。