王紀(jì)恩 楊辰偉

摘要：指出了城市初期雨水污染評價(jià)是水環(huán)境治理的關(guān)鍵問題之一。但因?yàn)榇嬖阱e(cuò)峰稀釋等影響因素，目前除經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法外，少有能較精確定量計(jì)算城市單場降雨初期雨水污染的方式。基于此，提出了一種用范圍值表示城市單場降雨初期雨水污染的定量計(jì)算方法，并基于SWMM模型予以了實(shí)現(xiàn)。算例結(jié)果表明：采用該方法可以較科學(xué)地定量評價(jià)城市單場降雨初期雨水污染水量。

關(guān)鍵詞：SWMM模型;初期雨水;水環(huán)境治理

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0097-04

1引言

城市初期雨水污染主要是指降雨初期地面10～15mm已形成地表徑流的降水所造成的污染。因溶解了大量大氣污染物，又沖刷了大量城市下墊面沉積的地表污染物，初期雨水污染物含量較高，如果不經(jīng)處理直接受納水體，會(huì)對城市水環(huán)境造成不利影響。

初期雨水或者說城市雨水徑流污染產(chǎn)匯流特征理論方面，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行過較廣泛深入的研究。對于單雨水口的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，在忽略沉積物沖刷情況下，可以按源頭匯水面污染物沖刷規(guī)律分析雨水污染物變化特征。實(shí)際中，下墊面污染物分布不均、沉積物沖刷、排水系統(tǒng)復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系復(fù)雜等因素，導(dǎo)致錯(cuò)峰稀釋和濃度波動(dòng)等，從而排水口水量及污染物濃度變化特征復(fù)雜，難以定量評價(jià)。

2單場降雨初期雨水污染定量評價(jià)的計(jì)算方法

2.1水質(zhì)控制容積概念

針對城市雨水徑流污染產(chǎn)匯流過程的復(fù)雜性，發(fā)達(dá)國家提出了“水質(zhì)控制容積”（wQV，water quality vol-ume）的概念，旨在科學(xué)界定徑流污染水量，實(shí)現(xiàn)污染物總量控制。wQV指為了達(dá)到控制徑流污染、保證水質(zhì)目標(biāo)所需控制處理的徑流體積。該參數(shù)在美國各州暴雨最佳管理手冊中得到廣泛采用。

2.2定量評價(jià)方法基本思路

借鑒wQV的基本思想，城市單場降雨初期雨水污染定量評價(jià)方法應(yīng)是綜合考慮源頭至末端確定單場降雨控制水量，以滿足排水口排放的污染物凈量在允許排量內(nèi)這一約束目標(biāo)。因?yàn)榇嬖阱e(cuò)峰稀釋等作用，從源頭匯水分區(qū)考慮的初期雨水污染水量理論上為較小值，從末端排水口考慮的初期雨水污染水量理論上為較大值。據(jù)此將初期雨水污染表示成一個(gè)范圍值，可以在規(guī)避評價(jià)錯(cuò)峰稀釋等復(fù)雜作用的情況下對其定量計(jì)算。以上是定量評價(jià)方法的基本思路。為討論方便，污染物用雨水典型污染物TSS表示。

2.3較小值的計(jì)算方法

在污染物凈排量約束目標(biāo)的控制下，污染水量較小值是以所有匯水分區(qū)處雨水口為討論對象，按照其瞬時(shí)流量內(nèi)污染物濃度自大至小依產(chǎn)匯流時(shí)間排序，然后對相應(yīng)瞬時(shí)流量積分，至該雨水量內(nèi)包含的污染物凈量滿足污染物凈排量的控制目標(biāo)。此時(shí)的水量理論上為較小值，即：

3SWMM模型it算實(shí)現(xiàn)

SWMM是一種用于模擬降雨產(chǎn)匯流的開源綜合數(shù)學(xué)模型。當(dāng)前版本5.1.013內(nèi)置算法可以模擬長期和單場降雨地表徑流和污染物的遷匯過程，量化管網(wǎng)排水效果和污染物濃度變化特征?；谶@些特點(diǎn)，本文采用SWMM模型實(shí)現(xiàn)上文提出的定量計(jì)算方法。

3.1針對SWMM模型特點(diǎn)的公式轉(zhuǎn)化

SWMM模型水量水質(zhì)輸出結(jié)果格式是固定時(shí)長間隔的瞬時(shí)水質(zhì)及流量數(shù)據(jù)集合。采用梯形法對公式（1）、（2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.2基于SWMM模型的實(shí)現(xiàn)流程

根據(jù)公式（3）和公式（4），利用SWMM引擎進(jìn)行二次開發(fā)，編制城市單場降雨初期雨水污染定量計(jì)算程序。程序的流程圖見圖1。

4算例應(yīng)用及分析

4.1算例應(yīng)用

選取文獻(xiàn)[10]提供的Example5-exp.inp模型作為算例，該算例內(nèi)模型參數(shù)已經(jīng)過率定。算例平面圖見圖2。

模型包括7個(gè)匯水分區(qū)，1個(gè)排水口。模擬時(shí)間步長1min，模擬總時(shí)長6h，降雨重現(xiàn)期分別取2年，10年，100年，其余參數(shù)采用模型原有參數(shù)。限于篇幅，各匯水分區(qū)及排水口出流水量水質(zhì)模擬結(jié)果不予列出。

設(shè)定污染物凈量控制指標(biāo)為TSS表示的徑流污染凈量控制率分別至少達(dá)到60%。采用公式（3）和公式（4）進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果見表1。

5結(jié)論與建議

基于水質(zhì)控制容積的基本思想，提出一種用范圍值表示的城市單場降雨初期雨水污染定量評價(jià)方法。并基于SWMM模型二次開發(fā)技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)。算例結(jié)果表明，本文提出的方法可以較科學(xué)的估計(jì)出城市單場降雨初期雨水污染水量值。