城市降雨径流模型的参数局部灵敏度分析

运用Morris筛选法对城市降雨径流模型SWMM的水文水力模块的相关参数进行局部灵敏度分析,以便对模型灵敏参数识别和不确定性分析.结果表明,影响3场降雨径流深的最灵敏度参数均为不透水率,灵敏度分别是0.88,0.98和0.43.影响峰值流量的灵敏参数因不同雨强的降雨场次存在波动,雨强最大的降雨最灵敏参数为管道曼宁糙率,雨强最小的降雨最灵敏参数为无低洼地不透水区所占百分比.不同降雨强度SWMM模型水文水力模块的灵敏参数有所差异,尤其是下渗率相关的参数.     

SWMM模型在城市不透水区地表径流模拟中的参数识别与验证

为了研究城市不透水下垫面的降雨径流过程和污染负荷,以屋面为例,选择径流管理模型SWMM,采用独立场次实测数据,应用基于不确定性分析的HSY算法和Monte Carlo采样方法对模型中的水文水力和水质参数进行识别和验证.结果表明,地表不透水区径流模型中主要包含6个关键参数,分别为不透水区初损填洼深度(S-imperv)、不透水区曼宁系数(N-imperv),指数累积方程中的最大可能累积值(max buildup)、累积常数(rate constant),指数冲刷方程中的冲刷系数(coefficient)和冲刷指数 (exponent).水文水力参数的识别可以最小二乘法偏差作为目标函数,水质参数的识别可以场次污染负荷和污染物峰值浓度作为目标函数.参数识别结果为N-imperv0.012～0.025, S-imperv 0～0.7, max buildup 15～30, rate constant0.2～0.8, coefficient0.01～ 0.05, exponent1.0～1.2.参数的区域灵敏度由大到小排序为 coefficient、S-imperv、N-imperv、max buildup、exponent、rate constant.识别后的参数可以通过模型验证,但是在模拟一些雨型特殊的降雨径流污染物浓度曲线时,仍然存在一定的困难.     

重庆市路面降雨径流特征及污染源解析

2010年雨季对重庆市3场降雨时段的地表径流进行采样监测,分析了重庆市路面降雨径流过程特征与降雨强度和降雨间隔时间对不同水质参数初始冲刷的影响,运用多元统计技术区分出路面径流的潜在污染源.结果表明,3场降雨径流的COD、TP和TN的次降雨平均浓度(EMC)分别为60.83～208.03、0.47～1.01和2.07～5.00 mg.L-1,超出了国家地表水环境质量V类标准,是主要污染物;3次降雨事件中,污染物浓度的峰值均提前或同步于径流量的峰值,并且污染物浓度的峰值多数出现在产流10 min内;重金属Zn、Cu、Pb和Cd浓度随降雨径流过程呈锯齿状变化;运用主成分分析区分出路面径流水质的2种潜在污染源:①机动车交通损耗和大气干湿沉降;②城市垃圾.     

城市降雨径流模拟的参数不确定性分析

以厦门城市小流域为例,基于蒙特卡洛随机采样和区域灵敏度分析(RSA)方法,从参数的可识别性和灵敏度分析2个方面来分析城市降雨径流SWMM模型参数的不确定性.结果表明,水文水力模块中汇水单元不透水区贮水深度(Dstore-Imperv)、汇水单元透水区贮水深度(Dstore-Perv)和CN特征曲线(Curve Number)这3个参数可识别性较好,区域灵敏度高;水文水力模块的区域灵敏度的排序为:Dstore-ImpervCNDstore-Perv汇水单元透水区曼宁糙率(N-Perv)传导系数(Conductivity)管道曼宁糙率(Con-Mann)汇水单元不透水区曼宁糙率(N-Imperv).水质模块冲刷函数中地表冲刷系数(Coefficient)和地表径流幂指数(Exponent)这2个参数以及累积函数中的地表最大可累积的污染物量(Max.Buildup)的识别性较高,区域灵敏度较大.而从区域灵敏度的排序来看,3种用地类型的地表累积速率(Rate Constant)参数K-S距离最小,Max.Buildup、Coefficient和Exponent参数的K-S距离相对较大.     

城市绿地降雨径流污染特征对比研究：以澳门与厦门为例

在澳门与厦门分别选一分流制管道类型的绿地小流域开展降雨径流监测,以研究城市绿地降雨径流污染特征.结果表明,两城市绿地小流域降雨径流的主要污染物为COD、TP、NO_3~--N,其EMC平均值分别为165.77～60.48 mg/L、 0.96～0.44 mg/L和7.16～1.18 mg/L;两城市绿地的COD、TP、NO_3~--N污染负荷平均值分别为6.53～0.63 kg/hm~2、 0.037 5～0.0047 kg/hm~2 和0.012 2～0.012 8 kg/hm~2;绿地降雨径流污染物浓度峰值出现时间早于径流量峰值;城市绿地降雨径流初始冲刷效应不明显,厦门绿地小流域降雨径流COD、TSS、TP及NO_3~--N的FF_(30)分别为36.26%、 26.13%、 28.13% 和39.03%.基于多元回归分析结果表明,总降雨量和总径流量是影响绿地降雨径流污染初始冲刷效应的主要因素.     

坡度对低影响开发道路水文参数的影响

近年来,海绵城市在我国得到快速发展,其中低影响开发道路是重要建设内容之一。坡度是影响低影响开发道路雨水控制利用效果的关键因素之一,尤其是山地城市道路纵坡普遍较大,目前尚缺乏系统研究。针对上述问题,在实验室搭建了1∶1物理模型,通过人工模拟降雨实验,系统研究了坡度对低影响开发道路雨水径流总量控制率、峰值削减率、径流系数等水文参数的影响。实验结果表明:低影响开发(LID)道路场次雨水径流总量和峰值流量受坡度影响较大,其削减率分别为7. 5%～73. 2%和4. 5%～52. 6%;径流系数受重现期影响较大,在低重现期时为0. 20～0. 66,在大纵坡和高重现期时均接近1。LID道路在纵坡<5%和重现期<10 a时雨水径流总量和峰值削减效果较明显,在大纵坡和高重现期时雨水外排总量和峰值削减效果较差。上述研究成果可为山地城市低影响开发城市道路设计提供技术支撑。     

城市降雨径流模型参数全局灵敏度分析

采用逐步回归法分析典型城市降雨径流管理模型(SWMM)水文参数的全局灵敏度,为模型参数的有效识别提供参考.结果表明,汇水区面积对总产流起决定性作用.在雨强较小(10.5mm)的情况下,透水区参数灵敏度很小,可在参数识别中设为经验值;在较强降雨(52.5mm)情况下,管道曼宁系数是决定峰值流量与峰值发生时间的关键参数.减小汇水区面积的不确定性可提高其他参数的灵敏度,有利于参数的有效识别.     

珠江三角洲城市非点源COD影响因素分析及其负荷估算

珠江三角洲地区城市河流污染严重,非点源污染物入河量不容忽视.分别于2009～2010年对广东省佛山市汾江河流域的8个典型城市内河涌进行了降雨径流水质监测,并测算次降雨时段内非点源化学需氧量(COD)的入河量.综合平均浓度法及输出系数法的径流、地类要素,并通过校正后的SCS模型和土地利用现状图获取其径流量及地类参数,构建基于"径流-地类"参数的非点源COD负荷计算式.结果表明,降雨、地类是影响河涌集水区非点源COD负荷量的重要因素,且降雨对非点源COD负荷量的影响要大于地类.构建的计算式能较好地估算非点源COD负荷量,其对于单次降雨非点源COD负荷量的平均模拟精度为75.51%,且大时间尺度的模拟精度要优于次降雨尺度.据估算,2009年汾江河流域非点源COD的负荷总量及负荷强度分别为8 053 t、339 kg·(hm2.a)-1,其中厂矿地类的非点源COD负荷量及负荷强度最大.流域内非点源COD污染较为严重,应予以重视.     

基于在线监测+模型的海绵城市建设径流水量控制效果研究

以青岛市海绵城市典型项目区为研究区,通过收集、整理和概化汇水区资料,构建了研究区降雨径流模型——SWMM模型。利用2018年雨季的降雨-径流实时监测数据,进行了模型关键参数的率定和模型验证,研究了海绵城市建设在削减径流量、增加入渗与滞蓄雨量方面的定量效果。结果显示:海绵改造后,不同降雨强度下形成径流的雨量占总雨量的平均比例由56%下降至29%;下渗雨水的平均比例由40%增加至60%,滞蓄深度由0.63 mm增加至5 mm。海绵改造前后研究区场降雨径流总量控制率变化显著,当以1~10年一遇的短历时（120 min）设计降雨作为模型边界条件进行模拟时,海绵化改造后场次降雨径流总量控制率提高了26%~34%,认为研究区基本达到了海绵城市关于水量控制的建设要求。     

紫色土丘陵区农村集镇降雨径流污染特征

以2006年6月至2007年4月野外观测的8场降雨径流事件中TN、TP、COD与SS含量和流量数据为基础,分析了紫色土丘陵区农村集镇的降雨径流污染物来源、形态与输出负荷及初期冲刷效应,研究了农村集镇降雨径流污染特征.结果表明,农村集镇降雨径流中TN、TP、COD与SS的事件平均浓度(EMC)均值分别为25.52、3.63、714、2396 mg·L-1,年污染负荷分别为39.21、5.57、993、3335 kg·hm-2.农村集镇降雨径流污染物浓度峰值出现在流量峰值之前,两者间隔时间为3-45min.40%的TN、TP、COD与SS污染负荷由占总径流量30%的初期径流所运移,降雨径流污染物具有中等的初期冲刷效应.可溶性氮、颗粒态磷分别是农村集镇降雨径流污染中氮、磷素输出的主要形态.可溶性氮输出量受最大雨强影响较大(r=-0.825,P<0.05).而颗粒态磷输出量较为稳定,受降雨特征影响较小.不透水地面源污染与沟道累积污染是农村集镇降雨径流的主要污染源,透水地(林地、旱坡地)的水土流失则加剧其污染.     

Characterization of surface runoff from a subtropics urban catchment

Characteristics of surface runoff from a 0.14-km^2 urban catchment with separated sewer in Macau was investigated. Water quality measurements of surface runoff were carried out on five rainfall events during the period of August to November, 2005. Water quality parameters such as pH, turbidity, TSS, COD, TN, Zn, Pb, and Cu were analyzed. The results show that TN and COD are the major pollutants from surface runoff with mean concentration of 8.5 and 201.4 mg/L, both over 4-fold higher compared to the Class V surface water quality standard developed by China SEPA. Event mean concentration （EMC） for major pollutants showed considerable variations between rainfall events. The largest rainfall event with the longest length of antecedent dry weather period （ADWP） produced the highest EMC of TN, TSS and COD. From the pollutographs analysis, the peak concentration of TN precedes the peak runoff flow rate for all three rainfall events. The tendency of the concentration of TSS, turbidity and COD changing with runoff flow varies between rainfall events. The relationship between TSS and other parameters were analyzed to evaluate the efficiency of the physical treatment process to control the surface runoff in the urban catchment. Based on the correlation of parameters with TSS, high treatment efficiency of TSS, TN and COD was expected. The most significant event in term of first flush is the one with the strongest rainfall intensity and longest length of ADWP. TN always showed first flush phenomenon in all three rainfall events, which suggested that the surface runoff in the early stage of surface runoff should be dealt with for controlling TN losses during rainfall events.     

低影响开发建筑小区雨水控制效果监测与评估

以某新建建筑小区为研究对象,通过构建低影响开发雨水排水系统,实现了雨水径流总量减排和峰值削减的多目标控制。采用同场次降雨对比分析的方法,在该小区6个排口（A~F）分别设置监测点,并选择下垫面类型组成相似的传统建筑小区排口（G）作为对比监测点。通过7场典型降雨监测数据的分析表明:与传统建筑小区相比,低影响开发建筑小区场次雨水径流外排总量削减率为12.1%~100%,场次雨水径流污染物（以SS计）总量削减率为69.6%~100%,峰值削减率为12.3%~100%。通过建立数学模型对典型年降雨数据进行了连续模拟,结果表明:低影响开发建筑小区平均径流外排总量削减率为77.3%,污染物总量削减率为66.4%。因此,监测和模拟结果均表明低影响开发雨水系统可有效控制雨水径流的外排总量和污染负荷。研究结果可为我国今后海绵型建筑小区建设提供技术支撑。     

不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

城市流域降雨径流水质特性及初期冲刷现象

为了解城市流域降雨径流水质特性及其初期冲刷现象,以重庆市盘溪河流域和虎溪流域为研究对象,对6场降雨径流进行监测. 结果表明:各场次降雨中,城市流域降雨径流污染物浓度均呈抛物线型分布;在所监测的6场降雨中,盘溪河流域ρ(TSS)(TSS为总悬浮物)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为2 000、420、13.0、5.7 mg/L,虎溪流域ρ(TSS)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(Fe)、ρ(Zn)、ρ(Pb)、ρ(Cd)的平均值分别为33、38、2.6、0.7、1.1、0.1、2.1、0.2、0.6、0.06 mg/L. 在盘溪河流域和虎溪流域降雨径流中,磷均以颗粒态为主(分别占56%和87%),氮均以无机氮为主(分别占72%和82%). 盘溪河流域未发现明显的初期冲刷现象,虎溪流域初期40%的径流携带了50%~80%的污染负荷. 降雨径流流量分析表明,单峰降雨事件的峰值流量取决于且滞后于峰值雨强,多峰降雨事则件往往导致多峰流量响应.      

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈较好的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.     

Validation of an agricultural non-point source （AGNPS） pollution model for a catchment in the Jiulong River watershed, China

This study tested and evaluated the agricultural non-point source(AGNPS)model for the Wuchuan catchment, a typical agricultural area in the Jiulong River watershed, Fujian Province. China. The AGNPS model was calibrated and validated for the study area with observed data onten storms. Thedata on eight stormsin 2002 were used for calibration while data on two stormswere used for validation of the model. Considering the lack of water quality data over a long-term series, a novel method, comparing an internal nested catchment with its surrounding catchment, was used to supplement the less long-term series data. Dual calibration and validation of the AGNPS model was obtained by this comparison. The results indicate that the correlation coefficients were 0. 99 and 0. 98 for runoff, 0. 94 and 0. 95 forthe peak runoff rate of the large catchment and the small catchment, respectively, and 0. 76 forthe sediment of the small catchment only. Each pair of correlation coefficients is homogeneous for the same event for the two catchments. With the exception of the sediment yield and particulate phosphorus, the peak nmofr rate and other nutrients were well predicted. Sensitivity analysis showed that the Soil Conservation Service curve number and rainfall quantity were the most sensitive parameters, which resulted in high output variations. Erosivitv and other parameters had little influence on the hydrological and quality outputs.     

不同灌溉模式下水稻田径流污染试验研究

为探讨不同灌溉模式下水稻田的产流规律和污染状况,为水稻灌区的农田水管理提供科学依据,本研究在常州市金坛和溧阳两地的野外水稻田开展非点源污染源试验,分别采用深水淹灌和干湿交替节水灌溉模式.在水稻生长季内,通过安装水位计和雨量计采集田面水水位和降雨信息,针对两种灌溉模式采取不同的方法计算径流量和氮磷流失负荷.结果表明,深水淹灌模式下,27场次降雨下有5场产生出流,还有1次人工排水造成了非点源污染,该灌溉模式下水稻田TN输出系数为49.4 kg·hm~(-2),TP输出系数为1.0 kg·hm~(-2);干湿交替节水灌溉模式下,最大降雨量达到95.1 mm时仍未发生产流.水稻田产流受到水稻需水量和灌排措施的影响,与田面水水位、降雨量和最低田埂高度直接相关;相较于传统的淹灌模式,干湿交替节水灌溉模式能明显减低由于降雨或者人工排水造成的非点源污染.     

降雨和土地利用对地表径流的影响-以北京北护城河周边区域为例

以北京北护城河周边区域为例,探讨了降雨和土地利用对地表径流的影响。选取了2011-2012 年4-11 月的15 场降雨,分别代表小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨这6 个雨量级。利用校准的雨洪管理模型（Storm Water Management Model, SWMM）分别模拟每次降雨事件下研究区7 个控制断面的地表径流深度。结果表明,地表径流深度随降雨量的增加显著线性增加。当降雨量在不同量级之间变化时,地表径流深度的变化幅度不尽相同。在不同的降雨事件中,降雨量和地表径流深度随时间的动态变化趋势可能有很大的差异,但地表径流深度在某一时刻的值的高低均决定于之前1~2 h 的降雨量,而地表径流深度的总体上升或下降趋势均决定于前期累积的降雨量。地表径流深度随渗透面积比例的增加显著下降,且变化曲线存在临界阈值（为15%~20%）。在暴雨、大暴雨和特大暴雨时,渗透面积比例对地表径流的影响更大。研究结果可为控制汛期城市地表径流量和洪峰流量、减少城市内涝提供土地利用和管理方面的理论依据和决策建议。     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。     

高速公路路面雨水径流下渗系统性能研究

为了分析径流下渗系统在径流削减和污染控制方面的性能,本文对一个高速公路路面雨水径流下渗系统性进行了监测.结果表明,降雨量、径流量、径流削减量和径流排放量之间存在明显的正相关性(r=0.82～0.97,p0.05).该系统表现出高效的径流削减能力,当降雨量小于20 mm时,可以削减70%以上的径流量.与径流削减相比,该系统在污染物负荷控制方面更为有效.当降雨量在0～10 mm之间时,污染负荷的削减率几乎为100%;而当降雨在10～20 mm之间时,污染负荷的削减率仍然可以超过60%.相对总氮(TN)和总磷(TP)而言,下渗系统对悬浮物(SS)和化学需氧量(COD_(Cr))的去除能力要更高、更稳定.研究表明,径流下渗系统作为雨水管理的工具,在径流削减和改善水质方面具有良好的性能.