本发明公开了一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法。包括以下步骤：(1)提取管线和汇水区基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；(2)在已经输入基础数据的SWMM模型中添加水质计算模块；(3)在添加水质计算模块模型的基础上，添加LID措施并设置各子汇水区LID措施面积；(4)在添加LID措施模型的基础上，新建LID下垫面，输入参数，更改相应下垫面比例；(5)在新建LID下垫面模型的基础上，更改不透水率，运行模型。本发明克服了现行计算方法未考虑LID净化作用导致的计算误差大，使SWMM模型计算所得LID污染物去除率更准确、更接近真实值，具有操作简单、切合实际、准确度较高的优点。
1.一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)提取管线和汇水区基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；根据现有管网资料、排水分区资料和地形资料，提取各管线的长度、管径、上下游标高参数，并将范围划分为多个子汇水区，计算各个子汇水区的面积、坡度、不透水百分比确定性参数；不确定性参数为透水区曼宁系数、不透水区曼宁系数、不透水区洼蓄水深度、透水区洼蓄水深度、不透水区无洼地不透水区所占百分比、最大下渗率、最小下渗率、渗透衰减系数、干燥时间，需根据实测结果反复调整不确定性参数，直至调整参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内；向气象部门索要的降雨数据和蒸发数据基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；
(2)在已经输入基础数据的SWMM模型中添加水质计算模块，作为LID添加前模型：添加污染物名称，并根据遥感影像图或地形图划分下垫面类型，下垫面类型被划分为道路、屋顶、绿地三种类型，提取各下垫面在各子汇水区中所占百分比；同时，根据实际监测数据反复调整污染物模拟参数，直至调整参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内，或采用同一地区或相近地区前人所调整后的参数，设置污染物模拟参数，污染物模拟参数中BMP去除率设置为0，不添加LID措施，作为LID措施添加前SWMM模型；
(3)在添加水质计算模块模型的基础上，添加LID措施并设置各子汇水区LID措施面积：
输入对应LID措施名称及表面层、土壤层、及蓄水层参数，并根据设计要求，输入各个子汇水区不同LID措施面积及参数；
(4)在添加LID措施模型的基础上，新建LID下垫面，输入参数，更改相应下垫面比例：新建LID下垫面，LID下垫面包括绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地分别用于改造屋顶、道路、绿地，且绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地除BMP去除率参数外，SWMM模型中的Interval、Availiability、Last Swept、Max.Buildup、Sat.Constant、Exponent、Coefficient参数分别与屋顶、道路、绿地下垫面参数相同，绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地的BMP去除率根据实际净化去除率设置；同时由于增加新的LID下垫面，需调整相应下垫面比例，假设某子汇水区未添加LID时下垫面划分及所占比例为道路30％、屋顶40％、绿地30％，将50％屋顶改造为绿色屋顶，调整后各下垫面所占比例为道路30％、屋顶20％、绿地30％、绿色屋顶20％；
(5)在新建LID下垫面模型的基础上，更改不透水率，运行模型：由于添加了LID措施，如由道路改造为透水铺装，子汇水区不透水率发生变化，需更改不透水率；且添加LID措施后，LID部分与非LID部分分开计算，不透水率需按下式计算；作为LID添加后模型，运行LID添加后模型和LID添加前模型，提取添加LID添加前后污染物总量，计算考虑LID净化作用的污染物去除率；
2.根据权利要求1所述的一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，其特征在于：步骤(2)中SWMM模型在计算污染物时，结合现实中污染物产生的实际情况，将子汇水区分为若干下垫面，常规分为道路、屋顶和绿地，并给出每个子汇水区各下垫面所占比例；针对每种下垫面将污染物计算分为人工清扫、污染物累积即污染物积累和污染物冲刷即降雨时地表径流冲刷污染物随径流流动三大过程。
3.根据权利要求1所述的一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，其特征在于：步骤(4)中通过新建LID下垫面并设置其BMP去除率来反应LID措施对污染物的去除效率，通过更改相应下垫面比例反应添加LID措施后的各下垫面占比，若无该步骤，则所得计算结果并未考虑LID净化作用，即并未考虑LID措施对污染物的净化作用，即未考虑LID措施流出的雨水污染物浓度的减小。
4.根据权利要求1所述的一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，其特征在于：步骤(5)中鉴于SWMM模型在添加LID模块后，LID部分与非LID部分分开计算，且添加LID后，不透水部分面积发生改变，需根据调整后的不透水率重新计算，以确保计算结果符合实际。
一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，属于市政工程、环境工程、海绵城市建设和计算机数值仿真模拟技术的交叉领域。
背景技术
[0002] 在现有的海绵城市建设中，常以年径流总量控制率作为径流总量控制目标，以年SS总量去除率作为径流污染控制目标。其中，年径流总量控制率计算主要有水力模型法和容积法，容积法计算较为粗略，计算结果误差较大；水力模型法计算较为精细，计算结果准确度高，故普遍采用SWMM(StormWaterManagement Model)模型法输入典型年降雨和当地土壤数据计算年径流总量控制率。
[0003] 同样，年SS总量去除率计算也分为水力模型法和公式法，《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》提到的公式法即“年SS总量去除率＝年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率”，但该公式默认年SS总量去除率小于年径流总量控制率，且公式法忽略了初期雨水冲刷效应，即雨水径流初期累积输送的污染物占该场次降雨输送污染物负荷总量的比例大于累积输送径流量占该场次降雨输送径流总量比例，而LID(Low Impact Development,低影响开发)措施主要用于应对初期雨水，如若考虑初期雨水冲刷效应，则年SS总量去除率可能大于年径流总量控制率，故公式法存在较大误差。SWMM模型法完全可以考虑初期雨水冲刷效应，但SWMM模型手册提到“although some LID practices can also provide significant pollutant reduction benefits，at this time SWMM only captures the reduction in runoff mass load resulting from the reduction in runoff flow volume”。即本来添加LID措施后，LID可从两个方面削减污染物，①LID促进雨水下渗或蓄存控制了部分雨水，径流量减少，而径流量中携带有污染物，径流量减少导致污染物减少；②LID措施对雨水水质有净化作用，如下沉绿地可使溢流雨水中SS浓度降低60％，浓度减小致使污染物总量减少，但SWMM模型仅考虑了第一条，即因径流量减少而造成的污染物减少，未考虑到第二条也就是LID措施对雨水水质净化作用造成的污染物减少。
[0004] 因此，确有必要提出一种基于SWMM模型的考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，以克服现阶段在利用SWMM模型计算LID污染物削减率时所存在的误差，使SWMM模型计算所得LID污染物去除率更准确、更切合实际、更接近真实值。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提出一种计算结果误差较小、更切合实际、更接近真实值的基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，以弥补现有方法误差较大、不准确的缺点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案。
[0007] 一种基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，包括以下步骤：
[0008] (1)提取管线和汇水区基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；根据现有管网资料、排水分区资料和地形资料，提取各管线的长度、管径、上下游标高等参数，并将研究范围划分为多个子汇水区，计算各个子汇水区的面积、坡度、不透水百分比等确定性参数，不确定性参数如透水区曼宁系数，不透水区曼宁系数等，需根据实测结果反复调整不确定性参数，直至调整不确定参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内，同一地区或相近地区如有前人已做相关调整研究，也可采用同一地区或相近地区前人所做研究成果，以及向气象部门索要的降雨数据和蒸发数据等基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；
[0009] (2)在已经输入基础数据的SWMM模型中添加水质计算模块，作为LID添加前模型：添加污染物名称，并根据遥感影像图或地形图划分下垫面类型，下垫面类型被划分为道路、屋顶、绿地三种类型，提取各下垫面在各子汇水区中所占百分比。同时，根据实际监测数据反复调整污染物模拟参数，直至调整参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内，或采用同一地区或相近地区前人所调整后的参数，设置污染物模拟参数，污染物模拟参数中BMP(Best Management Practices，最佳管理措施)去除率设置为0，不添加LID措施，作为LID措施添加前SWMM模型；
[0010] (3)在添加水质计算模块模型的基础上，添加LID措施并设置各子汇水区LID措施面积：根据《海绵城市建设技术指南--低影响开发雨水系统构建(试行)》，输入对应LID措施名称及表面层、土壤层、及蓄水层参数，并根据设计要求，输入各个子汇水区不同LID措施面积及参数；
[0011] (4)在添加LID措施模型的基础上，新建LID下垫面，输入参数，更改相应下垫面比例：新建LID下垫面，LID下垫面包括绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地等分别用于改造屋顶、道路、绿地，且绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地等下垫面的污染物模拟参数除BMP去除率外，SWMM模型中的Interval、Availiability、Last Swept、Max.Buildup、Sat.Constant、Exponent、Coefficient等参数分别与屋顶、道路、绿地下垫面参数相同，绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地的BMP去除率根据实际净化去除率设置。同时由于增加新的LID下垫面，需调整相应下垫面比例，假设某子汇水区未添加LID时下垫面划分及所占比例为道路30％、屋顶40％、绿地30％，将50％屋顶改造为绿色屋顶，调整后各下垫面所占比例为道路30％、屋顶
20％、绿地30％、绿色屋顶20％；
[0012] (5)在新建LID下垫面模型的基础上，更改不透水率，运行模型：由于添加了LID措施，如由道路改造为透水铺装，子汇水区不透水率发生变化，故需更改不透水率。且增加LID措施后，LID部分与非LID部分分开计算，不透水率需按下式计算。作为LID添加后模型，运行LID添加后模型和LID添加前模型，提取添加LID添加前后污染物总量，计算考虑LID净化作用的污染物去除率。
[0013]
[0014] 进一步地，上述步骤(2)中SWMM模型在计算污染物时，结合现实中污染物产生的实际情况，将子汇水区分为若干下垫面，常规分为道路、屋顶和绿地，并给出每个子汇水区各下垫面所占比例；针对每种下垫面将污染物计算分为人工清扫、污染物累积即污染物积累和污染物冲刷即降雨时地表径流冲刷污染物随径流流动三大过程。
[0015] 进一步地，若无上述步骤(4)，则所得计算结果并未考虑LID净化作用，即并未考虑LID措施对污染物的净化作用，即未考虑LID措施流出的雨水污染物浓度的减小，如绿色屋顶使SS污染物浓度降低75％。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0017] 现行基于SWMM模型的污染物去除率计算方法，仅考虑了LID措施削减径流量，而径流量中携带有污染物导致的污染物减少，并未考虑由于LID措施净化作用导致的流出LID措施的雨水污染物浓度减少导致的污染物减少。本发明基于SWMM模型考虑LID净化作用的污染物去除率计算方法，克服了现行计算方法未考虑LID净化作用导致的计算误差大，使SWMM模型计算所得LID污染物去除率更准确、更接近真实值。本发明具有易于操作、切合实际、准确度较高的优点。
附图说明
[0018] 附图1为本发明工作的流程示意图。
[0019] 图2为本发明的原理示意图。
具体实施方式
[0020] 下面结合具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0021] (1)提取管线和汇水区基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；根据现有管网资料、排水分区资料和地形资料，提取各管线的长度、管径、上下游标高等参数，并将研究范围划分为多个子汇水区，计算各个子汇水区的面积、坡度、不透水百分比等确定性参数，不确定性参数如透水区曼宁系数，不透水区曼宁系数等，需根据实测结果反复调整不确定性参数，直至调整不确定参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内，同一地区或相近地区如有前人已做相关调整研究，也可采用同一地区或相近地区前人所做研究成果，以及向气象部门索要的降雨数据和蒸发数据等基础数据，并将这些基础数据输入至SWMM模型；本实施例根据现有资料共划分为194个子汇水区、186个节点、185根管道，参考其它学者在同一地区所做研究，获取不确定性参数如下；
[0022] 表1子汇水区不确定性参数取值
[0023]参数名称 物理意义 取值
N-Imperv 不透水区曼宁系数 0.011
N-Perv 透水区曼宁系数 0.05
Destore-Imperv 不透水区洼蓄水深度/mm 1.27
Destore-Perv 透水区洼蓄水深度/mm 2.54
Zero-Imperv 不透水区无洼地不透水区所占百分比/％ 50
MaxRate 最大下渗率/(mm.h-1) 30～75
MinRate 最小下渗率/(mm.h-1) 1.2～18
Decay 渗透衰减系数 2～7
Drying time 干燥时间 7
[0024] (2)在已经输入基础数据的SWMM模型中添加水质计算模块，作为LID添加前模型：添加污染物名称，并根据遥感影像图或地形图划分下垫面类型，下垫面类型被划分为道路、屋顶、绿地三种类型，提取各下垫面在各子汇水区中所占百分比。同时，根据实际监测数据反复调整污染物模拟参数，直至调整参数后计算结果与实测结果在误差允许范围内，或采用同一地区或相近地区前人所调整后的参数，设置污染物模拟参数，污染物模拟参数中BMP(Best ManagementPractices，最佳管理措施)去除率设置为0，不添加LID措施，作为LID措施添加前SWMM模型；本实施例新建污染物为SS，根据地形图获取某子汇水区道路、屋顶、绿地占比，污染物参数取值如下：
[0025] 表2不同下垫面污染物模拟参数取值
[0026]
[0027]
[0028] (3)在添加水质计算模块模型的基础上，添加LID措施并设置各子汇水区LID措施面积：根据《海绵城市建设技术指南--低影响开发雨水系统构建(试行)》，输入对应LID措施名称及表面层、土壤层、及蓄水层参数，并根据设计要求，输入各个子汇水区不同LID措施面积及参数；
[0029] 表3不同LID措施设计参数
[0030]
[0031]
[0032] (4)在添加LID措施模型的基础上，新建LID下垫面，输入参数，更改相应下垫面比例：新建LID下垫面，LID下垫面包括绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地等分别用于改造屋顶、道路、绿地，且绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地等下垫面的污染物模拟参数除BMP去除率外，SWMM模型中的Interval、Availiability、Last Swept、Max.Buildup、Sat.Constant、Exponent、Coefficient等参数分别与屋顶、道路、绿地下垫面参数相同，绿色屋顶、透水铺装、下沉绿地的BMP去除率根据实际净化去除率设置。本实施例参考相关文献透水铺装、绿色屋顶、下沉绿地对SS净化去除率为85％、75％、60％，则透水铺装、绿色屋顶、下沉绿地的BMP去除率分别取85％、75％、60％，具体污染物模拟参数如表4所示。同时由于增加新的LID下垫面，需调整相应下垫面比例，假设某子汇水区未添加LID时下垫面划分及所占比例为道路30％、屋顶40％、绿地30％，将50％屋顶改造为绿色屋顶，调整后各下垫面所占比例为道路30％、屋顶20％、绿地30％、绿色屋顶20％(具体见附图2)；
[0033] 表4不同LID措施对应下垫面污染物模拟参数
[0034]
[0035] (5)在新建LID下垫面模型的基础上，更改不透水率，运行模型：由于添加了LID措施，如由道路改造为透水铺装，子汇水区不透水率发生变化，故需更改不透水率。且增加LID措施后，LID部分与非LID部分分开计算，不透水率需按下式计算。作为LID添加后模型，运行LID添加后模型和LID添加前模型，提取添加LID添加前后污染物总量，计算考虑LID净化作用的污染物去除率。
[0036]
[0037] 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
