雨水排放系统水质径流污染控制

雨水排放系统水质径流污染控制
随着经济的迅猛发展，促使城市人口数量日益增加，其中城市道路、建筑等各种不透水的面积也持续增加，城市中不透水面积的增加，会导致降雨后地表的截流、入渗等，对城市的水文环境造成十分严重的影响，同时大部分的雨水还会以径流的形式流入到地下河中，使城市中的自然水体受到严重的污染。

其中城市雨水排放系统中包含多种不同的污染源，它们的来源范围十分广，同时包含多种不同的类型。

详细分析城市降雨过程汇总地表径流变化趋势，确定降雨期城市径流中产流污染特征并充分合理开发以及利用城市水资源，对城市的发展，改善城市生态环境，实现城市经济的可持续发展具有十分重要的意义。

针对传统的水质径流污染控制模型存在的缺陷，提出并组建雨水排放系统水质径流污染控制模型，通过具体的仿真实验数据，充分验证了所提模型的综合有效性。

一、方法
1.1雨水排放系统水质径流污染的模拟以及预测
在城市降雨的过程中，需要实时进行雨水采集，同时计算雨水的径流速度，并且将其进行保存。

将城市中各个采样点的不同降雨地表特征进行详细统计以及分析。

在雨水排水系统中，由于各个采样点降雨强度不同以及地表污染源不同，导致径流水质的污染浓度会随着时间的变化而变化，其中污染指标的相对稳定值具有十分重要的价值。

在降雨的过程中，会引发径流，在径流中会形成大量的污染物，以下具体给出雨水径流排放量和污染物总量之间的关系，如公式(1)所示：
上式中，M代表降雨径流所产生的某种污染物的总数，v代表降雨所引发的径流总体积，Ct代表t时间段内的污染物总浓度，Qt代表t时间段内的径流水量，T代表降雨总时长。

通过相关的积分定义，对公式(1)进行求解。

由于所监测到的相关数据是间断的，所以将理论方程进行近似转换，同时将径流过程按照时间划分为n个不同的小段，在各个段内分别选取一个径流水样，则能够获取以下的方程(2)：
上式中，Δt代表采样时间间隔，Vt代表设定时间段内的径流雨水量。

在径流形成的初始阶段，由于径流中污染物浓度和雨水初期径流量两者之间不成比例，
所以将上述整个过程称为初期冲刷效应。

由于不同的采样点具有不同的初期冲刷效应，所以需要选取不同的控制方式对其进行合理有效的控制。

其中径流前期百分之五左右的径流总量所形成的污染物所占含量为初期冲刷，在上述基础上组建累积曲线，通过累积曲线判断其是否发生初期冲刷效应，以下给出具体的计算式(3)：
上式中，C(T)代表t时间段内的污染负荷总量，T代表全部径流的总时长，C(t)代表在t 时间段内雨水污染物浓度，Q(t)代表t时间段内径流雨水流量。

在坐标系上详细绘制累积负荷量和累积径流量的变化趋势，同时获取两者之间的关系曲线。

如果初期累积曲线的斜率高于基准线时，则说明该时间段内发生了冲刷效应，反之能够通过相应的曲线计算污染物浓度。

在上述基础上，选用雨水管理模型对所研究区域内的径流产流以及径流污染进行动态模拟，具体如公式(4)所示：
1.2雨水排放系统水质径流污染控制模型的组建
水质现状评价的主要目的是为了详细了解各个区域内的水质情况以及污染浓度。

在进行水质模拟和水环境容量分析的过程中，针对不同污染物的特点，组建雨水排放系统水质径流污染控制模型，具体需要考虑以下几方面：
(1)适应性，(2)易用性，(3)经济性。

模型的组建为区域污染总量控制提供一定的理论依据，提高其科学管理性。

以下给出详细的流程图见图1。

其中模型的组建需要几个具有特性的输入数据，具体见表1。

将表1中的数据和化学动力学方程相结合，获取唯一一组水质方程。

以下给出具体的质量守恒方程(5)：
上式中，C代表雨水排放系统水质组分的浓度，Ux、Uy、Uz代表不同方向上的对流速度，Ex、Ey、Ez代表不同方向的扩散系数，SL代表点源以及面源，SB代表边界负荷，Sk 代表动力转换项。

以下给出溶解氧的动力学方程(6)：
上式中，k2代表复氧系数。

以下具体给出氨氮的动力学方程(7)：
浮游植物的氮动力学方程如公式(8)所示：
有机氧的动力学方程为(9)：
见表2给出部分有毒物质的概况
在上述分析的基础上，需要对不同的雨水排放系统水质径流进行详细分析，同时通过GIS以及水质模型组建雨水排放系统水质径流污染控制模型(10)：
通过雨水排放系统水质径流污染控制模型去区域环境容量进行计算，同时引入相关的参数进行分配，给出相应的水质径流污染控制措施，具体如下所示(11)：
综上，实现雨水排放系统水质径流污染控制。

二、仿真实验
为了验证雨水排放系统水质径流污染控制模型的综合有效性，需要进行仿真实验，实验环境为：2GB内存，2.93GHZ双核CPU，WIN7旗舰版操作系统，Ja-val.6开发语言，Eclipse3.6、MySQL5.5。

2.1不同控制模型的响应时间对比结果
以下选用文献[4]模型以及文献[5]模型作为对比模型，分别对比各个模型在不同实验次数下的响应时间，具体对比结果见表3。

分析表3可知，不同模型的响应时间随着实验次数的变化而变化，其中所提控制模型的
响应时间明显低于其它两种控制模型，充分验证了所提模型的优越性。

2.2控制成本
以下详细给出3种不同控制模型的控制成本，具体见图2。

分析图2可知，所设计控制模型的控制成本为最低，文献[4]模型的控制成本为次之，文献[5]模型的控制成本最高。

对比相关实验数据，充分验证了所设计模型的综合有效性。

2.3运行效率(%)
其中运行效率是衡量雨水排放系统水质径流污染控制模型效果好坏的重要指标，以下分别给出3种控制模型的运行效率，见表4。

分析表4可知，不同控制模型的运行效率随着样本数量的变化而变化。

相比其它两种控制模型，所设计控制模型的运行效率有较为明显的优势。

分析上述实验结果，能够获取以下的实验结论：
(1)相比传统控制模型，所设计控制模型的响应时间有了明显下降。

(2)所设计控制模型的控制成本相比传统控制模型有了较为明显的下降。

(3)所设计控制模型的运行效率相比传统的控制模型有了明显的提升。

三、结语
针对传统的水质径流污染控制模型存在的响应时间较长、控制成本较高、运行效率较低等问题，设计并提出雨水排放系统水质径流污染控制模型。

仿真实验结果表明，相比传统的控制模型，所设计模型能够有效提高运行效率，降低响应时间，减少控制成本，获取较为理想的控制效果。

未来阶段将重点针对以下几个方面展开研究：
(1)未来阶段将进一步组建区域水质模型，假设具备足够的水动力学数据，需要选取相关数据进行模拟分析，能够获取更加真实的模拟效果。

(2)现阶段的研究范围十分有限，未来阶段将会进一步扩大研究范围，促使计算结果更加真实准确。

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