基于SWMM的巢湖市老城区合流制管道溢流污染的模拟研究

论文摘要

在我国许多城市特别是老城区,合流制管道雨季溢流已成为城市周边河流水体水质下降的主要原因之一。为了控制合流制管道雨季溢流给城市周边水体造成污染,本文以巢湖市老城区为研究区域,研究不同的截流倍数、降雨重现期和雨型对合流制管道溢流污染负荷的影响。首先,分析了国内外合流制管道溢流污染情况,比较了不同城市的合流制管道溢流污水、旱流污水及雨水径流的水质状况。通过对相关模型进行比较,选定了由美国环保署开发的暴雨管理模型(SWMM)作为研究工具。在通过勘查巢湖市老城区地形、管网走向、土地利用类型等特点的基础上,对排水小区和合流干管进行了概化。研究区域共概化为32个子汇水流域、32个管网节点、37段管段和5个溢流口。选定TSS、COD、TN、TP为模拟溢流污染因子,在借鉴国内外相关研究的模型参数并结合研究区域特点的基础上,建立了基于SWMM的研究区域合流制管道溢流污染模型。其次,利用暴雨强度公式对巢湖市在不同降雨重现期(P=0.25、P=0.5、P=1、P=2、P=3、P=5)和不同雨型(r=0.3、r=0.4、r=0.5)情况下的两小时降雨量进行设计,并采用芝加哥雨型对降雨进行时程分配。最后,对SWMM模拟结果进行了分析。1)动态溢流状况分析。在重现期P=1、雨峰相对位置r=0.4及截流倍数n0=1时,各溢流口在降雨发生后的35min左右发生溢流,溢流量峰值发生在降雨强度峰值出现后的10min左右。TSS和COD的溢流浓度和降雨强度有极大的正相关性;TN和TP的浓度峰值出现在降雨开始时,在降雨发生后的2h左右达最低值。2)截流倍数对合流制管道溢流的影响分析。当P=1、r=0.4但不同n0时,分析了溢流量和污染因子溢流负荷的变化。随着n0的增大,溢流口处溢流历时、峰值流量和溢流量逐渐减小,且减幅逐渐降低;TSS、COD、TN和TP溢流负荷累积量增加速度逐渐变缓。3)降雨重现期对合流制管道溢流的影响分析。当r=0.4、n0=1但不同P时,分析了溢流量和污染因子溢流负荷的变化。随着P的增大,溢流口处溢流历时、峰值流量和溢流量逐渐增大,且峰值流量的增幅逐渐降低; TSS、COD、TN和TP溢流负荷累积量不断增加且增幅逐渐变缓。4)雨峰相对位置对合流制管道溢流的影响分析。当P=1、n0=1但不同r时,分析了溢流量和污染因子溢流浓度的变化。随着r的增大,降雨强度峰值越靠后,溢流口处的流量峰值就越靠后,且流量越大。总体来说各污染因子溢流浓度峰值变化不大,具体来说雨峰位置越靠前,其溢流浓度峰值越小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 插表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 合流制管道溢流污染的国内外研究
• 1.2.1 合流制管道溢流概述
• 1.2.1.1 合流制管道溢流的概念和特点
• 1.2.1.2 合流制管道溢流的影响因素
• 1.2.1.3 合流制管道溢流对受纳水体的危害
• 1.2.2 合流制管道溢流的国内外研究
• 1.2.2.1 国外合流制管道溢流的研究现状
• 1.2.2.2 国内合流制管道溢流的研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 模型的选择
• 1.4.1 非点源污染负荷模型
• 1.4.2 模型的选择
• 1.5 技术路线
• 第二章 SWMM 模型系统研究
• 2.1 SWMM 模型概述
• 2.2 SWMM 模型模拟原理
• 2.2.1 地表径流模型
• 2.2.1.1 地表产流计算基本方程
• 2.2.1.2 地表汇流计算基本方程
• 2.2.2 地表污染物的累积与冲刷模型
• 2.2.2.1 地表污染物的累积模型
• 2.2.2.2 地表污染物的冲刷模型
• 2.2.2.3 街道清扫模型
• 2.2.3 传输模型
• 2.2.3.1 管道和节点控制方程
• 2.2.3.2 传输模型的水质计算方程
• 2.3 SWMM 模型在巢湖市老城区环城河以内区域的适用性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 SWMM 模型在研究区域的建立
• 3.1 研究区域简介
• 3.1.1 自然地理
• 3.1.2 气象水文
• 3.1.3 排水管网
• 3.2 SWMM 模型在研究区域的建立
• 3.2.1 研究区域合流排水系统概化
• 3.2.1.1 概化原则
• 3.2.1.2 汇水区域的概化结果
• 3.2.1.3 合流制排水管道概化结果
• 3.2.2 暴雨的设计
• 3.2.2.1 雨量的设计
• 3.2.2.2 雨型的设计
• 3.2.2.3 计算结果
• 3.2.3 径流系统模型的建立
• 3.2.3.1 地表产流模型
• 3.2.3.2 地表汇流模型
• 3.2.4 地表污染物累积和冲刷模型的建立
• 3.2.4.1 地表污染物累积模型的建立
• 3.2.4.2 地表污染物冲刷模型的建立
• 3.2.4.3 地表污染物清扫模型的建立
• 3.2.5 输送系统模型的建立
• 3.2.5.1 输送系统水动力模型
• 3.2.5.2 输送系统水质模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 SWMM 模型模拟溢流过程结果分析
• 4.1 动态溢流过程模拟结果分析
• 4.1.1 模拟条件
• 4.1.2 模拟结果分析
• 4.2 截流倍数对溢流污染的影响分析
• 4.2.1 模拟条件
• 4.2.2 模拟结果分析
• 4.3 重现期对溢流污染的影响分析
• 4.3.1 模拟条件
• 4.3.2 模拟结果分析
• 4.4 雨型对溢流污染的影响分析
• 4.4.1 模拟条件
• 4.4.2 模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议和不足
• 5.2.1 建议
• 5.2.2 不足
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果