隨著(zhù)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，促使城市人口數量日益增加，其中城市道路、建筑等各種不透水的面積也持續增加，城市中不透水面積的增加，會(huì )導致降雨后地表的截流、入滲等，對城市的水文環(huán)境造成十分嚴重的影響，同時(shí)大部分的雨水還會(huì )以徑流的形式流入到地下河中，使城市中的自然水體受到嚴重的污染。其中城市雨水排放系統中包含多種不同的污染源，它們的 >

　　詳細分析城市降雨過(guò)程匯總地表徑流變化趨勢，確定降雨期城市徑流中產(chǎn)流污染特征并充分合理開(kāi)發(fā)以及利用城市水資源，對城市的發(fā)展，改善城市生態(tài)環(huán)境，實(shí)現城市經(jīng)濟的可持續發(fā)展具有十分重要的意義。針對傳統的水質(zhì)徑流污染控制模型存在的缺陷，提出并組建雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型，通過(guò)具體的仿真實(shí)驗數據，充分驗證了所提模型的綜合有效性。

　　一、　方法

　　1.1　雨水排放系統水質(zhì)徑流污染的模擬以及預測

　　在城市降雨的過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行雨水采集，同時(shí)計算雨水的徑流速度，并且將其進(jìn)行保存。

　　將城市中各個(gè)采樣點(diǎn)的不同降雨地表特征進(jìn)行詳細統計以及分析。在雨水排水系統中，由于各個(gè)采樣點(diǎn)降雨強度不同以及地表污染源不同，導致徑流水質(zhì)的污染濃度會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變化而變化，其中污染指標的相對穩定值具有十分重要的價(jià)值。

　　在降雨的過(guò)程中，會(huì )引發(fā)徑流，在徑流中會(huì )形成大量的污染物，以下具體給出雨水徑流排放量和污染物總量之間的關(guān)系，如公式(1)所示：

　　上式中，M代表降雨徑流所產(chǎn)生的某種污染物的總數，v代表降雨所引發(fā)的徑流總體積，Ct代表t時(shí)間段內的污染物總濃度，Qt代表t時(shí)間段內的徑流水量，T代表降雨總時(shí)長(cháng)。

　　通過(guò)相關(guān)的積分定義，對公式(1)進(jìn)行求解。由于所監測到的相關(guān)數據是間斷的，所以將理論方程進(jìn)行近似轉換，同時(shí)將徑流過(guò)程按照時(shí)間劃分為n個(gè)不同的小段，在各個(gè)段內分別選取一個(gè)徑流水樣，則能夠獲取以下的方程(2)：

　　上式中，Δt代表采樣時(shí)間間隔，Vt代表設定時(shí)間段內的徑流雨水量。

　　在徑流形成的初始階段，由于徑流中污染物濃度和雨水初期徑流量?jì)烧咧g不成比例，所以將上述整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為初期沖刷效應。由于不同的采樣點(diǎn)具有不同的初期沖刷效應，所以需要選取不同的控制方式對其進(jìn)行合理有效的控制。

　　其中徑流前期百分之五左右的徑流總量所形成的污染物所占含量為初期沖刷，在上述基礎上組建累積曲線(xiàn)，通過(guò)累積曲線(xiàn)判斷其是否發(fā)生初期沖刷效應，以下給出具體的計算式(3)：

　　上式中，C(T)代表t時(shí)間段內的污染負荷總量，T代表全部徑流的總時(shí)長(cháng)，C(t)代表在t時(shí)間段內雨水污染物濃度，Q(t)代表t時(shí)間段內徑流雨水流量。

　　在坐標系上詳細繪制累積負荷量和累積徑流量的變化趨勢，同時(shí)獲取兩者之間的關(guān)系曲線(xiàn)。如果初期累積曲線(xiàn)的斜率高于基準線(xiàn)時(shí)，則說(shuō)明該時(shí)間段內發(fā)生了沖刷效應，反之能夠通過(guò)相應的曲線(xiàn)計算污染物濃度。

　　在上述基礎上，選用雨水管理模型對所研究區域內的徑流產(chǎn)流以及徑流污染進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，具體如公式(4)所示：

　　1.2　雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型的組建

　　水質(zhì)現狀評價(jià)的主要目的是為了詳細了解各個(gè)區域內的水質(zhì)情況以及污染濃度。在進(jìn)行水質(zhì)模擬和水環(huán)境容量分析的過(guò)程中，針對不同污染物的特點(diǎn)，組建雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型，具體需要考慮以下幾方面：

　　(1)適應性，(2)易用性，(3)經(jīng)濟性。

　　模型的組建為區域污染總量控制提供一定的理論依據，提高其科學(xué)管理性。

　　以下給出詳細的流程圖見(jiàn)圖1。

　　其中模型的組建需要幾個(gè)具有特性的輸入數據，具體見(jiàn)表1。

　　將表1中的數據和化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程相結合，獲取唯一一組水質(zhì)方程。

　　以下給出具體的質(zhì)量守恒方程(5)：

　　上式中，C代表雨水排放系統水質(zhì)組分的濃度，Ux、Uy、Uz代表不同方向上的對流速度，Ex、Ey、Ez代表不同方向的擴散系數，SL代表點(diǎn)源以及面源，SB代表邊界負荷，Sk代表動(dòng)力轉換項。

　　以下給出溶解氧的動(dòng)力學(xué)方程(6)：

　　上式中，k2代表復氧系數。

　　以下具體給出氨氮的動(dòng)力學(xué)方程(7)：

　　浮游植物的氮動(dòng)力學(xué)方程如公式(8)所示：

　　有機氧的動(dòng)力學(xué)方程為(9)：

　　見(jiàn)表2給出部分有毒物質(zhì)的概況

　　在上述分析的基礎上，需要對不同的雨水排放系統水質(zhì)徑流進(jìn)行詳細分析，同時(shí)通過(guò)GIS以及水質(zhì)模型組建雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型(10)：

　　通過(guò)雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型去區域環(huán)境容量進(jìn)行計算，同時(shí)引入相關(guān)的參數進(jìn)行分配，給出相應的水質(zhì)徑流污染控制措施，具體如下所示(11)：

　　綜上，實(shí)現雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制。

　　二、　仿真實(shí)驗

　　為了驗證雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型的綜合有效性，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗，實(shí)驗環(huán)境為：2GB內存，2.93GHZ雙核CPU，WIN7旗艦版操作系統，Ja-val.6開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Eclipse3.6、MySQL5.5。

　　2.1　不同控制模型的響應時(shí)間對比結果

　　以下選用文獻[4]模型以及文獻[5]模型作為對比模型，分別對比各個(gè)模型在不同實(shí)驗次數下的響應時(shí)間，具體對比結果見(jiàn)表3。

　　分析表3可知，不同模型的響應時(shí)間隨著(zhù)實(shí)驗次數的變化而變化，其中所提控制模型的響應時(shí)間明顯低于其它兩種控制模型，充分驗證了所提模型的優(yōu)越性。

　　2.2　控制成本

　　以下詳細給出3種不同控制模型的控制成本，具體見(jiàn)圖2。

　　分析圖2可知，所設計控制模型的控制成本為最低，文獻[4]模型的控制成本為次之，文獻[5]模型的控制成本最高。對比相關(guān)實(shí)驗數據，充分驗證了所設計模型的綜合有效性。

　　2.3　運行效率(%)

　　其中運行效率是衡量雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型效果好壞的重要指標，以下分別給出3種控制模型的運行效率，見(jiàn)表4。

　　分析表4可知，不同控制模型的運行效率隨著(zhù)樣本數量的變化而變化。相比其它兩種控制模型，所設計控制模型的運行效率有較為明顯的優(yōu)勢。

　　分析上述實(shí)驗結果，能夠獲取以下的實(shí)驗結論：

　　(1)相比傳統控制模型，所設計控制模型的響應時(shí)間有了明顯下降。

　　(2)所設計控制模型的控制成本相比傳統控制模型有了較為明顯的下降。

　　(3)所設計控制模型的運行效率相比傳統的控制模型有了明顯的提升。

　　三、　結語(yǔ)

　　針對傳統的水質(zhì)徑流污染控制模型存在的響應時(shí)間較長(cháng)、控制成本較高、運行效率較低等問(wèn)題，設計并提出雨水排放系統水質(zhì)徑流污染控制模型。仿真實(shí)驗結果表明，相比傳統的控制模型，所設計模型能夠有效提高運行效率，降低響應時(shí)間，減少控制成本，獲取較為理想的控制效果。

　　未來(lái)階段將重點(diǎn)針對以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究：

　　(1)未來(lái)階段將進(jìn)一步組建區域水質(zhì)模型，假設具備足夠的水動(dòng)力學(xué)數據，需要選取相關(guān)數據進(jìn)行模擬分析，能夠獲取更加真實(shí)的模擬效果。

　　(2)現階段的研究范圍十分有限，未來(lái)階段將會(huì )進(jìn)一步擴大研究范圍，促使計算結果更加真實(shí)準確。( >

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