城市雨水径流污染特征及排水系统模拟优化研究

【摘要】近年来,随着城市化进程的不断加快和城市人口的不断增加,城市大气和屋面、路面等下垫面遭受到日益严重的污染。雨天在城市地表中累积的大量污染物被雨水径流冲刷和裹挟到城市受纳水体中,造成了严重的污染和破坏。雨水径流污染已经成为城市水环境污染的主要原因之一。因此,为了更好的保护城市水体,非常有必要开展城市雨水径流污染特征及排水系统模拟优化研究。本研究首先针对我国南方典型临海盆地型平原城市福州市,研究了其雨水径流的瞬时浓度和事件平均浓度(EMC)的分布变化、污染物之间相关性和径流的初期效应等污染特征。结果表明在14场代表降雨中,旧城区不同居民区地表径流COD、NH3-N、TP和SS的EMC均值分别在95.5～194、2.57～3.33、0.75～1.39和149～240mg/L之间,而新城区的相应指标则在74.1～84.0、1.62～1.84、0.34～0.37和117～128mg/L之间,旧城区雨水径流的污染水平明显高于新城区。14场降雨中,SS与COD之间的线性关系最好,均呈现出显著的相关性。此外,福州市居民区、商业区和办公区地表和雨水排放口径流均存在一定的初期效应,虽然并不是特别显著。其次,本研究评估了降雨基本参数及雨型、城市下垫面、城市功能区和排水体制对雨水径流污染的影响。降雨基本参数中,前期晴天数的影响程度超过降雨量、降雨历时和最大降雨强度,而雨水径流中污染物的瞬时浓度变化与降雨雨型具有明显的相关性。与此同时,旧城区居民区不同下垫面径流中COD、SS、NH3-N和TP等四类污染物呈现出相同的大小规律：直接湿沉降<屋面径流<地面径流<雨水排放口；而新城区居民区则表现出直接湿沉降<屋面径流<小区地面径流≈道路路面径流≈雨水排放口的变化规律。不同功能区地表径流中的四类污染物浓度,呈现出居民区>商业区>办公区的规律；而不同排水体制的雨水排放口径流则存在截流式合流制>直排式合流制>分流制的状况。再次,本研究建立了分流制雨水管道溢流污染物来源的区分计算方法,以金山碧水一期为例进行分析,结果表明地表径流是分流制小规模居民区中雨水管道径流污染的主要贡献者,尤其是小区内部道路径流占据了最大的贡献比例。例如,小区内部道路径流向雨水排放口径流中分别贡献了52.4±7.5%的COD,50.6±11.0%的SCOD,50.5±11.8%的DOC和49.8±8.7%TP。此外,混接污水和管道沉积物在雨水管道雨天溢流污染中也扮演了重要角色。然后,本研究建立了按照流域进行雨水径流污染总量计算公式。经计算,镇江市全年雨水径流污染总量为TSS25396吨,NH3-N175.0吨,TP40.3吨,COD5718吨,BOD52064吨,TOC591.6吨,给城市的河网水系带来了严重的污染负荷。对于不同污染控制措施的效果比较,合流制改分流制达到的污染物减排效果最好,但是成本最高,工程量最大；建设雨水调蓄池相对而言减排效果最差,但是工期短、见效快,而且成本最低；增设截流管道减排效果中等,但工程量大,性价比和可行性较低。此外,本研究还提出了“截流式综合排水体制”的概念,该体制包括内部排水管网体系、沿受纳水体两岸铺设的截流干管系统和污水处理系统三个有机组成部分。综合分析表明该排水体制对于福州市和南平市均有较强的适用性,可以根据城市的具体情况,在目标约束前提下进行排水系统的优化组合。在此基础上,本文针对福州某一排水片区建立InfoworksICM排水管网模型,模拟了排水管网受到不同重现期、降雨历时和降雨类型的暴雨下地面的积水状态和管网的超负荷状态。在此基础上找出了管网的限制性管道并对其进行了针对性的模拟和优化,模拟表明可以通过增大局部管道管径的方式综合提高整个排水管网的排水能力乃至其能承受的暴雨重现期。
【作者】汉京超；
【导师】刘燕；
【作者基本信息】复旦大学，环境科学，2013，博士
【关键词】雨水径流污染；影响因素；初期效应；污染负荷总量；截流式综合排水体制；InfoworksICM模型；

【参考文献】
[1]吴晓健.空间机械臂在轨操作中的接触/碰撞动力学建模与仿真研究[D].南京航空航天大学,飞行器设计,2013,硕士.
[2]栾卉.全媒体环境下三线城市都市报发展策略研究[D].渤海大学,新闻学,2013,硕士.
[3]沈欣.地方政府对民营企业科技投入影响因素研究[D].华侨大学,公共管理,2014,硕士.
[4]赵新天.哈尔滨太平国际机场视频监控研究[D].黑龙江大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[5]刘洪哲.辽宁省农村信息化发展问题研究[D].吉林大学,农业推广,2012,硕士.
[6]贯力.基于贝叶斯网络的室内环境监控数据融合方法研究[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[7]刘广源.基于IMCR合成环戊烯衍生物的研究及新型二肽吡嗪甲酰-L-苯丙氨酰-L-亮氨腈的合成[D].青岛科技大学,物理化学,2012,硕士.
[8]伏玉笋,田作华,施颂椒.非线性H_∞可靠控制器的参数化[J].控制与决策,2002,02:191-193+198.
[9]陈立宏,陈祖煜,刘金梅.土体抗剪强度指标的概率分布类型研究[J].岩土力学,2005,01:37-40+45.
[10]邓自立.ARMA信号的自校正去卷平滑器[J].自动化学报,1989,06:523-530.
[11]王晓璐.五藤痛风饮对急性痛风性关节炎模型大鼠SUA、IL-8、TNF-α的影响[D].黑龙江中医药大学,方剂学,2013,硕士.
[12]张凌翔.汉堡高架铁道股份公司组织机构[J].城市轨道交通研究.2001(04)
[13]成玮.我国食品安全事故的政府应急管理研究[D].青岛大学,行政管理,2013,硕士.
[14]张小勇.腐蚀海底管道极限承载力和失效机理研究[D].浙江大学,结构工程,2013,硕士.
[15]于永翠.EGSB-A/O组合工艺处理淀粉制糖生产废水的工程优化[D].齐鲁工业大学,轻工技术与工程,2014,硕士.
[16]曾富强.反补贴争端中的补贴利益传递问题研究[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[17]朱李莉,卢冰原,彭扬.基于RoughSet的网络媒体受众分析模型的研究[J].现代情报,2005,07:10-12.
[18]张勇.上市公司利润操纵研究[D].武汉理工大学,会计学,2003,硕士.
[19]李经振.数据挖掘:统计学的分支?[J].江苏统计,2002,09:7-8.
[20]刘洋.贝叶斯网络在民航飞行安全评价中的应用[D].南京航空航天大学,安全科学与工程,2012,硕士.
[21]周成飞.聚合物功能化石墨烯的合成及应用研究进展(一)[J].合成技术及应用,2014,01:25-28.
[22]吴潇.网络经济发展给传统零售业带来的危机与启示[J].太原城市职业技术学院学报,2015,01:157-158.
[23]房德刚.我国国有企业功能与经营边界研究[D].首都经济贸易大学,财政学,2014,硕士.
[24]王智堂.穿芯式电流互感器的容量匹配与正确选型[J].冶金自动化,2006,03:68-69.
[25]阎相宾,韩振华,李永宏.塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层特征几点新认识[J].海相油气地质.2001(04)
[26]王羽.共振光散射技术在生物大分子的痕量测定中的应用研究[D].长春师范大学,分析化学,2013,硕士.
[27]邹倩.Notch3对心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞转化抑制作用的研究[D].第四军医大学,内科学,2014,硕士.
[28]魏晨光,王立言.浅谈信令网路由的规划与管理[J].中兴新通讯.1997(01)
[29]吴林海,秦毅,徐玲玲.企业投资食品可追溯体系的决策意愿与影响因素研究[J].中国人口.资源与环境,2013,06:129-137.
[30]张守明.海关公务员职业生涯管理现状及对策研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[31]刘岩.美国科技创新体系对我国创新型国家建设的启示[D].渤海大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[32]陆艳艳.水稻品种对灰飞虱发生量及不同地区灰飞虱种群传毒能力的影响[D].扬州大学,农业昆虫与害虫防治,2011,硕士.
[33]周帅.基于图像处理技术的织物疵点检测与识别技术研究[D].青岛大学,机械电子工程,2013,硕士.
[34]华亮.多功能移动机器人运动机构及控制系统的研究与实现[D].浙江工业大学,2007.
[35]郑娜.4-羟基异亮氨酸抑制TNF-α表达改善胰岛素抵抗[D].华中科技大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[36]本刊综合.“世界上最轻材料”——全碳气凝胶[J].晚霞,2013,10:42.
[37]张悦.论课堂阅读教学的“目标教学”[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[38]郝伟.明朝惩贪法律机制的现实意义[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[39]张磊.MEMS器件的加工方法及工艺特性研究[D].沈阳理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[40]韩江霞.医疗费用支付影响因素差异性研究[D].吉林大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[41]李宇飞.基于ARM的智能视频监控系统的研究与设计[D].西安建筑科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[42]姜曦,魏寿昆.当代中国钢铁工业的技术嬗变——1949～1965年冶金工业与社会的思考[J].北京科技大学学报(社会科学版),2014,04:1-9.
[43]丁宏岩.透明质酸在脑出血后水肿和组织损伤中的作用[D].复旦大学,神经病学,2012,博士.
[44]杜漫霖.炮检距均匀性与叠前时间偏移响应的关系研究[D].中国地质大学（北京）,地球探测与信息技术,2014,硕士.
[45]李少波.微流体化学在化学工艺研发中的应用[D].吉林大学,制药工程,2014,硕士.
[46]吕永亮.层柱状玄武岩爆破数值模拟的研究[D].吉林大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[47]于春海,樊治平,姜艳萍.一种基于语言评价信息的多指标群聚类方法[J].控制与决策,2005,05:533-536+540.
[48]张赢予.普洱茶叶包装的视觉元素设计[D].吉林大学,平面设计,2014,硕士.
[49]王伟,曲志及.北京地铁5号线车辆制动设备模块化设计[J].城市轨道交通研究.2008(05)
[50]祝蕾.碳点的合成、表征、功能化及其在荧光免疫分析中的应用[D].辽宁师范大学,2014.