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关键词：
局部灵敏度分析,摩尔斯分类筛选法,SWMM模型,水质参数,降雨径流污染
发表时间：
2013-02-05 17:24:52
城市降雨径流污染模拟的水质参数局部灵敏度分析
汪妙彤 | -> | 1043| 0| 0.783703MB |局部灵敏度分析,摩尔斯分类筛选法,SWMM模型,水质参数,降雨径流污染
摘要: 在城市降雨径流污染模拟研究中, 参数灵敏度分析是进行模型率定和验证的必要研究环节, 同时也是理解非点源污染产生和变化过程及进行城市降雨径流污染管理的重要参考. 运用修正的摩尔斯分类筛选法(M orris screen ing m ethod )对暴雨管理模型( S torm W aterM anagem entM ode,l 简称SWMM )的水质参数进行局部灵敏度分析. 研究结果显示, 占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数灵敏度较高; 在强降雨过程中, 降雨中污染物浓度的灵敏度较高. 研究表明, 对占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数进行仔细识别, 对于非点源污染模型的验证具有重要意义; 强降雨时雨水本底浓度的测量误差会影响降雨径流污染模拟的准确度.
随着以城市生活污水和工业废水为代表的点源污染得到有效的控制, 城市降雨径流引起的非点
源污染对城市生态环境的威胁越来越突出; 它不仅污染地表水体, 破坏城市生态环境, 而且可通过下
渗影响地下水水质. 利用数学模型模拟城市非点源污染的产生和输移规律是研究污染来源和扩散方
式的有效手段(李怀恩等, 1996; 宫莹等, 2003 ). 20世纪80年代初期国外的研究者就已经在此方面进
行了研究和开发, 并建立了大量的统计模型、机理模型及管理和规划模型, 如著名的暴雨管理模型
( Storm W aterM anagem entM ode,l 简称SWMM )、集水区管理支持系统( CMSS) ( Dav is et al. , 1998)、储存处理和漫流模型( Storage Treatment Overflow Runo ffMode,l 简称STORM )、化学污染物径流负荷与流失模型( Chem icals, Runof,f and E rosion for Agricu lturalManagement System s, 简称CREAMS)、非点源污染环境影响评价模型( A rea lNon-po int SourceW atershed Env ironmenta l Simulat ion, 简称ANSWERS)等. 其中, SWMM 模型由于模拟计算功能强、适用性广等优点, 在世界各地被广泛应用于城市降雨径流导致的水量和水质问题的评估和管理( Burian et al. , 2001; V aleo et al. , 2004; Chenet al, 2005). 在使用模型模拟降雨径流污染时, 分析
参数灵敏度可以提高模型构建过程中参数识别和模型验证的效率.
参数灵敏度分析的作用是定性或定量的评价模型输入误差对模型输出结果的影响( Crosetto
et al. , 2001). 灵敏度分析主要分为局部灵敏度分析和全局灵敏度分析. 其中, 局部灵敏度分析检验单个参数的变化对模型结果的影响程度, 在模型分析过程中进行参数局部灵敏度分析具有以下意义.
¹ 筛选对模型输出结果影响大、需要准确识别的参数, 对于这些参数, 在模型分析过程中需要集中精
力尽可能的提高参数的准确度; 而对于那些对模型结果影响不大的不灵敏参数, 只需选取其经验值.
这会在很大程度上减少模型参数率定和验证的工作量(徐崇刚等, 2004). º 加深对模型的理解. 不同
参数的变化对模型的影响程度和方式都不同, 有的参数对输出曲线形状影响比较大, 有的对总量影响
比较大, 有的对峰值影响比较大, 全面掌握参数对模型的影响程度和方式有助于在不同的模型使用
条件下选择相应的敏感参数进行重点识别. » 加深对所模拟系统行为的理解. 通过灵敏度分析可以发
现所模拟系统对哪些参数变化敏感, 从而可以确定各模拟因子对所模拟系统的影响程度. Zaghlou l
( 1983) 、Sch illing ( 1994)、D rechsler( 1998 )、黄金良和杜鹏飞( 2007)等都曾对城市降雨径流模拟的参数灵敏度进行研究. 但是, 目前的研究大部分还仅限于对降雨径流模拟水文/水力参数的灵敏度分析, 且模型输出变量多为水量模拟结果, 对于水质参数的局部灵敏度分析研究还较少. 本研究中以径流污染模拟为目的, 对SWMM 模型水质参数的局部灵敏度进行分析, 包括研究区主要土地利用类型的累积参数、冲刷参数、降雨本底浓度和街道清扫去除效率等参数.
源污染对城市生态环境的威胁越来越突出; 它不仅污染地表水体, 破坏城市生态环境, 而且可通过下
渗影响地下水水质. 利用数学模型模拟城市非点源污染的产生和输移规律是研究污染来源和扩散方
式的有效手段(李怀恩等, 1996; 宫莹等, 2003 ). 20世纪80年代初期国外的研究者就已经在此方面进
行了研究和开发, 并建立了大量的统计模型、机理模型及管理和规划模型, 如著名的暴雨管理模型
( Storm W aterM anagem entM ode,l 简称SWMM )、集水区管理支持系统( CMSS) ( Dav is et al. , 1998)、储存处理和漫流模型( Storage Treatment Overflow Runo ffMode,l 简称STORM )、化学污染物径流负荷与流失模型( Chem icals, Runof,f and E rosion for Agricu lturalManagement System s, 简称CREAMS)、非点源污染环境影响评价模型( A rea lNon-po int SourceW atershed Env ironmenta l Simulat ion, 简称ANSWERS)等. 其中, SWMM 模型由于模拟计算功能强、适用性广等优点, 在世界各地被广泛应用于城市降雨径流导致的水量和水质问题的评估和管理( Burian et al. , 2001; V aleo et al. , 2004; Chenet al, 2005). 在使用模型模拟降雨径流污染时, 分析
参数灵敏度可以提高模型构建过程中参数识别和模型验证的效率.
参数灵敏度分析的作用是定性或定量的评价模型输入误差对模型输出结果的影响( Crosetto
et al. , 2001). 灵敏度分析主要分为局部灵敏度分析和全局灵敏度分析. 其中, 局部灵敏度分析检验单个参数的变化对模型结果的影响程度, 在模型分析过程中进行参数局部灵敏度分析具有以下意义.
¹ 筛选对模型输出结果影响大、需要准确识别的参数, 对于这些参数, 在模型分析过程中需要集中精
力尽可能的提高参数的准确度; 而对于那些对模型结果影响不大的不灵敏参数, 只需选取其经验值.
这会在很大程度上减少模型参数率定和验证的工作量(徐崇刚等, 2004). º 加深对模型的理解. 不同
参数的变化对模型的影响程度和方式都不同, 有的参数对输出曲线形状影响比较大, 有的对总量影响
比较大, 有的对峰值影响比较大, 全面掌握参数对模型的影响程度和方式有助于在不同的模型使用
条件下选择相应的敏感参数进行重点识别. » 加深对所模拟系统行为的理解. 通过灵敏度分析可以发
现所模拟系统对哪些参数变化敏感, 从而可以确定各模拟因子对所模拟系统的影响程度. Zaghlou l
( 1983) 、Sch illing ( 1994)、D rechsler( 1998 )、黄金良和杜鹏飞( 2007)等都曾对城市降雨径流模拟的参数灵敏度进行研究. 但是, 目前的研究大部分还仅限于对降雨径流模拟水文/水力参数的灵敏度分析, 且模型输出变量多为水量模拟结果, 对于水质参数的局部灵敏度分析研究还较少. 本研究中以径流污染模拟为目的, 对SWMM 模型水质参数的局部灵敏度进行分析, 包括研究区主要土地利用类型的累积参数、冲刷参数、降雨本底浓度和街道清扫去除效率等参数.
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