[发明专利]一种基于降雨重现期的初期雨水量化识别方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于降雨重现期的初期雨水量化识别方法和系统，属于城市初期雨水污染控制技术领域。识别方法包括以下步骤：S1、判断是否产生径流；S2、识别汇水区下垫面特征；S3、降雨特征模拟；S4、特征污染物的冲刷特征模拟；S5、三维数学模型建立；S6、初期雨水截留量和截留时间的确定。识别系统包括：降雨过程监测与记录模块、数据提取与输入模块、模型构建模块、模型运行模块、结果输出模块。本发明解决了传统工程实践识别量化初期雨水，忽略了降雨特征、城市下垫面特征的时空差异性，导致初期雨水的量化过程存在误差的问题，具有减小处理成本、优化处理效果的优点。

技术领域

本发明涉及城市初期雨水污染控制技术领域，具体是涉及一种基于降雨重现期的初期雨水量化识别方法和系统。

背景技术

随着城市化进程的加快，导致不透水下垫面的比例逐年增加，城市水文循环过程也发生了显著变化，较小重现期的降雨过程仍能对下垫面产生初期冲刷过程。初期雨水由于其携带大量污染物污染收纳水体而受到广泛关注，在工程中常采用截留的方式对初期雨水进行集中处理。但目前对初期雨水的量化仍存在争议，目前工程中较多的利用固定单一的控制指标如降雨历时和降雨深度来确定初期雨水截留量，从而确定初期雨水的调蓄规模以及处理规模。这种粗略计算导致的结果是处理成本过大或是径流污染控制效果不佳。所以目前亟需一种较为准确的初期雨水量化方法来指导工程实践。

降雨初期对城市下垫面的冲刷过程携带了大量污染物进入受纳水体，成为水体水质恶化的主要影响因素之一。

传统工程实践中常采用无差别的、单一控制指标(降雨历时、降雨深度)来识别并量化初期雨水，忽略了气候变化、降雨特征、城市下垫面特征等的时空差异性，导致初期雨水的量化过程存在误差，偏大使处理成本增加，偏小使污染物截留效果不佳。针对这一问题，本发明结合气候变化，下垫面冲刷等规律建立了基于降雨重现期、污染物负荷削减率和初期雨水量的三维数学模型以及模型应用系统可较为准确的量化初期雨水。

发明内容

本发明的目的在于针对初期雨水量化不准确导致处理成本过大或是径流污染控制效果不佳的问题，提供了一种基于降雨重现期的初期雨水量化识别方法和系统。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于降雨重现期的初期雨水量化识别方法，包括以下步骤：

S1、判断是否产生径流：在降雨事件发生后，降雨过程监测与记录模块通过气象局降雨预测终端获取降雨过程数据，再通过径流曲线数法(SCS)定量地计算各个下垫面条件下的降雨径流量，以判断降雨事件是否产生径流，在降雨事件产生径流时，获取径流产生时刻T₀；

S2、识别汇水区下垫面特征：数据提取与输入模块通过地理信息系统(GIS)软件提取以汇水区为单位的下垫面特征数据；

S3、降雨特征模拟：降雨过程线构建子模块整理汇水区域降雨数据并分析其降雨规律，结合降雨强度公式和芝加哥雨型模拟软件拟合各个重现期下的降雨过程线；

S4、特征污染物的冲刷特征模拟：冲刷过程方程构建子模块利用暴雨洪水管理模型(SWMM)软件耦合下垫面特征和径流污染物冲刷动力学模型建立特征污染物的冲刷过程方程；

S5、三维数学模型建立：三维数学模型构建子模块建立基于降雨重现期、污染物负荷削减率和初期雨水量的三维数学模型；

S6、初期雨水截留量和截留时间的确定：模型运行模块通过将三维数学模型输入Matlab软件进行运算，并通过结果输出模块输出初期雨水的截留量和截留时间。

进一步地，初期雨水量化识别方法还包括以下步骤：

S7、降雨过程监测与记录模块将一个阶段存储的降雨数据集整理并输入模型参数优化模块，参数优化模块根据结果输出模块输出结果与降雨数据集进行比对后，对三维数学模型的参数进行率定和优化；