基于光感技术的径流雨水分质截留模式研究

发布时间：2020-05-20 20:53

【摘要】：目前,径流污染逐渐成为城市河湖的主要污染源,是雨洪管理工作的重点。传统基于“初期冲刷”理论的雨水截留模式没有直接和水质挂钩,因而不能准确拦截污染雨水、弃流清洁雨水。对此,本文提出了1种基于光感技术的径流雨水分质截留模式,建立了径流水质与透光性的关系,并以此为依据确定了光感模式的水质控制阈值。将该模式与传统的容积式截留模式进行比较,对实测降雨进行模拟截留,计算各模式的截留雨水量,并分别评价了其对径流污染的控制效果。在此基础上,完成了基于光感技术的截留井装置的设计制作与运行试验,并分析了装置的水质关联性和截污准确性。主要研究结果如下:(1)扬州市内3种下垫面产生的径流雨水均存在不同程度的污染,径流雨水中粒径小于150μm的细小颗粒物占比较大,大部分含磷污染物为颗粒态,大部分含氮污染物为溶解态,有机物污染物则两种形态各占一半。(2)选用650nm的半导体激光器作为光感检测器的光源。径流雨水SS、CODCr、TP和TN与透射光衰减率的Pearson相关系数分别为0.867、0.872、0.828和-0.655;SS、CODCr、TP和TN与透射光衰减率的回归方差R2分别为0.738、0.734、0.729和0.427;所有水质参数及透射光衰减率之间的Kendall协和系数为0.793,表明径流雨水水质与透光性有较高的一致性。使用透射光衰减率0.3(30%)作为径流雨水分质截留的依据,其对应的各指标阈值为:SS=25.00mg.L-1,CODcr=40.00mg·L-1,TP=0.25mg.L-1。(3)受多方面因素的影响,径流水质在各降雨过程中呈不同的变化趋势。对于雨峰偏后的单峰型降雨,初期径流雨水的水质较好,在产流一段时间后各污染物的浓度才开始上升,随后逐渐下降,出现了后期冲刷现象;对于雨峰偏前的降雨,产流前期的径流雨水中国污染物的浓度极高,并在20min内迅速下跌,直至产流过程结束,属于典型的初期冲刷事件;而对于连续降雨,下垫面较为清洁,径流雨水的污染物浓度在整个产流过程中始终处于较低水平,水质情况较好。(4)选用0.2236hm2的实际区域进行研究,对7场降雨进行流量-水质同步监测。以前5mm降雨的产流量作为传统模式的截留容积,以透射光衰减率0.3作为光感模式的截留阈值,对各降雨径流进行模拟截留。经分析,传统模式会拦截清洁雨水,弃流污染雨水;光感模式以径流透光性的强弱为依据调节截留水量,只拦截高污染雨水。在本文实测的降雨中,光感模式的最高截留容积为传统模式的3.75倍,最低为0m3,截留雨水SS平均浓度为传统模式的2.32、2.87和2.54倍,弃流雨水的平均污染物浓度在所有降雨中较低且稳定。可见,传统模式对径流水质水量变化的适应性较差,即便对于径流水质浓度前低后高的降雨过程,其仍采用相同的截留量,这是不妥的,而对于雨季的连续降雨或多峰雨、后峰雨,其是不适用的。相比之下,对于不同条件下的各类雨型,光感模式均是适用的。(5)设计了基于光感技术的分质截留井装置,制作完成了进出水管径为DN200的截留井装置样品,并对其进行了模拟截留运行。截留井装置检测的水流透射光衰减率与污染物SS、CODCr和TP浓度的相关系数达到了 0.936、0.916和0.928。翻板每次动作对应的透射光衰减率在0.289～0.310之间,为0.290±0.006,与设定的截留阈值0.3接近;触发翻板动作的水质SS、CODCr和TP的平均浓度分别为24.84mg.L-1、39.89mg.L-1和0.249mg.L-1,标准差分别为 0.66mg·L-1、1.82mg·L-1 和 O.011mg·L/1,变异系数为 2.65%、4.66%和 4.55%,与透射光衰减率截留阈值对应的污染物浓度25mg.L-1、40mg·L-1和0.25mg·L-1的相对误差分别为0.64%、0.28%和0.40%。上述结果表明,翻板动作与水流透射光衰减率、污染物浓度具有较高的响应性,透射光衰减率与水质的相关程度较高,基于光感技术的径流分质截留井装置能较准确地截留污染雨水,弃流清洁雨水。
【图文】：

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收集池与雨水花园相结合，将初期雨水进行单独收集后通入雨水花园进行处理回用，雨水逡逑利用率达５４．５５°／Ｊ３５＼厦门通过在地下建造雨水调蓄模块对初期雨水进行收集，在降低洪峰逡逑流量的同时为雨水利用创造条件（图１－２）逡逑图１－２雨水调蓄模块逡逑目前国内对雨洪管理的探索方兴未艾，各地的试点研究均取得了初步成效１３７］，但和国逡逑外的进展相比，仍存在以下不足：0缺少对于径流水质全面监测的数据和成熟的数学模型；逡逑２）专项行动的施行周期长、见效速度慢，，试点工程的普及范围较小，效果有限；３）尚未逡逑建立与径流污染控制相配套的治理模式及技术体系。逡逑１．２研究意义逡逑１．２．１径流污染负荷的复杂性逡逑作为非点源污染，径流雨水的水质变化复杂，影响因素繁多，使得径流污染量难以被逡逑定量计算与精准防治，治理难度较大。概括而言，影响径流雨水水质特征的因素主要包括逡逑污染源、降雨条件、输送过程和流域特征等［３Ｍ１］。逡逑（１）污染源逡逑研究指出，附着在地表上的污染物可被分为两类：一类为最外层的短期污染源，其极逡逑易被径流冲刷；另一类是处于地表粗糙缝隙内的长期污染源，其在雨水流经地表时不直接逡逑受到剪切力作用

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陈翊基于光感技术的径流雨水分质截留模式研究打开激光器进行预热，待其输出功率达一稳定值下读取透射光电信号强度，记为空腔值随样以相同的流速依次通入透光室，读取对应的透录当前的光源波长与环境温度。定义水样值相对水样透光性的评价指标，按下式计算：０＝＾１。逡逑尸空逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;TU992

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