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信
息
原文题目：Modeling middle and final flush effects of urban runoff pollution in an urbanizing catchment
作者：Hua-peng Qin, Kang-mao He, Guangtao Fu
第一作者单位：Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen, China
期刊：Journal of Hydrology
时间：2016.3
导读
污染物冲刷是指降雨时地表和土壤中累积的污染物被雨水携带进入受纳水体中的过程。从前一般认为雨水携带的污染物量小，可以直排。但随着环境技术的发展和认知的加深，城区地表的污染物累积、冲刷问题逐渐得到关注。累积、冲刷由不同模型描述；冲刷模型主要探究被冲刷的污染物量随降雨径流量的变化，比较常用的是指数冲刷模型。
经观察，污染物浓度的峰值不一定与径流量的峰值重合，根据两个峰值的出现前后顺序可以分为初期冲刷、中期冲刷和后期冲刷（first, middle and final flush，图1）。
初期冲刷效应发生在污染物比较容易被冲刷的地方（如不透水表面），初期不太大的降雨量已经冲刷掉大部分污染物，雨峰到来时剩余污染物量小，因而浓度低（图1a）。与此相反，后期冲刷效应发生在含有大量透水表面的地方，由于透水表面产生径流较晚，透水表面贡献的污染物在降雨后期才出现，因而污染物浓度峰值晚于径流量峰值（图1c）。中期冲刷介于二者之间。
图1 初期、中期、后期冲刷效应示意图
常用的指数冲刷模型假设：单位面积某一时刻冲刷的污染物量和径流量的某次方、剩余污染物量成正比（式1）。由于剩余污染物量和任一时刻的冲刷量之间是积分、微分关系，解此方程即可得到污染物冲刷量随径流量的变化。此模型默认产生污染物冲刷的地表面积不变。C2是此式中的关键参数，C2=1时，污染物浓度峰值出现在最开始，C2逐渐变大时，污染物浓度峰值会逐渐从左侧逼近径流量峰值，而不会晚于径流量峰值。
式1
针对指数冲刷模型只能描述初期冲刷而不能描述中期或后期冲刷这一问题，本文开发了一个含五个参数的逻辑斯蒂冲刷模型，假设可被冲刷的污染物总量会随时间上升（式2）。经数学推导可以看出，新增的两个参数的意义分别为：降雨开始时刻可被冲刷的污染物占总量的1/(1+B1)，控制可被冲刷的污染物随时间增长快慢的因子为B2。
式2
深圳市区某河流的实例研究中发现，在选取的26场有完整观测记录的降雨中，初期、中期、后期冲刷的分别有7、16、3场，中期和后期冲刷占比可观。用这些观测数据率定逻辑斯谛冲刷模型，发现NS系数（衡量模型拟合好坏的常用指标）和指数冲刷模型相比有明显提高，且均大于0.6（图2），说明逻辑斯谛冲刷模型能够较好地模拟初期、中期和后期冲刷效应（图3）。
图2 指数模型与逻辑斯谛模型率定的表现
（NS越接近1越好）
图3 初期、中期、后期冲刷典型降雨下
两模型的拟合表现比较
作者对引起后期冲刷的问题本质把握到位，开发的新模型简洁、切中要害，因此在控制模型复杂度没有明显上升的前提下（只增加了两个参数），良好地模拟了实际情况。后续研究可以关注影响初期、中期或后期冲刷的关键因素，进而给出参数的先验推荐值，增强模型的实用性。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169416000561返回搜狐，查看更多