源头径流控制土壤渗透设施水量-水质耦合模型不确定性研究

Many problems existed in urban stormwater management and sponge city development in China. The researches on soil infiltration practice modeling, one of the typical runoff source control practices, is insufficient. The uncertainty assessment of water quantity and quality coupling model for urban runoff source control soil infiltration practices was proposed in this project. Based on the laboratory pilot experiment and field experiment for single facility and regional overall effect monitoring, mathematical model representation and coupling mechanism of water quantity and water quality model of soil infiltration practices was discussed. The water quantity and water quality coupling model of soil infiltration practices at different scales were established. Different uncertainty techniques in soil infiltration practices water quantity and quality modeling were compared. The input uncertainty, parameter uncertainty and structure uncertainty in water quantity and quality coupling model for soil infiltration practices was assessed, and the integrated uncertainty in the coupling model was quantified. The influence factors and the uncertainty propagation in the coupling model were analyzed. Based on the uncertainty analysis, the coupling model structure was improved, and the parameter identification method was proposed. Water quantity and quality coupling model of soil infiltration practices at a certain level of confidence will provide technical support for soil infiltration practices design and regional practice planning.

针对城市雨洪管理和推进海绵城市建设中存在问题，和源头径流控制土壤渗透设施模拟研究的不足，本项目提出研究源头径流控制土壤渗透设施水量-水质耦合模型不确定性。在实验室装置实验、现场单体设施监测、区域整体效果监测实验研究基础上，研究土壤渗透设施数学模型表征与水量水质模型耦合机制，建立不同尺度的源头径流控制土壤渗透设施模型。研究对比不同不确定性分析方法的效果和适用性。研究不同尺度土壤渗透设施耦合模型的输入不确定性、参数不确定性和结构不确定性，以及量化表征模型综合不确定性，研究影响不确定性分析的因素，以及不确定性在耦合模型中的传递机制。在不确定性分析基础上，进一步优化耦合模型，提出模型参数高效识别方法，构建某一置信水平的土壤渗透设施水量-水质耦合模型，为土壤渗透设施设计和区域规划提供技术支撑。

针对城市雨洪管理和推进海绵城市建设中存在问题，和源头径流控制土壤渗透设施模拟研究的不足，本项目在实验室装置实验、单体设施监测、区域整体效果监测实验研究基础上，构建了不同尺度应用条件下土壤渗透设施数学模型，评价了设施模型的不确定性。. 通过源头径流控制土壤渗透设施的系列实验研究，基本明晰了传统基质和改良基质的绿色屋顶径流调控和污染物淋失特征，探索了河道底泥用于绿色屋顶基质的可行性，研究了废弃物改良填料的绿色屋顶设施的污染物及水量控制效果，阐述了传统填料和改良填料生物滞留设施的污染物及水量控制机制，获得了源头径流控制土壤渗透设施数学模型构建和不确定性分析的重要支撑数据。. 研究探索了源头径流控制土壤渗透设施在不同尺度应用条件下的数学模型表征方式，阐述了不同建模方法模拟城市源头径流控制设施在径流控制效果方面的差异，建立源头径流控制土壤渗透设施单体设施和区域规划尺度模型，提出可推广的土壤渗透设施在不同尺度应用的模型构建方法，为进一步研究土壤渗透设施模型的结构不确定性提供了重要基础。. 结合不确定性分析方法的效果和适用性，通过不确定性分析方法比选，确定采用普适似然不确定性估计方法（GLUE）进行模型不确定性分析；结合设施实验研究，基于Hydrus构建了绿色屋顶和生物滞留设施数学模型，采用普适似然不确定性估计方法评价了单体设施模型的参数不确定性，实现土壤渗透设施模型不确定性的量化表征，阐明了NS、BIAS、RMSE、R等不同目标函数在其典型阈值条件下对模型不确定性分析的影响，以及不同可接受阈值对模型不确定性分析结果的影响。基于不确定性分析，优化不同应用尺度土壤渗透数学模型构建和模型参数识别方法，为源头径流控制土壤渗透设施水量和污染控制效果模拟评价和辅助规划提供技术支撑。