哈尔滨城市融雪径流动态模拟下水环境的多维响应机制研究

Harbin, the northeast city of China, is abundance in ice and snow resources, but the urbanization development changed the hydrological process of snowmelt runoff and its pollution load, which makes the water environment of Songhua river is more and more serious. In this study, the urban storm management model (SWMM) is applied to construct Harbin snowmelt runoff model combined with the study on snowmelt runoff pollutants with different underlying surface in spatial distribution. Under different snowfall, land use change and temperature change condition, the snowmelt runoff, pollution load, the runoff rate and the confluence point change will be simulated and analyzed by Harbin SWMM. To construct urban snowmelt runoff – water environment response system, three dimensions of snowmelt runoff such as the space and time (runoff time) and quantity (the amount of runoff, the pollutant load) and water environment index (flood peak volume, flow, etc.), physical index (TSS, DO, pH), chemical index (COD, ammonia nitrogen, total nitrogen, total phosphorus, heavy metals)is applied.Through gradient analysis and parameter selection method to analyze the response mechanism of the response data. With 3 level standards as constraint conditions, Harbin snowmelt runoff and water environment between the threshold effect will be discussed. It will useful to provide the reference data for the urban land use planning, urban snow and snow melt water runoff management and comprehensive management of water environment.

我国东北城市哈尔滨冰雪资源丰富，但城市化发展改变了融雪径流水文过程及污染负荷，使其对松花江水环境的影响越来越严重。本研究应用城市雨水管理模型（SWMM）及其融雪模块，结合城市不同下垫面融雪径流中各污染物的空间分布规律，构建了哈尔滨城市融雪径流模型，在不同降雪量、土地利用变化及气温变化条件下，对哈尔滨市融雪径流量、污染负荷、产汇流速度和汇流点变化进行模拟分析。通过构建城市融雪径流在空间（汇流点）、时间（产汇流时间）及数量（径流量、污染负荷量）三个维度上与水环境水文指标（洪峰量、基流量等）、物理指标（TSS，DO，pH）、化学指标（COD、氨氮、总氮、总磷、重金属）的响应体系，通过梯度分析法和参数筛选法对响应数据进行响应机制分析。以水环境三类水体的规划标准为约束条件，探讨哈尔滨融雪径流与水环境间的阈值效应，为城市土地利用规划、城市积雪和雪融水径流管理和水环境的综合管理提供参考数据。

融雪径流是北方高纬度城市春季地表水体主要的污染来源之一，具有污染物累积时间长，产生时间集中的特点，因此研究融雪径流与城市受纳水体间的响应关系是对融雪径流引发的河流汛情，水质污染等问题进行科学的预判和源头上的控制的基础。本项目综合运用城市水文学、遥感与地理信息系统、环境科学及数值模拟等学科理论及技术方法，采用积雪期及融雪期采样、实验分析、城市暴雨径流模型及河流水动力及水质模型构建、模型参数本地化研究等手段，以哈尔滨市为研究区域，连续三年开展积雪及融雪径流的采样分析、获取了北方高纬度城市融雪径流中污染物的分布规律、完成了哈尔滨市下垫面划分和汇水区划分，构建了基于SWMM的哈尔滨市融雪径流水文、水质模型，并实现了整个春季融雪全过程、土地利用类型变化、增设LID条件等多情景模拟，构建了松花江哈尔滨段的EFDC水动力水质模型，并研究了融雪径流量变化下河流水质的多维响应机制。本项目共发表论文7篇，授权实用新型专利2项，研究所建立的模型为哈尔滨市城市径流面源管理提供了径流量与污染负荷量核算的基础数据，为松花江哈尔滨段出口断面水质目标的控制提供各子流域径流污染的约束条件，为松花江哈尔滨段水质保障提供管理方法及技术支撑。