随着社会经济的发展,城市的水体污染状况愈加严重,当工农业的点源污染被逐步控制之后,城市水环境质量并未得到显著的提高,这使得人们逐渐意识到非点源污染的危害性,而城市地表径流污染则是非点源污重要的组成部分,研究城市地表径流污染的迁移规律成为了亟待解决的问题。本文对天津地区十几场天然降雨进行了观测及雨滴谱采样,分析并得到天津地区天然降雨的能量特征,包括雨滴谱函数、雨滴终点速度和降雨动能。参照天然降雨的能量特征,自行设计了室内人工降雨模拟装置,通过大量的试验对该装置进行了性能测试,对该装置降雨特性进行了分析与总结,对比天然降雨和人工降雨的相同点和差异性。同时,利用针管式人工降雨装置,对模拟污染物氯化钠进行人工降雨冲刷实验,获取不同初始条件下污染物的冲刷迁移规律,并对不同下垫面所产生的初期冲刷效应进行分析,主要研究成果如下:1、天津地区的降雨类型可分为普通型降雨和阵雨型降雨,其雨滴大小分布满足Best分布公式,其雨滴谱函数如下所示:普通型降雨:阵雨型降雨:2、降雨雨强和雨滴中数直径和降雨动能有着紧密的联系,随着降雨雨强的增大,其雨滴中数直径和降雨动能均随之增加,其具体对应关系如下:3、本室内人工降雨模拟装置具有模拟天然降雨三大特征的功能,对该降雨装置进行测试分析,主要包括降雨强度与稳定性测试、降雨均匀性和雨滴终点速度。试验证明该室内人工模拟降雨装置的各项性能稳定、可靠,获取的降雨强度、降雨均匀性等降雨特性满足实验要求,可以得到了理想的降雨效果。4、雨强、坡度、降雨动能和污染物初始强度对污染物的冲刷迁移过程均存在一定的影响,其中,雨强和坡度对污染物的冲刷过程影响较大,主要是由于增大雨强和坡度可以迅速产流,并增加稳定径流量的水量。降雨动能和污染物初始强度对污染物的冲刷迁移过程相对有限。5、按照初期冲刷效应的有关定义,水泥、道路砖和透水砖三个下垫面均可发生初期冲刷效应。同一下垫面,随着雨强、坡度的增大,其MFFn值增加幅度较大;降雨动能和污染物初始强度虽可增大MFFn值的大小,但增长幅度较为有限,说明降雨动能和污染物初始强度虽可加快污染物的迁移速率,但是其影响力较弱。6、水泥、道路砖、透水砖和草地对污染物冲刷效率的大小顺序为水泥﹥道路砖﹥透水砖﹥草地,随着透水性能的增加,污染物冲刷效率的大小逐渐减弱,说明水泥和道路砖两个不透水下垫面对污染物的冲刷效率较高,更易在径流初期产生严重的初期冲刷效应。控制水泥、道路砖下垫面前10%的径流量可以控制90%以上的污染负荷,控制透水砖下垫面前20%的径流量可以控制80%的污染负荷,控制草地前30%的径流量仅能控制60%以上的污染负荷。因此可知,水泥和道路砖等不透水下垫面更适合采用截流措施来控制污染负荷。7、水泥和道路砖下垫面与冲刷模型的拟合度较高,而透水砖和草地与冲刷模型的拟合度相对较低,说明该指数模型更适合于不透水下垫面,不适用于透水下垫面,这主要是因为透水下垫面的条件更为复杂,污染物的冲刷过程更为繁琐。