本发明专利技术涉及GIS技术支持下的小流域环境容量计算方法，避免因不考虑非点源的影响或各控制单元非点源入河量的差异造成容量计算结果不精确的问题，方法是，确定控制单元的水域范围；利用ArcGIS软件中的水文分析模块及GPS定位校正的实际河流数据相结合的方法，确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆响应的控制单元；评价水质状况；利用污染源统计数据，结合污染源实际调研结果，按控制单元统计点源及非点源污染物入河量；根据水量平衡反推其上各控制断面的流量；水质模型参数率定、验证和应用，扣除各控制单元非点源污染物入河量，得到可利用水环境容量，本发明专利技术利用GIS技术考虑非点源污染物在各控制单元排放的差异，计算入河量，确定流域可利用环境容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境保护与资源综合利用
，特别是一种GIS技术支持下的小流域环境容量计算方法，所述的小流域是指与主河相连通的支流河的流域。
技术介绍
《全国水环境容量核定技术指南》指出“根据水环境功能分区和水质目标，依据河段的水文特征、入河排污口分布等因素，计算水环境功能区、水体的水环境容量，并进一步实施水污染物容量总量控制，是实现水环境功能区水质目标的主要手段，是保证水环境质量的根本方法，也是水污染防治量化的依据。”实施污染物排放总量控制是解决区域性水环境污染问题的重要手段。目前，我国污染物排放总量控制正逐步从目标总量控制向容量总量控制过渡。而水环境容量计算是容量总量控制的基础和前提，科学可靠的水环境容量计算成果是容量总量控制顺利实施的重要保障。目前，我国总量控制重点仍主要放在点源上，非点源污染没有得到应有的重视，国外已实行多年的点源一非点源污染总量控制在我国才刚刚起步，总体积累不足，通常非点源数据不用于水环境容量计算的模型输入。对考虑非点源污染影响的河流水环境容量研究相对较少(见李家科，周君君，李怀恩，蔡明，朱磊.考虑非点源污染影响的河流污染物总量控制研究.[J]西安理工大学学报，2012，28 (3):269-277)。随着水污染物总量控制制度的逐步更加严格，水环境容量的计算需要更加精细化，需要考虑更多的小流域的水环境容量测算问题，以便更好地利用小流域的水环境容量为经济社会发展服务，而对于小流域水环境容量计算存在两个不足:1)小流域往往因水文等资料不足而造成环境容量计算无从下手，仅能根据水污染物排放量统计等数据进行粗略计算，导致计算结果不精确；2)在小流域水环境容量计算中未考虑非点源的影响或未考虑各控制单元间非点源入河量的差异，造成计算结果精确度不够，难以适应水环境管理精细化的要求。综上所述，目前对于小流域水环境容量计算主要存在两方面的不足:因缺乏水文等资料所造成的计算结果粗略的问题；因未考虑非点源的影响或未考虑各控制单元间非点源入河量的差异，会造成小流域水环境容量的计算不精确，影响河流的保护和管理。
技术实现思路
针对现有的小流域水环境容量计算方法存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是建立新的确定小流域水环境容量的一种GIS技术支持下的小流域环境容量计算方法，不仅能够克服小流域水环境容量计算时因水文等资料缺乏所造成的无从下手的问题，还可以避免因不考虑非点源的影响或不考虑各控制单元非点源入河量的差异所造成的容量计算结果不够精确的问题，提高水环境容量计算的精确度，有利于河流生态环境的管理。本专利技术解决的技术方案是，根据水污染物区域总量控制的需求，确定控制单元的水域范围；利用ArcGIS软件中的水文分析模块及GPS定位校正的实际河流数据相结合的方法，确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆响应的控制单元；收集河流水质监测数据，评价水质状况；利用污染源统计数据，结合污染源实际调研结果，计算农田径流、农村生活和畜禽养殖非点源污染物入河量，按控制单元统计点源及非点源污染物入河量；利用水文比拟法、等值线图法、径流系数经验公式法得到控制断面汇水区域增加的径流量，根据水量平衡反推其上各控制断面的流量；水质模型参数率定、验证和应用，扣除各控制单元非点源污染物入河量，得到可利用水环境容量。本专利技术与传统水环境容量计算方法相比，利用GIS技术的支持充分考虑非点源污染物在各控制单元排放的差异，精细化的将其入河量进行计算，能更加准确的确定流域可利用环境容量，具有科学、简单实用与适用范围广，可更加科学地指导水环境管理，实现对河流的环境保护。附图说明图1为本专利技术的方法流程框示图。图2为本专利技术的ArcGIS流域水文分析步骤图。图3为本专利技术的主干河流断面流量推求示意图。图4为本专利技术的某断面COD预测值与实测值对比图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。由图1所示，本专利技术是在确定小流域水环境容量计算控制单元的基础上，利用ArcGIS软件的水文分析工具将数字高程模型数据DEM进行河流网络提取和流域划分，计算闭合汇水区域面积，得到水陆对应的控制单元；然后收集河流历年水质监测数据，对河流进行水质评价，并对水质进行趋势分析，按控制单元统计点源及非点源污染物入河量，对于非点源污染物是指农村生活污染物、畜禽养殖污染物及农田径流污染物，根据流域非点源污染物入河情况，分农田径流、农村生活和畜禽养殖三方面计算非点源污染物入河量，并汇总分配到各控制单元；利用各控制单元汇水面积，以及邻近参证水文站点的资料，采用水文比拟法、等值线图法、径流系数经验公式法相互验证求得各控制单元90%保证率的设计年径流量，根据邻近水文站月径流量分配比得到设计年径流量的年内分配，进而得出近10年最枯月平均流量和近三年枯水期平均流量作为计算的流量条件；最后，进行模型参数率定、验证和利用，扣除各控制单元非点源入河量得到各控制单元可利用环境容量，充分利用GIS技术，考虑非点源污染物在各控制单元排放的差异，精细化的将其入河量进行计算，能更加准确的确定小流域可利用环境容量，具有科学、简单实用与适用范围广等特点，可以更加科学地指导水环境管理，具体步骤如下:(I)、根据区域水污染物总量控制的需求，确定控制单元的水域范围:根据《全国水环境容量核定技术指南》中的节点划分法，同时结合区域近年来已设置的地表水目标考核控制断面，以河流上下游控制断面之间的水域作为一个控制单元的水域范围，得到若干个控制单元的水域范围，作为水环境容量计算的基础；(2)、利用ArcGIS软件中的水文分析模块及GPS定位校正的实际河流数据相结合的方法，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆响应的控制单元:以ArcGIS软件用计算机确定控制单元水域范围对应陆域汇水区域,确定控制单元的陆域范围，利用ArcGIS软件中的水文分析模块，运用数字高程模型数据(DigitalElevation Model, DEM)进行河流网络提取和流域划分，首先，填充洼地得到无洼地的DEM，使DEM高程数据适用于水文分析工具，水文分析的步骤包括加载无洼地的DEM数据、水流方向分析、计算流水累积量、提取河流网络以及流域分析5个环节；得到流域分区图后，将通过现场GPS定位校正的实际河流数据与其进行叠加，结合区域等高线地形图，采用ArcGIS软件中的EDITOR编辑绘图工具绘制流域汇水区域图，得到控制单元的汇水陆域范围，采用ArcGIS软件中的CAIXULATE GEOMETRY地理计算测量工具计算闭合汇水区域面积，得到能够做到水陆响应的控制单元；( 3 )、收集河流水质监测数据，评价水质状况:收集河流近年水质监测数据，采用综合污染指数法对河流进行水质评价，并按河流进行现状分析；采用spearman秩相关系数(Spearman's rank correlationcoefficient)对水质进行趋势分析,得到各河流近年的水质变化趋势。评价因子污染指数的计算公式为:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GIS技术支持下的小流域环境容量计算方法，其特征在于，充分利用GIS技术，考虑非点源污染物在各控制单元排放的差异，将其入河量进行计算，确定小流域可利用环境容量，具有科学、简单实用与适用范围广特点，科学地指导水环境管理，具体步骤如下：（1）、根据区域水污染物总量控制的需求，确定控制单元的水域范围：根据《全国水环境容量核定技术指南》中的节点划分法，同时结合区域近年来已设置的地表水目标考核控制断面，以河流上下游控制断面之间的水域作为一个控制单元的水域范围，得到若干个控制单元的水域范围，作为水环境容量计算的基础；（2）、利用ArcGIS软件中的水文分析模块及GPS定位校正的实际河流数据相结合的方法，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆响应的控制单元：以ArcGIS软件用计算机确定控制单元水域范围对应陆域汇水区域，确定控制单元的陆域范围，利用ArcGIS中的水文分析模块，运用数字高程模型数据进行河流网络提取和流域划分。首先，填充洼地得到无洼地的DEM，使DEM高程数据适用于水文分析工具，水文分析的步骤包括加载无洼地的DEM数据、水流方向分析、计算流水累积量、提取河流网络以及流域分析5个环节；得到流域分区图后，将通过现场GPS定位校正的实际河流数据与其进行叠加，结合区域等高线地形图，采用ArcGIS软件中的EDITOR编辑绘图工具绘制流域汇水区域图，得到控制单元的汇水陆域范围，采用ArcGIS软件中的CALCULATE?GEOMETRY地理计算测量工具计算闭合汇水区域面积，得到能够做到水陆响应的控制单元；（3）、收集河流水质监测数据，评价水质状况：收集河流近年水质监测数据，采用综合污染指数法对河流进行水质评价，并按河流进行现状分析；采用spearman秩相关系数对水质进行趋势分析，得到各河流近年的水质变化趋势。评价因子污染指数的计算公式为：P=1nΣi=1nPi式（1）Pi=CiCoi式（2）式中：Pi为断面评价因子i的污染指数；i为评价因子；Ci为断面污染物i的实测浓度值；Coi为断面污染物i的评价标准值；P为断面污染综合指数；n为参与评价的因子数；采用spearman秩相关系数法对水质进行趋势分析，列出5年的排列序号Yj，设为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和他们所对应的年均综合污染指数Xi，设为P1、P2、P3、P4、P5，将其按从小到大的顺序排列，统计检验用的秩相关系数按下式计算：rs=1-[6Σi=1Ndi2]/[N3-N],di=Xi-Xj式（3）式中：rs为秩相关系数；di—为变量Xi和变量Yj的差值；Xi—为周期i到周期N按浓度值从小到大排列的序号；Yj—为按时间排列的序号；N—为周期数；将秩相关系数rs的绝对值同spearman秩相关系数统计中的临界值WP进行比较；当rs＞WP则表明变化趋势有显著意义；当rs≤WP则表明变化趋势没有显著意义：说明在评价时段内水质变化稳定或平稳；当rs是负值，表明在评价时段内水质变化呈下降趋势或好转趋势；当rs是正值，表明在评价时段内水质变化呈上升趋势或加重趋势；（4）、利用污染源统计数据，结合污染源实际调研结果，计算农田径流、农村生活和畜禽养殖非点源污染物入河量，按控制单元统计点源及非点源污染物入河量：污染源调查的结果，将作为水环境容量计算时河流各控制单元的输入因子，污染源数据采用全国污染源普查数据结合点源在线监测数据；点源的调查按照污染源、入河排污口、控制单元水域、陆域的对应关系展开，对入河排污口进行GPS定位，明确影响河流水质的主要入河排污口及污染物排放量，按控制单元统计点源污染物入河量；非点源污染物包括农村生活污染物、畜禽养殖污染物及农田径流污染物，污染物排放量按照《全国水环境容量核定指南》的产污系数推荐值进行计算，得到各行政区的农村生活污染物排放量，然后分配到各河流，分配原则是：依据河流的分布情况，按照居民点、控制单元汇水面积对排放的污染物量进行分配；（5）、利用水文比拟法、等值线图法、径流系数经验公式法得到控制断面汇水区域增加的径流量，根据水量平衡反推其上各控制断面的流量：利用前述步骤中所得各控制单元汇水面积，以及邻近参证水文站点的资料，采用水文比拟法、等值线图法、径流系数经验公式法相互验证，求得各控制单元90%保证率的设计年径流量；水文比拟法常用年径流移置的公式如下：Qp=K1K2Qp,c????式（4）式中：Qp、Qp,c分别为设计流域和参证流域的多年平均流量，单位为m3/s；K1、K2分别为流域面积和年降水量的修正系数；K1=AAc,K2=P&...
【技术特征摘要】
1.一种GIS技术支持下的小流域环境容量计算方法，其特征在于，充分利用GIS技术，考虑非点源污染物在各控制单元排放的差异，将其入河量进行计算，确定小流域可利用环境容量，具有科学、简单实用与适用范围广特点，科学地指导水环境管理，具体步骤如下: (1)、根据区域水污染物总量控制的需求，确定控制单元的水域范围: 根据《全国水环境容量核定技术指南》中的节点划分法，同时结合区域近年来已设置的地表水目标考核控制断面，以河流上下游控制断面之间的水域作为一个控制单元的水域范围，得到若干个控制单元的水域范围，作为水环境容量计算的基础； (2)、利用ArcGIS软件中的水文分析模块及GPS定位校正的实际河流数据相结合的方法，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆响应的控制单元: 以ArcGIS软件用计算机确定控制单元水域范围对应陆域汇水区域，确定控制单元的陆域范围，利用ArcGIS中的水文分析模块，运用数字高程模型数据进行河流网络提取和流域划分。首先，填充洼地得到无洼地的DEM，使DEM高程数据适用于水文分析工具，水文分析的步骤包括加载无洼地的DEM数据、水流方向分析、计算流水累积量、提取河流网络以及流域分析5个环节；得到流域分区图后，将通过现场GPS定位校正的实际河流数据与其进行叠力口，结合区域等高线地形图，采用ArcGIS软件中的EDITOR编辑绘图工具绘制流域汇水区域图，得到控制单元的汇水陆域范围，采用ArcGIS软件中的CAIXULATE GEOMETRY地理计算测量工具计算闭合汇水区域面积，得到能够做到水陆响应的控制单元； (3 )、收集河流水质监测数据，评价水质状况: 收集河流近年水质监测数据，采用综合污染指数法对河流进行水质评价，并按河流进行现状分析；采用spearman 秩相关系数对水质进行趋势分析，得到各河流近年的水质变化趋势。评价因子污染指数的计算公式为: 巧式(2) ^oi 式中=Pi为断面评价因子i的污染指数；i为评价因子；Ci为断面污染物i的实测浓度值;Coi为断面污染物i的评价标准值；P为断面污染综合指数；n为参与评价的因子数； 采用spearman秩相关系数法对水质进行趋势分析,列出5年的排列序号Yj,设为YpY2、Y3> Y4> Y5和他们所对应的年均综合污染指数Xi，设为Pp P2、P3> P4> Ρ5，将其按从小到大的顺序排列，统计检验用的秩相关系数按下式计算:rf = 1- [6|>,2]/[妒-N...
【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，于鲁冀，刘春晓，张培，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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