一种制定湖泊营养物标准的方法技术

一种制定湖泊营养物标准的方法，其步骤为：1）按研究区域不同水体的功能对水体进行分类和分级，确定研究区域不同等级水体对应的营养物上下限值；2）计算营养物的富营养化负荷；3）建立优化模型，通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的多目标优化，得到适合不同等级或者不同水体用途的最优化营养物标准值。

【技术实现步骤摘要】
一种获得湖泊营养物标准值的方法
本专利技术涉及水环境保护领域，具体涉及一种获得湖泊营养物标准值的方法。
技术介绍
水生生物区系具有地域性，不同区域的湖泊根据其地理、气候、水力等条件的不同，其水生态情况呈现出不同的区域特征，导致同样的营养物水平下富营养化程度呈现出巨大差异。营养物基准反应了区域水环境特征，是营养物标准制定的依据。另一方面区域社会经济发展也给区域湖泊的水力、水质及水生态带来很大的影响，同时，营养物标准的实施又会对经济带来一定的反作用，主要体现在较严格的标准实施对经济发展的制约，以及污染治理的成本方面。营养物标准的制定需要在营养物基准的基础上综合考虑社会、环境、经济等方面因素，确保区域内技术经济可行。近年来美国和欧盟及其它发达国家大力推进湖泊营养物标准研究。其中美国最早进行水体营养物基准和标准研究。美国EPA推荐的制定营养物基准标准的方法主要有参照状态法、压力响应关系法、沉积物历史反演法和预测或外推模型法。此外美国各州制定营养物标准的方法还有专家判断法、结构方程模型法、水生态学及毒理学分析方法等。我国目前的湖泊富营养化的管理主要依靠地表水环境质量标准中对TN、TP浓度的规定。该标准是一个全国范围的统一标准，考虑到了不同水体功能对水质的不同要求，但是没有考虑到区域差异性。我国基于区域差异和湖泊营养物基准的标准研究尚在摸索之中。郑炳辉等(2009)采用频数分布统计的方法提出了太湖的营养物标准，陈艳卿等(2011)采用概率密度分布曲线和回归分析的方法提出了洱海的营养物标准，揣小明(2011)通过概率统计和卡尔森模型相结合的方法得出不同湖区的28个湖泊总磷的基准和标准。陈晓华(2011)等采用概率密度曲线及回归分析的方法，对云贵湖区洱海TP、TN、SD和Chl-a的标准建议值。以上研究均采用基于湖泊水质数据的统计分析方法，缺少对水质与功能关系的考虑。纪丹凤等(2013)采用结构方程模型与专家系统相结合的方法给出了云贵湖区饮用水源地保护区湖泊营养物标准，此方法建立了水体功能与水质指标之间的关系，但是忽略了经济发展因素。云贵湖区地处祖国的边陲，经济欠发达，农业经济是当地经济的主线。大力发展经济是提高人民生活水平的迫切需要。但是近年来其经济发展给湖泊水环境带来了很大的压力，部分水质良好的湖泊，其入湖点源和非点源污染迅速增长，存在富营养化的趋势。所以在云贵湖区建立标准需同时考虑经济发展和环境保护的双重需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种获得湖泊营养物标准值的方法，拟采用多目标优化的方法，在营养物基准的基础上，以环境影响最小和区域经济发展最快为目标，寻找合理可行的营养物标准值。为实现上述目的，本专利技术提供的获得湖泊营养物标准值的方法，其步骤为：1)按研究区域不同水体的功能对水体进行分类和分级，确定研究区域不同等级水体对应的营养物上下限值；2)计算营养物的富营养化负荷；3)建立优化模型，通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的多目标优化，得到适合不同等级或者不同水体用途的最优化营养物标准值。所述的方法中，步骤1中对水体进行分类是将水体分为自然保护区、饮用水源地保护区、鱼类保护区、鱼虾产卵场、娱乐用水区、航运、防洪农业灌溉用水和一般景观水；对水体进行分级是将所述分类的水体相对应的营养物分为Ⅰ～Ⅴ级水质标准；通过统计学、毒理学、生态学方法得到各级水质标准的上下限值。所述的方法中，营养物为氮和磷。所述的方法中，步骤2是采用基于当量因子的环境负荷计量方法，计算公式为：式中：EL为环境负荷总量；mj为排放的第j类污染物的量，kg；pj为污染物对环境影响贡献的潜力的大小，是以一个参照物为基准的相对量，即当量因子，kg/kg参照物。所述的方法中，步骤3建立的优化模型为：A、经济目标：a)经济增长最大：b)治理费用最小：B、环境目标：EPTP(i,t)＝QTP(i,t)×EFTP＝αt×GDP×ai,t％×(1+bi,t％)n×EFTPEPTN(i,t)＝QTN(i,t)×EFTN＝βt×GDP×ai,t％×(1+bi,t％)n×EFTNC、约束条件：a)经济约束：b)环境约束：其中：fi,t：第t年第一、二、三产业增加值；f4：水污染治理费用；QTPt：总磷的入湖总量；QTNt：总氮的入湖总量；Wi,t：第t年第一、二、三产业污水及生活污水处理量；CCi,t：污水处理设施建设成本；COi,t：污水处理设施运行成本；EPTP(i,t)：总磷产生的富营养化负荷；EPTN(i,t)：总氮产生的富营养化负荷；QTP(i,t)：第t年一二三产业或生活污水中TP排放量；QTN(i,t)：第t年一二三产业或生活污水中TN排放量；EFTP：总磷的富营养化当量因子；EFTN：总氮的富营养化当量因子；ai,t％：第t年,第i产业在三次产业中所占比例；bi,t％：第t年,第i产业增加值增长系数；αt：第t年单位增加值总磷排放系数；βt：第t年单位增加值总氮排放系数；Pt：第t年区域人口总数；Mt：第t年适宜当地发展水平的人均GDP；S：区域营养物基准；LM：对应水体功能的营养物允许最大浓度；DC：区域环境容量。本专利技术通过建立区域湖泊功能分级体系，采用基于区域环境负荷的当量因子法，计算不同指定用途的湖泊流域的氮、磷导致的区域湖泊富营养化负荷。采用多目标优化的方法，寻找满足功能需要、保证区域经济发展、同时使区域富营养化负荷最小的TN、TP值。从而得到营养物分级标准的建议值。附图说明图1为本专利技术的方法示意图。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供的获得湖泊营养物标准值的方法，主要步骤为：1)按研究区域不同水体的功能对水体进行分类、分级，确定研究区域不同等级水体对应的营养物上下限值；所述的按不同水体的功能对水体进行分类、分级是指将水体按用途分为：a自然保护区，b饮用水水源地、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场，c一般渔业用水区、直接接触的娱乐用水区，d工业用水、非直接接触的娱乐用水区、航运、防洪，e农业灌溉用水及一般景观水域；与之对应的水质标准为Ⅰ～Ⅴ级。所述不同功能水体的营养物上下限值确定方法为：①自然保护区采用“0”为下限，湖区营养物基准作为上限；②饮用水水源地保护区采用“0”为下限，多年水质和水源地地区健康数据建立消化系统疾病与营养物浓度之间的剂量反应关系来确定人体饮用安全的营养物浓度阈值为上限；③珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场、采用“0”为下限，采用多年水质数据与生态数据分别建立区域有代表性的珍贵鱼类生物量、种群数等生态指标与营养物浓度之间的关系，得到适宜不同鱼类生存的营养物浓度阈值为上限；④一般渔业用水采用区域营养物基准为下限，采用多年水质数据与生态数据分别建立区域有代表性的经济鱼类产量及渔业产值等生经济指标与营养物浓度之间的关系，得到适宜渔业生产的营养物浓度阈值为上限；⑤直接接触的娱乐用水区、非直接接触的娱乐用水区、航运、防洪、农业灌溉用水及一般景观水采用文献查阅的方法确定阈值。⑥在同一标准等级下包含不同功能的水体，且不同功能分类的阈值不同时，采用其中最严格的数字作为其上下限。2)计算营养物(氮、磷)的富营养化负荷湖泊的营养物基准指标主要包括营养物变量(磷、氮)、生物学变量(有机碳、叶绿素a、透明度、溶解氧、大型植物、生物群落结构)和流域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制定湖泊营养物标准的方法，其步骤为：1）按研究区域不同水体的功能对水体进行分类和分级，确定研究区域不同等级水体对应的营养物浓度上下限值；2）计算水体中营养物的富营养化负荷；3）建立优化模型，通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的多目标优化，得到适合不同等级和水体用途的最优化营养物标准值。

【技术特征摘要】
1.一种获得湖泊营养物标准值的方法，其步骤为：1)按研究区域不同水体的功能对水体进行分类和分级，确定研究区域不同等级水体对应的营养物浓度上下限值；2)计算水体中营养物的富营养化负荷；3)建立优化模型，通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的多目标优化，得到适合不同等级和水体用途的最优化营养物标准值；其中，步骤3)建立的优化模型为：A、经济目标：a)经济增长最大：b)治理费用最小：B、环境目标：EPTP(i,t)＝QTP(i,t)×EFTP＝αt×GDP×ai,t％×(1+bi,t％)n×EFTPEPTN(i,t)＝QTN(i,t)×EFTN＝βt×GDP×ai,t％×(1+bi,t％)n×EFTNC、约束条件：a)经济约束：b)环境约束：其中：fi,t：第t年第一、二、三产业增加值；f4：水污...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏婧，席北斗，纪丹凤，霍守亮，王骥，崔驰飞，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11