一种基于行政单元和水系的污染物削减分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于行政单元和水系的污染物削减分配方法，其步骤为：收集目标区域的基础数据；基于所述基础数据生成污染物汇入以及沿河道衰减通路，并计算该目标区域内各行政单元的污染物入河量；根据历史水质监测数据对污染物浓度衰减系数进行率定并计算污染物衰减量和到达监测断面的污染物浓度，从而建立各行政单元与污染排放水质响应关系；估算该目标区域的未来污染物入河量；根据各行政单元与污染排放水质响应关系，以水功能对不同类型污染物浓度的要求作为约束，通过设定的各行政单元中污染源类型的削减比例，对该目标区域的未来污染物入河量进行分配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于行政单元和水系的污染物削减分配方法
本专利技术涉及一种环境管理的污染物分配算法，尤其是水污染负荷的削减分配方法。
技术介绍
目前，按《关于加快推进生态文明建设的意见》、《生态文明体制改革总体方案》、《水十条》等一系列重大决策战略要求，我国已逐步加大环境污染治理力度，实施最严格的环境保护制度。在水环境管理中，针对河流的水质目标管理是基于总量控制技术体系的河流管理模式而来的思路。基于河流水质目标进行总量控制，可根据流域或区域环境自净力，来确定合适的污染物负荷总量。目前基于河流水质目标的污染物总量控制计划已经得到了大量应用，包括美国最大日负荷总量TMDL、欧盟莱茵河总量控制管理以及日本东京湾、伊势湾及赖户内海等流域的总量控制计划等。在水环境管理中，目前流域的水体污染负荷分配往往是基于控制单元进行的。在划分控制单元的过程中，必须考虑流域管理主体、污染源、产汇流过程，确保各控制单元污染源相对独立，并明确各行政主体的治理责任。基于全部控制单元，初步筛选重点治理单元清单。由流域相关排放责任单位和污染治理部门共同参与评估，并形成重点单元最终清单。在这一过程中，控制单元的精细程度往往很难把控。一方面控制单元如果划分过于细小，则会造成统计的工作量大大增加，而控制单元的划分尺度较粗，则很难反映控制单元内部污染物的迁移过程，不易于建立污染负荷——水质的响应关系。此外，对于城区范围内的水系，特别是地势平坦的区域，利用高程生成的汇水范围与实际排污途径相差较大，控制单元的划定具有一定的不确定性。负荷削减分配过程包括如下两个部分:(1)容量核算。河流水环境容量为河流能够受纳的污染负荷，通过目标水质确定水环境容量是建立陆上污染源与水质目标联系的关键。(2)负荷分配。负荷分配包括点、面源之间以及点源之间的污染负荷分配.负荷分配强调的允许排放量实质上是确定各排污者利用环境资源的权利，要充分考虑经济、资源、环境、管理方面存在的区域差异性以及总量控制系统中的不确定性。污染负荷的分配方式，国内外已有了大量的研究基础。其原则主要是以效率、公平或两者结合为主，目前主要方法有：治污成本最小模型、等比例削减模型、多目标削减模型、合作博弈论、基尼系数法、层次分析法等。在这一过程中，基于控制单元的污染分配方法，是一种自上而下的分配方式，在一种原则下往往只有一个或几个最优解。但由于在分配过程中的不确定性因素很多(例如容量估算的不确定性、分配方案的合理性等)，可能会造成得到的“最优解”实际上并非是最优，而错过多种更科学的分配方式。因此需要获取尽可能多的满足水质目标的分配方式，才能够更好地为环境管理者提供决策支持。
技术实现思路
为了克服现有的污染负荷分配过程中，控制单元划分难以体现单元内部的污染物迁移转化过程，同时解决对当前存在的各类污染负荷分配案不全面的问题，本专利技术利用水系与行政区划的矢量数据确定污染物的迁移途径，并且利用随机系数来生成多种满足水质约束条件的分配方案。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：1)目标区域基础数据收集：包括目标区域范围内的DEM数据、区县行政单元矢量(shp格式)数据、水系矢量(shp格式)数据、环境统计污染年负荷数据、行政单元人口数据、河道流量数据、沿河各断面水质监测数据；其中河道流量数据必须至少有枯水期、平水期、丰水期的值；2)污染物汇入以及沿河道衰减通路的生成：对区县一级的行政单元shp格式数据采用面状要素转点要素的方法，得到各区县的行政单元中心P_centre；利用ArcGIS的工具箱中的临近分析中的Near(AnalysisTools>Proximity>Near)方法，将步骤2中生成的中心P_centre与水系线状矢量数据(若收集的水系矢量数据为线状要素则可直接使用，若为面状要素，则将面状要素转为线状要素后使用)进行计算，得到P_centre到河道上的投影偏移向量(投影偏移向量指中心点P_centre到河道的距离向量；形成污染物通路时用到投影偏移向量)；利用ArcGIS的MakeXYEventLayer方法(DataManagementTools>LayersandTableViews>MakeXYEventLayer)，根据经纬度将各行政中心点P_centre完成位移计算。应用工具Append，工具位置DataManagementTools>General>Append，将位移计算后得到的线状要素和水系线状要素相连，形成河道与行政单元污染物通路。对监测断面与河道的拓扑关系进行检查，保证断面(点要素)落在河道上。同时利用矢量计算得到P_centre到各个监测断面的距离。依据DEM的地势高低对河流走向即污染物流向做路径分析。监测断面是国家或省市为监测河道数据而设定的，一般在在河流进入城市或目标区以前的地方设置对照断面；一般在排污口下游500～1000m处或较大支流汇合口上游和汇合后与干流充分混合的地点，河流的入海口，湖泊、水库出入河口处，国际河流出入国界交界入口出口处等设置控制断面；在距城市或工业区最后一个排污口下游1500m以外的河段上设置削减断面。3)污染物历史及现状入河量估算：使用经验系数法，根据行政单元统计人口估算生活污染负荷、根据农用地面积估算农业面源负荷、根据环境统计数据估算工业污染负荷、根据污水处理厂运行状况估算环保设施削减量。将各估算量乘以入河系数以获取各行政单元的污染物入河量(吨/年)。当某一行政单元里面出现n条河流或支流，则每条河承载的负荷量系数取1/n。4)利用水质模型，结合水文水质数据(即河道流量数据和沿河各断面水质监测数据)，通过对污染物浓度衰减系数的率定，然后根据各行政单元污染物入河量和污染物浓度衰减系数计算各行政单元到达监测断面的污染物浓度，从而根据各行政单元与断面水质的对应关系，建立各行政单元与污染排放水质响应关系，如图1所示。5)污染物未来入河量估算：根据区域人口增长率、国民经济和社会发展规划纲要确定区域未来一定时期的农村、城镇人口、工业产值等，并仿照步骤3)确定未来污染物入河量。6)多削减方案生成：利用随机数试算法，设定各行政单元中污染物来源类型的削减比例a1,a2,…,an，其中n为各行政单元中污染物来源类型数。通过步骤4)得到的响应关系，以水功能对不同类型污染物浓度的要求作为约束，通过设置各行政单元中不同来源的污染物负荷削减比例，模拟各行政单元中污染物来源的排放情景，从而估算各行政单元未来污染物可入河量，与水质要求相对比，来完成未来污染物入河量的合理具体分配，本专利技术的分配流程如图2所示。本专利技术的有益效果是:本专利技术可以直接通过水系和行政单元边界的矢量数据来直接确定各单元污染物入河的路径，并用于与建立污染负荷与水质的响应关系，相比较以往基于控制单元来确定污染负荷分配方案的方法而言，本方法无需刻画流域来确定控制单元，只需要有较为详细的水系数据即可较为准确地描述污染物的迁移转化路径。同时，由于污染负荷数据是通过行政单元(一般是县级)直接获取，减少了因流域划分控制单元而导致的负荷比例错误。附图说明图1是各行政单元与污染排放水质响应关系示意图。图2是负荷削减分配方案生成流程图。图3是控制单元具体的概化图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于行政单元和水系的污染物削减分配方法，其步骤为：1)收集目标区域的基础数据；2)基于所述基础数据生成污染物汇入以及沿河道衰减通路；3)基于所述基础数据估算该目标区域的生活污染负荷、农业面源负荷、工业污染负荷、环保设施削减量并乘以入河系数，获取该目标区域内各行政单元的污染物入河量；4)利用水质模型，结合所述基础数据中的水文水质数据，对污染物浓度衰减系数的率定；然后根据各行政单元污染物入河量、污染物汇入以及沿河道衰减通路和污染物浓度衰减系数计算污染物衰减量和到达监测断面的污染物浓度，从而根据各行政单元与断面水质的对应关系，建立各行政单元与污染排放水质响应关系；5)估算该目标区域的未来污染物入河量；6)利用随机数试算法，设定各行政单元中污染物来源类型的削减比例；然后根据各行政单元与污染排放水质响应关系，以水功能对不同类型污染物浓度的要求作为约束，通过设定的各行政单元中污染源类型的削减比例，对该目标区域的未来污染物入河量进行分配。

【技术特征摘要】
1.一种基于行政单元和水系的污染物削减分配方法，其步骤为：1)收集目标区域的基础数据；2)基于所述基础数据生成污染物汇入以及沿河道衰减通路；3)基于所述基础数据估算该目标区域的生活污染负荷、农业面源负荷、工业污染负荷、环保设施削减量并乘以入河系数，获取该目标区域内各行政单元的污染物入河量；4)利用水质模型，结合所述基础数据中的水文水质数据，对污染物浓度衰减系数的率定；然后根据各行政单元污染物入河量、污染物汇入以及沿河道衰减通路和污染物浓度衰减系数计算污染物衰减量和到达监测断面的污染物浓度，从而根据各行政单元与断面水质的对应关系，建立各行政单元与污染排放水质响应关系；5)估算该目标区域的未来污染物入河量；6)利用随机数试算法，设定各行政单元中污染物来源类型的削减比例；然后根据各行政单元与污染排放水质响应关系，以水功能对不同类型污染物浓度的要求作为约束，通过设定的各行政单元中污染源类型的削减比例，对该目标区域的未来污染物入河量进行分配。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础数据包括DEM数据、区县行政单元矢量数据、水系矢量数据、环境统计污染年负荷数据、行政单元人口数据、河道流量数据和沿河各断面水质监测数据。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生成所述污染物汇入以及沿河道衰减通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张质明，刘迪，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11