一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法技术

本发明专利技术涉及水环境治理技术领域，尤其是一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，包括如下步骤：首先对项目流域进行水利现状、水文现状、水环境现状以及污染源现状调查，根据项目区流域水质目标，核定项目区流域的水环境容量和入河污染量，确定目标削减量，通过导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出优选方案，并校核目标水质，确定最终方案。本发明专利技术可快速给出流域内污染物的最优削减方案，实现水环境达标的目的，同时将水体水质状况、污染负荷情况以及含建设费用及3～5年的运营费用的工程投资有效结合起来，建立污染物削减量与工程投资额响应体系，可有效提供最优工程投资。

A quantitative design method of water environment standard based on reduction model

【技术实现步骤摘要】
一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法
本专利技术涉及水环境治理
，尤其涉及一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法。
技术介绍
随着我国社会化进程的加快，工业的高速发展和人口的急剧增加，导致我国的流域水环境污染和水生态破坏问题日益严重。水环境污染呈现复合性、多元性、结构性的特点，部分河段尤其是支流污染严重，水系连通性较差，水环境质量严重威胁着人体健康和生态安全。因此迫切需要加强对流域水资源、水环境和水生态的保护，并加大对流域水污染控制与水环境管理的执行力度。2015年9月，国家颁布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)，提出流域水质目标管理需求，要求以水环境质量改善为核心，并对污染物总量控制手段进行创新。基于河流污染源与水环境质量间的响应关系，容量总量控制紧密联系水污染控制管理目标与水质目标，是目前较为科学合理的水质目标管理技术。水质目标管理(WaterQualityTargetManagement)指针对不同类型河流，实施不同的水质目标管理措施，从而使不同水体满足特定的水质目标管理要求。在水环境管理方面，我国尚缺乏对整个流域水环境管理的系统研究，尤其在水质目标管理技术、流域水环境系统模拟等方面研究，目前仍未建立流域“水质-水量-容量-污染负荷-削减量”的动态响应关系，不能对污染物排放及主要支流水环境污染实施有效的削减和监督管理。国内基于目标总量削减控制的方法越来越不能满足当前的水环境管理需求，迫切需要开展并实施“一河一策”、“一湖一策”的流域水质目标管理技术体系应用研究。现有研究多集中在大江大河尺度，针对中小河流，因水文和历史资料的缺乏，相关研究还比较欠缺，且都是定性为主。现有研究一般通过建立水质模型的方法计算流域河流水环境容量，并以此为基础进行水质目标管理。但水环境治理上存在以下问题：仅仅强调截污纳管、生态清淤、面源污染控制、引水活水、曝气增氧、水生态构建等技术措施，但每一项措施究竟有多少效能和性价比未见相关计算和描述，只能靠简单计算和经验来确定，不能精准给出水环境达标定量化的设计方法和治理途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在缺点，而提出的一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法。是对项目流域进行水利现状、水文现状、水环境现状以及污染源现状调查，根据项目区流域水质目标，核定项目区流域的水环境容量和入河污染量，确定目标削减量，通过导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出优选方案，并校核目标水质，确定最终方案。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：设计一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，包括如下步骤：S1、确定重点河段或控制单元：首先统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的系统管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元；S2、确定水质治理目标：根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标；更具体的，根据业主或相关部门水质达标要求，按照河流流域(流域或湖泊或一段河道或它们的混合体)管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程划分重点河段或流域控制单元，确定水质治理目标；S3、确定项目区流域水环境容量和入河污染量：应用常规计算方法计算项目区流域不同控制单元污染物水环境容量和入河污染量，并依据不同控制单元占比结果，将基于历时曲线法计算得到的项目区流域水环境容量和入河污染量分摊到不同控制单元；更具体的，收集项目区流域河流出水口断面长时间序列流量数据，绘制流域河流出水口断面流量历时曲线和负荷历时曲线。同时根据流域不同流量范围，对流量历时区间进行一定的划分，计算不同流量历时区间水环境容量和入河污染量，并给出不同流量历时区间需要重点关注的特征污染因子；根据上述流域河流出水口断面流量历时曲线和负荷历时曲线，计算出水环境容量；以项目区流域污染源现状为基础，根据项目区流域水质目标，计算出入河污染量；S4、确定项目区流域内的削减量：根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下的削减量，其中，差值如为正值则还有水环境容量，差值如为负值则需要削减污染量；将上述计算得到的目标削减量乘以安全系数，作为最终的目标削减量，综合考量工程投资含建设费用及3～5年的运营费用的相关因素，所述安全系数为1.1～1.2；W削减＝(W-W＇)×γ安全S5、确定最优投资方案：对于水环境容量和入河污染量差值为负值的情况，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出投资最优方案。进一步的，在步骤S1中所述分区管理单元包括水功能区划、水环境功能区划、行政区划中的一种或者多种。进一步的，在步骤S2中所述划分流域控制单元的具体方法包括如下步骤：步骤1：基础资料收集；收集流域范围内各级行政边界、水系分布、水功能区划、水环境功能区划的矢量数据，地理坐标采用WGS1984，利用GIS软件，对各种基础地理信息数据进行分析，获取流域界限、行政界限；步骤2：水系概化；全面结合流域自然汇水特征与实际管理需求，按照河流所属级别，将河流、湖库等天然水系概化成可应用水系，水系概化的对象包括干流、不同级别下相应的支流、乡镇及主要污染源所在地的小支小叉；步骤3：汇水区确定；利用ArcGIS软件中的水文分析模块提取河流信息，并结合GPS定位加以校正，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆统筹的汇水区域单元，采用手动提取和自动提取两种方法对流域水体汇水区单元进行划分；步骤4：控制断面选取；选取具有代表性的监测断面作为控制断面，首先主要从跨行政区交界断面、常规监测断面、重要水文站点和闸坝、重要支流汇入口、重要污染源排污口位置选取，然后根据收集到的监测断面基本信息和经纬度数据，生成GIS点位图层，最后结合谷歌等地图，校正点位经纬度信息，逐一定位确定各控制断面具体位置信息；步骤5：水质目标确定；逐一比对监测断面水质目标和所在功能区“入流”和“出流”口水质目标，按照从严要求确定水质目标；步骤6：控制单元的初步划分；以主控断面作为控制单元的出水口，按照流域自然汇水特征，合并汇水区域，得到控制单元的初步划分结果；步骤7：控制单元的校正；在国家控制单元划分结果的基础上，结合水生态环境功能分区结果，同时结合流域行政区划、水功能区划、水环境功能区划等现有分区管理单元，对控制单元初步划分结果进行校正，确定最终的控制单元划分结果。进一步的，在步骤S2中所述应用常规计算方法包括水质模型法、实测法以及产排污系数法。进一步的，用于水体污染物允许纳污量的水质模型法的计算方法主要包括零维计算模型法和一维计算模型法，具体计算方法如下：零维计算模型法适用于污水流量较小的流域，河水与污水流量之比大于10-20，无需考虑污水进入水体的混合距离。(1)、单点源排放时：Wi＝0.0864D{Cil(Qi+qi)-Ci0Qi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、确定重点河段或控制单元：首先统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的系统管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元；/nS2、确定水质治理目标：根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标；/nS3、确定项目区流域水环境容量和入河污染量：应用常规计算方法计算项目区流域不同控制单元污染物水环境容量和入河污染量，并依据不同控制单元占比结果，将基于历时曲线法计算得到的项目区流域水环境容量和入河污染量分摊到不同控制单元；/nS4、确定项目区流域内的削减量：根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下的削减量，其中，差值如为正值则还有水环境容量，差值如为负值则需要削减污染量；/nS5、确定最优投资方案：对于水环境容量和入河污染量差值为负值的情况，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出投资最优方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、确定重点河段或控制单元：首先统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的系统管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元；
S2、确定水质治理目标：根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标；
S3、确定项目区流域水环境容量和入河污染量：应用常规计算方法计算项目区流域不同控制单元污染物水环境容量和入河污染量，并依据不同控制单元占比结果，将基于历时曲线法计算得到的项目区流域水环境容量和入河污染量分摊到不同控制单元；
S4、确定项目区流域内的削减量：根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下的削减量，其中，差值如为正值则还有水环境容量，差值如为负值则需要削减污染量；
S5、确定最优投资方案：对于水环境容量和入河污染量差值为负值的情况，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出投资最优方案。


2.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S1中所述分区管理单元包括水功能区划、水环境功能区划、行政区划中的一种或者多种。


3.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S2中所述划分流域控制单元的具体方法包括如下步骤：
步骤1：基础资料收集；收集流域范围内各级行政边界、水系分布、水功能区划、水环境功能区划的矢量数据，地理坐标采用WGS1984，利用GIS软件，对各种基础地理信息数据进行分析，获取流域界限、行政界限；
步骤2：水系概化；全面结合流域自然汇水特征与实际管理需求，按照河流所属级别，将河流、湖库等天然水系概化成可应用水系，水系概化的对象包括干流、不同级别下相应的支流、乡镇及主要污染源所在地的小支小叉；
步骤3：汇水区确定；利用ArcGIS软件中的水文分析模块提取河流信息，并结合GPS定位加以校正，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆统筹的汇水区域单元，采用手动提取和自动提取两种方法对流域水体汇水区单元进行划分；
步骤4：控制断面选取；选取具有代表性的监测断面作为控制断面，首先主要从跨行政区交界断面、常规监测断面、重要水文站点和闸坝、重要支流汇入口、重要污染源排污口位置选取，然后根据收集到的监测断面基本信息和经纬度数据，生成GIS点位图层，最后结合谷歌等地图，校正点位经纬度信息，逐一定位确定各控制断面具体位置信息；
步骤5：水质目标确定；逐一比对监测断面水质目标和所在功能区“入流”和“出流”口水质目标，按照从严要求确定水质目标；
步骤6：控制单元的初步划分；以主控断面作为控制单元的出水口，按照流域自然汇水特征，合并汇水区域，得到控制单元的初步划分结果；
步骤7：控制单元的校正；在国家控制单元划分结果的基础上，结合水生态环境功能分区结果，同时结合流域行政区划、水功能区划、水环境功能区划等现有分区管理单元，对控制单元初步划分结果进行校正，确定最终的控制单元划分结果。


4.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S2中所述应用常规计算方法包括水质模型法、实测法以及产排污系数法。


5.根据权利要求4所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：用于水体污染物允许纳污量的水质模型法的计算方法主要包括零维计算模型法和一维计算模型法，具体计算方法如下：
零维计算模型法适用于污水流量较小的流域，河水与污水流量之比大于10-20，无需考虑污水进入水体的混合距离；
(1)、单点源排放时：
Wi＝0.0864D{Cil(Qi+qi)-Ci0Qi}
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；qi为第i个控制单元所涉及河段排污口排放流量，单位为m3/s；
(2)、多点源排放时：



式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；n为第i个控制单元所涉及河段入河排污口的个数；
一维计算模型法适用于宽浅河段，短时间范围内污染物能够基本混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大，纵向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略；



式中，Ki为第i个控制单元所涉及河段水质降解系数，单位为d-1；Xi为第i个控制单元所涉及河段长度，单位为m；Ui为第i个控制单元所涉及河段流速，单位为m/s；


6.根据权利要求5所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：水环境容量计算方法选定水质...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹惠忠，段金程，彭云，路丁，朱辉，
申请(专利权)人：科盛环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32