一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，包括以下步骤：S1、识别污染源；S2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；S3、基于污染物消减机理，计算每个污染源的污染物在河道运行过程中的消减量；S4、得到水质断面处所有污染源的消减量；S5、得到水质断面处，污染源的污染物通量组成S6、利用污染源在断面通量除以断面的总的通量，就是断面的污染贡献。本发明专利技术的技术效果和优点：构建一维水质模型，利用污染源在断面通量除以断面的总的通量，得到断面的污染贡献，以减少在河道参数模拟方面因模型结构所产生的不确定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法
本专利技术涉及水质污染分析
，更具体地说是一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法。
技术介绍
随着现代社会经济的快速发展，工业化和城市化的不断推进，环境与社会经济发展之间的不平衡日益凸显，已成为流域可持续发展的重要制约性因素之一(孟伟，2007).湟水流域是青海省人口最集中的多民族聚居区，是全省政治、经济和文化的中心.但同时，流域内水环境问题逐渐突出，河流水质情况越来越受到环境管理部门关注。目前机理水质模型的应用几乎都是通过调节参数来应对河段的水质变化特征，而在模型中出现的众多参数在复杂的耦合作用下，往往在率定中又会出现“异参同效”现象，致使同时出现多组参数组合均能够满足最终模型的精度。然而不同的参数组所对应的水质转化过程并不一样，因此通过一般的似然函数进行参数率定，就难以衡量各个过程对水质变化的贡献度，同时机理型水质模型就丧失了模拟水质转化过程的能力，预测的风险也会变大。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法。一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，包括以下步骤：S1、通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源；因子分析方法为：从具有错综复杂关系的变量中提取少数几个不可观测的共性因子的多变量统计分析，对变量进行有效地降维；根据变量间的相关性进行分组，并从变量组内提取少数的潜在因子来反映本组变量的基本信息，从而使这些因子能够概括和归纳原有观测变量的大部分信息，解释变量的基本结构；S2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；在一维水质模型中，针对某个浓度为Ci的物质在河段中i的平衡方程可表示为公式(1)式中，Ci为第i河段物质组分浓度(mg·L-1)，Qi-1为河段i的流入流量(m3·s-1)，Qi为河段i的流出流量(m3·s-1)，Qout，i为河段i的取水量(m3·s-1)，Vi为河段i的体积(L)，Ei为河段间的弥散系数(L·d-1)，Wi为河段i的外源负荷量(mg·d-1)，Si为因化学反应或物质交换的负荷量(mg·L-1·d-1)，Ehyp，i为河段i的底质交换系数(L·d-1)，t为时间(s)；污染物贡献比例计算方式为基于一维水质模型，将干流划分为多个河段，进入某个河段i的污染物负荷包括点源负荷和面源负荷，其中点源负荷包括汇入该河段的支流点源负荷和排入河段i的污水负荷.进入河段i的污染物负荷计算公式如式(2)～(3)所示，式中，Wi为河段i的污染源负荷；Wnsp，i，j为河段i的非点源负荷量；Nps，i为流入河段i的点源个数；Nnps，i为流入河段i的非点源个数；Cps，i，j为点源j污染物浓度(mg·m-3)；Cnps，i，j为非点源j的污染物浓度(mg·m-3)；Qps，i，j为点源j的流量(m3·d-1)；Qnps，i，j为非点源j的流量(m3·d-1)；Li，j为非点源j流入河段i的长度(m)；ΔXi，j为河段i和非点源j重叠部分的长度(m)；河段i(i＝1，2，……n)的消减量(Ki)见式(4)，S3、基于污染物消减机理，按照公式1-4计算每个污染源的污染物在河道运行过程中的消减量Ki；一维水质模型将河流干流概化成若干长度不等的河段，河段作为其最小计算单元，污染物以点源或面源的方式输入或输出干流河段，一维水质模型把河流水文模型、BOD-DO耦合模型、营养物质转化模型和藻类生长动力学模型结合起来，采用有限差分法求解其数值解，同时采用遗传算法对参数进行全局优化；S4、计算水质断面处所有污染源的消减量；S5、计算水质断面处污染源的污染物通量组成；S6、用污染源在断面通量除以断面的总的通量，就是断面的污染贡献；河段i(i＝1，2，……n)对特定断面的贡献比例计算公式如式(5)～(6)所示，式中，ζps，i，j，n为河段i中第j个点源对目标河段n的污染贡献率；ζnps，i，j，n为第i个河段中所涉及的第j个面源的直接污染负荷量对目标河段n的污染贡献率；Qout，i-1为河段i-1的出流量(m3·s-1)，Qout，0代表源头水流量；Qout，i为河段i的出流量(m3·s-1)；Qout，i-1为河段i输出污染物浓度(mg·L-1)；Cout，i为河段i的输出污染物浓度(mg·L-1)，Cout，0代表源头水污染物浓度；Qout，n为研究目标河段的出流量(m3·s-1)；Cout，n为研究目标河段的污染物浓度(mg·L-1)。本专利技术的技术效果和优点：通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源，使得数据来源更准确；构建一维水质模型，利用污染源在断面通量除以断面的总的通量，得到断面的污染贡献，以减少在河道参数模拟方面因模型结构所产生的不确定性。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，包括以下步骤：S1、通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源；因子分析方法为：从具有错综复杂关系的变量中提取少数几个不可观测的共性因子的多变量统计分析，对变量进行有效地降维；根据变量间的相关性进行分组，并从变量组内提取少数的潜在因子来反映本组变量的基本信息，从而使这些因子能够概括和归纳原有观测变量的大部分信息，解释变量的基本结构；S2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；在一维水质模型中，针对某个浓度为Ci的物质在河段中i的平衡方程可表示为公式(1)式中，Ci为第i河段物质组分浓度(mg·L-1)，Qi-1为河段i的流入流量(m3·s-1)，Qi为河段i的流出流量(m3·s-1)，Qout，i为河段i的取水量(m3·s-1)，Vi为河段i的体积(L)，Ei为河段间的弥散系数(L·d-1)，Wi为河段i的外源负荷量(mg·d-1)，Si为因化学反应或物质交换的负荷量(mg·L-1·d-1)，Ehyp，i为河段i的底质交换系数(L·d-1)，t为时间(s)；污染物贡献比例计算方式为基于一维水质模型，将干流划分为多个河段，进入某个河段i的污染物负荷包括点源负荷和面源负荷，其中点源负荷包括汇入该河段的支流点源负荷和排入河段i的污水负荷.进入河段i的污染物负荷计算公式如式(2)～(3)所示，式中，Wi为河段i的污染源负荷；Wnsp，i，j为河段i的非点源负荷量；N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源；/n因子分析方法为：从具有错综复杂关系的变量中提取少数几个不可观测的共性因子的多变量统计分析，对变量进行有效地降维；根据变量间的相关性进行分组，并从变量组内提取少数的潜在因子来反映本组变量的基本信息，从而使这些因子能够概括和归纳原有观测变量的大部分信息，解释变量的基本结构；/nS2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；在一维水质模型中，针对某个浓度为C

【技术特征摘要】
1.一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源；
因子分析方法为：从具有错综复杂关系的变量中提取少数几个不可观测的共性因子的多变量统计分析，对变量进行有效地降维；根据变量间的相关性进行分组，并从变量组内提取少数的潜在因子来反映本组变量的基本信息，从而使这些因子能够概括和归纳原有观测变量的大部分信息，解释变量的基本结构；
S2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；在一维水质模型中，针对某个浓度为Ci的物质在河段中i的平衡方程可表示为公式(1)



式中，Ci为第i河段物质组分浓度(mg·L-1)，Qi-1为河段i的流入流量(m3·s-1)，Qi为河段i的流出流量(m3·s-1)，Qout，i为河段i的取水量(m3·s-1)，Vi为河段i的体积(L)，Ei为河段间的弥散系数(L·d-1)，Wi为河段i的外源负荷量(mg·d-1)，Si为因化学反应或物质交换的负荷量(mg·L-1·d-1)，Ehyp，i为河段i的底质交换系数(L·d-1)，t为时间(s)；
污染物贡献比例计算方式为基于一维水质模型，将干流划分为多个河段，进入某个河段i的污染物负荷包括点源负荷和面源负荷，其中点源负荷包括汇入该河段的支流点源负荷和排入河段i的污水负荷.进入河段i的污染物负荷计算公式如式(2)～(3)所示，






式中，Wi为河段i的污染源负荷；Wnsp，i，j为河段i的非点源负荷量；Nps，i为流入河段i的点源个数；Nnps，i为流入河段i的非点源个数；Cps，i，j为点源j污染物浓度(mg·m-3)；Cnp...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永桂，
申请(专利权)人：武汉祁联生态科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42