基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统，方法包括：基于基础数据构建流域分布式水文模型，通过将流域分布式水文模型与流量流速转换模型、污染负荷模型以及一维水质模型进行耦合得到流域分布式水量水质模型，根据流域分布式水量水质模型计算各产汇流单元出口水质浓度；利用基础数据构建河湖水质响应模型，计算满足湖泊水质标准条件的河流入湖水质限值；根据各产汇流单元出口水质浓度及河流入湖水质限值，计算各产汇流单元及整个流域的动态水环境容量，提高了流域水环境容量计算精度，用于河流污染的精细化管控。

【技术实现步骤摘要】
基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统
本专利技术涉及河湖流域水环境
，具体涉及一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统。
技术介绍
目前，在计算水环境容量时主要考虑水功能区的要求，根据“以湖定河、以海定河”的要求，水功能区的水质目标不一定满足江河湖海对河流的水质控制要求。其原因在于现有的水质标准难以满足区域差异性的需求，不同的区域对河流水质要求不一，按照统一标准进行管理容易出现水质过严或者过松的现象，需根据区域特点和江河湖海水质保护目标，制定差异化的河流水质限值作为水环境容量计算的水质目标。其次，没有考虑水量与气象条件之间的线性或非线性关系，水量随着气象条件变化的结果，缺少水量的输入，水环境容量计算结果无法实现动态变化。同时未考虑到区间点源与非点源对水环境容量的影响，没有对河流所在流域进行控制单元划分和点源、非点源的统计核算分配，仅仅以水体为研究对象，没有考虑降雨径流的影响。存在对现有河流水环境容量计算方法精度低、无法求解估算动态水环境容量的缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术提供的一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统，克服了对现有河流水环境容量计算方法精度低、无法求解估算动态水环境容量的缺陷。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，包括：获取待计算流域的基础数据，所述基础数据包括：地理空间数据、污染源数据、水质监测数据、水文数据和气象数据；根据地理空间数据及气象数据，划分待计算流域为若干产汇流单元，基于基础数据构建流域分布式水文模型，根据实测流量数据对流域分布式水文模型进行率定，直到流域分布式水文模型满足精度要求；利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型，根据水质实测数据对流域分布式水量水质模型进行率定，直到流域分布式水量水质模型满足精度要求，并利用所述流域分布式水量水质模型计算各产汇流单元出口水质浓度；利用基础数据构建河湖水质响应模型，根据预设河湖水质观测数据对河湖水质响应模型进行率定，直到河湖水质响应模型满足精度要求，并利用所述河湖水质响应模型计算满足湖泊水质标准条件的河流入湖水质限值；根据各产汇流单元出口水质浓度及河流入湖水质限值，计算各产汇流单元的动态水环境容量及流域的动态水环境容量。可选地，预设转换模型包括：流量流速转换模型、污染负荷分配模型。可选地，通过DTVGM模型构建流域分布式水量水质模型。可选地，单元体内污染物降解量包括：上游输入污染物降解量WdS，支流输入污染物降解量WdZ，点源污染物降解量WdP，面源污染物降解量WdM，分别通过以下公式计算单元体内污染物降解量：其中，K表示污染物降解的速率常数，Qaij为第j条支流流量；Caij为第j条支流污染物浓度；Lj为第j条支流进入汇口距离河段末的距离；TL为河段总长；WdG为概化排污口污染物降解量；LG为概化排污口距离河段末距离；u为河流平均流速。可选地，所述利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型的步骤之前，还包括：对待计算流域的点源和非点源进行统计，并分配至流域分布式水量模型的各个产汇流单元。可选地，利用基础数据构建河湖水质响应模型的过程，包括：根据模拟指标的要求选取对应的模型，并设置该模型的全局参数、局部参数及支流参数来构建河湖水质响应模型；其中，全局参数包括：流域范围的降雨量、蒸发量、水位变化以及大气外部负荷；局部参数包括：湖区的水体表面积、湖区平均深度、混合层深度、非藻类浊度以及湖区的平均水质；支流参数包括：入湖支流的流域面积、入湖流量及入湖水质浓度。可选地，通过以下公式计算各产汇流单元的动态水环境容量：其中，K表示污染物降解的速率常数，Csi表示水质限值。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算系统，包括：数据获取模块，用于获取待计算流域的基础数据，所述基础数据包括：地理空间数据、污染源数据、水质监测数据、水文数据和气象数据；流域分布式水文模型构建模块，用于根据地理空间数据及气象数据，划分待计算流域为若干产汇流单元，基于基础数据构建流域分布式水文模型，根据实测流量数据对流域分布式水文模型进行率定，直到流域分布式水文模型满足精度要求；流域分布式水量水质模型构建模块，用于利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型，根据水质实测数据对流域分布式水量水质模型进行率定，直到流域分布式水量水质模型满足精度要求，并利用所述流域分布式水量水质模型计算各产汇流单元出口水质浓度；河湖水质响应模型构建模块，用于利用基础数据构建河湖水质响应模型，根据预设河湖水质观测数据对河湖水质响应模型进行率定，直到河湖水质响应模型满足精度要求，并利用所述河湖水质响应模型计算满足湖泊水质标准条件的河流入湖水质限值；动态水环境容量计算模块，用于根据各产汇流单元出口水质浓度及河流入湖水质限值，计算各产汇流单元的动态水环境容量及流域的动态水环境容量。第三方面，本专利技术实施例提供一种终端，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本专利技术实施例第一方面所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法。第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本专利技术实施例第一方面所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法。本专利技术技术方案，具有如下优点：1、本专利技术提供的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统，通过污染负荷分配模型实现了污染源按照时间维度进行动态分配。同时，通过流量流速转换模型将流域分布式水量模型与一维水质模型耦合，将水量和水质进行耦合，完成流域分布式水量水质模型的构建。2、本专利技术提供的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统，由于水质实测数据及预设河湖水质观测数据是实时变化的，同步获取各产汇流单元在不同降雨量条件下的水量水质和水环境容量，实现产汇流单元及流域水环境容量的动态计算。3、本专利技术提供的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法及系统，其中，根据河湖水质响应模型得出的结果是河流入湖的水质限值，区别于现有地表水质标准的要求，不同的区域对河流入湖的水质要求不一，根据河湖水质响应模型能够做到定不同区域河流的水质限值，不同于以往基于水质目标和水质标准计算水环境容量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，包括：/n获取待计算流域的基础数据，所述基础数据包括：地理空间数据、污染源数据、水质监测数据、水文数据和气象数据；/n根据地理空间数据及气象数据，划分待计算流域为若干产汇流单元，基于基础数据构建流域分布式水文模型，根据实测流量数据对流域分布式水文模型进行率定，直到流域分布式水文模型满足精度要求；/n利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型，根据水质实测数据对流域分布式水量水质模型进行率定，直到流域分布式水量水质模型满足精度要求，并利用所述流域分布式水量水质模型计算各产汇流单元出口水质浓度；/n利用基础数据构建河湖水质响应模型，根据预设河湖水质观测数据对河湖水质响应模型进行率定，直到河湖水质响应模型满足精度要求，并利用所述河湖水质响应模型计算满足湖泊水质标准条件的河流入湖水质限值；/n根据各产汇流单元出口水质浓度及河流入湖水质限值，计算各产汇流单元的动态水环境容量及流域的动态水环境容量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，包括：
获取待计算流域的基础数据，所述基础数据包括：地理空间数据、污染源数据、水质监测数据、水文数据和气象数据；
根据地理空间数据及气象数据，划分待计算流域为若干产汇流单元，基于基础数据构建流域分布式水文模型，根据实测流量数据对流域分布式水文模型进行率定，直到流域分布式水文模型满足精度要求；
利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型，根据水质实测数据对流域分布式水量水质模型进行率定，直到流域分布式水量水质模型满足精度要求，并利用所述流域分布式水量水质模型计算各产汇流单元出口水质浓度；
利用基础数据构建河湖水质响应模型，根据预设河湖水质观测数据对河湖水质响应模型进行率定，直到河湖水质响应模型满足精度要求，并利用所述河湖水质响应模型计算满足湖泊水质标准条件的河流入湖水质限值；
根据各产汇流单元出口水质浓度及河流入湖水质限值，计算各产汇流单元的动态水环境容量及流域的动态水环境容量。


2.根据权利要求1所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，预设转换模型包括：流量流速转换模型、污染负荷分配模型。


3.根据权利要求1所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，通过DTVGM模型构建流域分布式水量水质模型。


4.根据权利要求3所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，单元体内污染物降解量包括：上游输入污染物降解量WdS，支流输入污染物降解量WdZ，点源污染物降解量WdP，面源污染物降解量WdM，
分别通过以下公式计算单元体内污染物降解量：









其中，K表示污染物降解的速率常数，Qaij为第j条支流流量；Caij为第j条支流污染物浓度；Lj为第j条支流进入汇口距离河段末的距离；TL为河段总长；WdG为概化排污口污染物降解量；LG为概化排污口距离河段末距离；u为河流平均流速。


5.根据权利要求1所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其特征在于，所述利用预设转换模型，将流域分布式水文模型与一维水质模型进行耦合，得到流域分布式水量水质模型的步骤之前，还包括：
对待计算流域的点源和非点源进行统计，并分配至流域分布式水量模型的各个产汇流单元。


6.根据权利要求1所述的基于河湖水质限值的流域动态水环境容量计算方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏瑞，陈焰，王强，王璐，贾蕊宁，张凯，杨中文，马淑芹，王晓，后希康，段平洲，塔拉，张晓娇，
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