用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法技术

本发明专利技术提出了用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法，包括：计算因降雨地表径流而引起的面源污染物流失量；计算分散点源污染年负荷总量；计算面源污染物流失量和分散点源污染年负荷总量的耦合模型；计算耦合模型达成的耦合水平；利用分散点源空间关系网格、面源污染物负荷网格以及耦合水平,建立所需的分散点源污染物年负荷总量与面源污染物流失量的调度关系；根据调度关系和约束条件，经过多次迭代优化，控制分散点源和面源污染。本发明专利技术可以改善和提高水资源利用价值，改善区域生态环境等生态功能，提高流域中下游的水资源管理利用，为水源区综合治理提供生态保障。为水源区综合治理提供生态保障。为水源区综合治理提供生态保障。

【技术实现步骤摘要】
用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法


[0001]本专利技术属于水污染控制
，具体涉及用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法。

技术介绍

[0002]随着水质的恶化，我国也越来越重视水环境的保护工作，水污染治理的工作从河流中污染物浓度控制到污染物的总量控制，有效地促进了流域经济社会的发展，保障了水污染防治的科学有序的进行，但是我国只是对水体水环境质量标准有规划，缺少对水体水环境容量的规划，在这方面还不成熟，有待提高。为了使河流水体满足水环境标准，需要根据污染现状核算水环境容量，对水体进行管理。
[0003]面源污染是指累积在地表的污染物随着降雨所产生的地表径流或地下径流迁移进入受纳水体造成的污染，其成分复杂、类型多样。污染源有地表径流污染、土壤侵蚀、化肥农药、农村生活污水、畜禽粪便等。面源污染来源于非特定的及分散的区域，边界和位置难以识别和确定，其特征有随机性、成因复杂、潜伏时间长等。水流域是一个多变量、多目标的复杂系统，有很多不确定的因素制约着，分散点源的多个目标相互矛盾，具有动态性、复杂性、模糊性和综合性的特点。
[0004]针对面源污染和分散点源的负荷源解析及迁移转化研究，既是流域水资源与水环境领域的重要研究内容，也是合理评估和水质规划的基础和前提。与点源污染相比，面源污染危害规模大，且难以监测和控制。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]步骤1，计算因降雨地表径流而引起的面源污染物流失量；
[0007]步骤2，计算分散点源污染年负荷总量；
[0008]步骤3、计算面源污染物流失量和分散点源污染年负荷总量的耦合模型；
[0009]步骤4、计算耦合模型达成的耦合水平；
[0010]步骤5、利用分散点源空间关系网格、面源污染物负荷网格以及耦合水平,建立所需的分散点源污染物年负荷总量与面源污染物流失量的调度关系；
[0011]步骤6、根据调度关系和约束条件，经过多次迭代优化，控制分散点源和面源污染。
[0012]进一步地，所述步骤1中采用公式(1)计算因降雨地表径流而引起的面源污染物流失量OUT
面源
，
[0013]OUT
面源
＝C
降雨
×
V
洪流
‑
C
雨前
×
V
基流
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0014]其中，V
基流
、V
洪流
分别为监测时段内的河道基流、河道洪水径流的体积；C
雨前
、C
降雨
分别为雨前、雨后水体中污染物的平均浓度。
[0015]进一步地，所述步骤2中，m次暴雨分散点源污染物的加权平均浓度为：
[0016][0017]其中，W
Aj
为m次暴雨其中一次暴雨产生的径流量，为m次暴雨其中一次暴雨径流过程分散点源污染平均浓度；
[0018]分散点源污染径流量年负荷量Wn为：
[0019]Wn＝Ws
×
C；
[0020]其中，Ws为年平均每次暴雨产生的径流量；
[0021]分散点源污染年负荷总量W
T
为：
[0022]W
T
＝W
n
+W
B
×
C
B
。
[0023]进一步地，所述步骤3中，耦合模型的耦合值X的表达式为:
[0024][0025]式中，i为污染物类型，m为流域中土地污染物类型的总数，A
i
为污染物i在流域第i种土地利用类型中的面源系数，B
i
为第i种土地利用类型中的分散点源系数。
[0026]进一步地，所述步骤4中，通过与耦合模型达成目标的比对，获得该耦合模型达成的耦合水平SP：
[0027]SP＝f(X，O)；
[0028]其中，O代表耦合模型达成目标；耦合值X取决于耦合模型中分散点源污染物年负荷总量W
T
以及面源污染物流失总量OUT
面源
。
[0029]进一步地，所述步骤5中，构建分散点源空间关系网格H，根据分散点源空间关系网格H和已建立的耦合模型的耦合水平SP，形成面源污染物负荷网格F；根据初始的分散点源污染物年负荷总量、面源污染物流失总量以及固定时间段内的面源污染物负荷网格F，利用人工神经网络，建立所需的分散点源污染物年负荷总量W
T
与面源污染物流失总量OUT
面源
的调度关系。
[0030]进一步地，所述步骤6中，迭代优化的约束条件为：
[0031]S61、分散点源污染年负荷总量W
T总
负荷最大，
[0032]Max
负荷
＝Max W
T
+Max OUT
面源
；
[0033]S62、面源氮、磷流失总量OUT
面源总
最小，
[0034]Min
流失
＝Min OUT
面源
；
[0035]S63、分散点源至面源污染波动性最小，
[0036]Min
流失
＝Min(W
T
‑
OUT
面源
)。
[0037]进一步地，在每轮迭代优化后，判断本轮优化获得的目标函数的自变量组是否位于预设可行域内，若目标函数的自变量组位于所述预设可行域内，则判断是否达到预设约束停止条件，若达到，则停止迭代优化，若未达到，则基于本轮迭代目标函数的自变量组进行下一轮优化；若本轮迭代的目标函数自变量组未位于所述预设可行域内，则根据本轮迭代的目标函数自变量组对历史迭代的目标函数自变量组进行更新，以获得更新迭代自变量组，并判断是否达到预设约束停止条件，若达到，则停止迭代优化，若未达到，则基于所述更
新迭代自变量组进行下一轮优化。
[0038]本专利技术的有益效果在于:
[0039]1、用于流域污染物的分散点源和面源污染的防治，可以改善和提高水资源利用价值，改善区域生态环境等生态功能，提高流域中下游的水资源管理利用，为水源区综合治理提供生态保障。
[0040]2、提升水环境保护与分散点源和面源污染理的科学性，助力解决流域分散点源和面源污染控制有关的技术问题，为降雨径流污染治理、生态环境保护的推广提供依据，促进地区社会经济的可持续发展，且生态、环境和社会效益显著。
[0041]3、本专利技术的控制方法与结果不仅对污染流域分散点源和面源污染特征和模型模拟提供科学依据和技术支撑，也可为具有类似分散点源和面源污染特性的流域提供良好的借鉴作用，从而为地方经济建设和社会发展服务，为国家重大水环境战略任务的顺利实施提供有力的科技支撑。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于流域污染物的分散点源和面源污染控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，计算因降雨地表径流而引起的面源污染物流失量；步骤2，计算分散点源污染年负荷总量；步骤3、计算面源污染物流失量和分散点源污染年负荷总量的耦合模型；步骤4、计算耦合模型达成的耦合水平；步骤5、利用分散点源空间关系网格、面源污染物负荷网格以及耦合水平,建立所需的分散点源污染物年负荷总量与面源污染物流失量的调度关系；步骤6、根据调度关系和约束条件，经过多次迭代优化，控制分散点源和面源污染。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1中采用公式计算因降雨地表径流而引起的面源污染物流失量OUT
面源
，OUT
面源
＝C
降雨
×
V
洪流
‑
C
雨前
×
V
基流
；其中，V
基流
、V
洪流
分别为监测时段内的河道基流、河道洪水径流的体积；C
雨前
、C
降雨
分别为雨前、雨后水体中污染物的平均浓度。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，m次暴雨分散点源污染物的加权平均浓度为：其中，W
Aj
为m次暴雨其中一次暴雨产生的径流量，为m次暴雨其中一次暴雨径流过程分散点源污染平均浓度；分散点源污染径流量年负荷量Wn为：Wn＝Ws
×
C；其中，Ws为年平均每次暴雨产生的径流量；分散点源污染年负荷总量W
T
为：W
T
＝W
n
+W
B
×
C
B
。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，耦合模型的耦合值X的表达式为:式中，i为污染物类型，m为流域中土地污染物类型的总数，A
i
为污染物i在流域第i种土地利用类型中的面源系数，B
i
为第i种土地利用类型中的分散点源...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚霄松，曹世伟，吴永红，冯业成，王洁，张美丽，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：