【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于河道污染物监测领域，涉及城市河道污染物通量核算技术，具体涉及一种基于网格化原位水量-水质监测系统与水环境数值模拟的城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法。
技术介绍
1、河道断面的污染物通量是断面流量和浓度的函数，断面污染物浓度测量以及通量计算能够定量表征各类污染物对河流水质的影响，可为流域主要污染源和污染区域识别、污染溯源排查，以及河道水环境模型的构建与率定验证提供重要支撑。
2、监测频率和计算方法是影响河道污染物通量计算准确程度的2个关键影响因素，其中监测频率直接影响是否能够捕捉污染物通量计算期间的峰值流量与浓度，相比计算方法对通量计算结果的准确性影响更大。当前的监测手段主要包括手工定期常规监测、关键时期手工加密监测与在线自动监测。河道污染物通量的计算主要则包括三大类算法，即平均法、插值法和回归/曲线法，平均法采用实测数据的平均值作为时段数据的代表值；插值法假定数据(浓度和流量)由瞬时采样数据表示；回归法取决于经验关系和水文水质的变化。
3、然而，受制于人工与监测成本，目前大多数河道断面仍采取一月一次的水质监测频率或仅在重点时段进行加密监测，水位-流量等监测点位也较多布设在流域出入口等重点断面处，难以获取流域内部其他断面的水文数据分布特征，极大限制了河道污染物通量计算的时间与空间分辨率，难以区分不同时间尺度、不同河段的污染物通量的分布特征，也导致难以进一步精准追溯不同河段的污染来源情况。而在污染物通量的计算方法上，平均法和插值法主要基于实测流量、水质浓度数据，通过监测期间的
4、随着我国水污染治理进程的不断推进，传统的点源污染已得到了有效控制，与降雨具有高度相关性的城市排水系统溢流污染、城市面源污染等非点源污染日渐成为影响河道水质的关键因素。其具有的高度时空不确定性、不均匀性等特征也增加了采用现状方法计算污染物通量的难度，亟需提出一种高时空分辨率的污染物通量计算方法来准确计算城市河道重点断面的污染物传输通量，以及不同河段间的污染输入情况，为相关职能部门实现科学治污、精准治污提供理论与技术支撑。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于网格化原位水量-水质监测系统与水环境数值模拟的城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其解决了城市河道水环境数学模型构建及河道典型断面污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析过程中，存在的流量数据缺失、水质数据频率低、污染物通量核算不准确、沿程污染输入特征不明确的问题，为城市河道水环境质量模拟及控源截污与水环境综合治理提供了有效的理论与技术支持。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，包括如下步骤：
3、s1：选取城市河道污染物通量核算典型区域；
4、s2：建立网格化原位水量-水质监测系统；
5、s3：构建城市河道一维水动力数学模型；
6、s4：根据网格化原位水量-水质监测系统获取的监测数据，通过城市河道一维水动力数学模型计算得到城市河道重点断面污染物通量；
7、s5：根据步骤s4获取的城市河道重点断面污染物通量，计算城市河道典型河段污染物通量净增量。
8、s6：根据步骤s5计算的城市河道典型河段污染物通量净增量，识别城市河道沿程污染通量输入特征。
9、进一步地，所述步骤s1中城市河道污染物通量核算典型区域的选取条件为：
10、城市河道研究区域入流口、出流口、沿程重点河道断面具有水位-流量监测设备或城市河道研究区域入流口、出流口、沿程重点河道断面具备安装布设流量-水位监测仪器与水质自动监测仪器的条件；
11、城市河道典型区域具备安装雨量计的条件。
12、进一步地，所述步骤s2中网格化原位水量-水质监测系统包括流量-水位自动监测站和小微型水质自动监测站。
13、这里的网格化主要是通过在城市河道中的重要节点布设水量-水质在线监测站点，将河道剖分为多个污染物通量计算网格单元，并分别计算不同网格单元河道的沿程污染输入通量及单位河长污染物通量增量，以此来体现网格化的概念。
14、进一步地，所述步骤s2中网格化原位水量-水质监测系统的建立方法为：
15、分别在选定的城市河道研究区域入流口、出流口处布设流量-水位自动监测站，监测所在河道断面的水位及流量，监测频率可以为1小时/次或1天/次；
16、分别在选定的城市河道研究区域入流口、出流口、沿程重点河道断面处布设小微型水质自动监测站，监测指标可根据实际水质管理需求选取，可包括水温、ph、电导率、溶解氧、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷等，数据监测频率可以为1小时/次、4小时/次或1天/次。
17、进一步地，所述步骤s3中城市河道一维水动力数学模型采用建立在质量和动量守恒定律基础上的圣维南方程组对一维河道非恒定流进行模拟。
18、进一步地，所述步骤s3中城市河道一维水动力数学模型包括连续性方程与动量方程，以流量q(x，t)和水位z(x，t)为未知变量，并补充考虑了漫滩和旁侧入流，基本方程如下：
19、
20、其中，q为流量，单位是m3/s；x为沿水流方向的空间坐标，单位是m；t为沿水流方向的时间坐标，单位是s；bw为调蓄宽度,单位是m；z为水位，单位是m；q为旁侧入流流量，单位是m3/s·m；u为断面平均流速，单位是m/s；g为重力加速度，单位是m2/s；a为主槽过水断面面积，单位是m2；b为主流断面宽度，单位是m；n为河道糙率；r为水力半径，单位是m。
21、漫滩是在模型计算时设置干湿边界范围作为约束条件，当计算水位低于约束条件时则认为该处河道干涸，为漫滩，当计算水位高于约束条件时，则认为该处河道湿润有水。
22、进一步地，所述步骤s4中城市河道重点断面污染物通量的计算方法包括：
23、a1：选定城市河道重点断面流量计算时段，即：年、月、日；
24、a2：将选定的城市河道研究区域入流口、出流口处的流量-水位监测数据作为边界条件代入构建的城市河道一维水动力数学模型，通过率定、验证完成的城市河道一维水动力数学模型计算重点断面特定时刻流量，具体流量计算时刻与断面水质监测的采样时刻保持一致；
25、a3：根据计算的河道重点断面特定时刻流量与监测的水质浓度，计算河道重点断面污染物通量，河道断面污染物通量计算公式如下：
26、
27、式中：w为断面污染物的日通量，qi为断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S1中城市河道污染物通量核算典型区域的选取条件为：
3.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S2中网格化原位水量-水质监测系统包括流量-水位自动监测站和小微型水质自动监测站。
4.根据权利要求3所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S2中网格化原位水量-水质监测系统的建立方法为：
5.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S3中城市河道一维水动力数学模型采用建立在质量和动量守恒定律基础上的圣维南方程组对一维河道非恒定流进行模拟。
6.根据权利要求5所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S3中城市河道一维水动力数学模型包括连
7.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S4中城市河道重点断面污染物通量的计算方法包括：
8.根据权利要求7所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤A3中河道断面污染物通量计算公式如下：
9.根据权利要求7所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S5中城市河道典型河段污染物通量净增量的计算公式如下：
10.根据权利要求9所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤S6中的识别城市河道沿程污染通量输入特征的计算方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤s1中城市河道污染物通量核算典型区域的选取条件为：
3.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤s2中网格化原位水量-水质监测系统包括流量-水位自动监测站和小微型水质自动监测站。
4.根据权利要求3所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤s2中网格化原位水量-水质监测系统的建立方法为：
5.根据权利要求1所述的一种城市河道污染物通量核算与沿程污染输入特征识别分析方法，其特征在于，所述步骤s3中城市河道一维水动力数学模型采用建立在质量和动量守恒定律基础上的圣维南方程组对一维河道非恒定流进行模拟。
6.根据权利要求5所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：柏松，潘泓哲，李一平，徐荣，刘军，谢鑫苗，商鹤琴，周玉璇，邓雅静，严春敏，郑婉婷，
申请(专利权)人：江苏省南京环境监测中心，
类型：发明
国别省市：
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