一种基于水功能区的水量水质调控方法技术

本发明专利技术涉及一种基于水功能区的水量水质调控方法，所述方法的步骤包括：构建水量调控模拟模型的步骤；计算水功能区控制断面流量的步骤；计算入河污染负荷量的步骤；基于水功能区的纳污能力计算的步骤；分析水功能区达标状况的步骤。本发明专利技术通过构建流域级水功能区的水量调控模拟模型，考虑人工用水、工程调度与自然水循环关系，同时构建水功能区纳污能力分析模型，使用纳污能力分析模型以水量调控模拟模型为依据分析计算水功能区的纳污能力，根据分析计算结果对流域的水量和水质进行调控。与现有技术相比，本发明专利技术充分考虑人工用水、工程调度与自然水循环三方面的因素，对流域水质的纳污能力分析更加准确，使水量调控更加合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，是一种水资源调控的方法，是一种对数千平方千米及以上的区域或流域的河流水功能区的水量、水质进行分析和水环境控制的方法。
技术介绍
对生态环境的分析和调控需要将自然环境和人类活动的诸多因素进行整合，剔除影响较小的因素，确定关键因素，建立与实际河流状态最近似的模型。并在模型的应用中不断的扩充和修正模型，加入更多的因素，使模型越发接近实际的河流和水环境状态。早期的流域级的大范围水量水质的分析由于受到当时科研水平和手段的限制，只能寻找数个关键性的因素建立模型。这样的模型只能近似的模拟水量与污染物入河量状况，与实际相差较大。现有的水量水质调控方法对于污染控制的分析缺乏对用水导致水量和污染负荷排放对水功能区达标状况的双重影响因素的考虑，难以从技术角度分析合理的水量水质联合调控措施，以实现水功能区达标要求。现有河流纳污能力计算方法主要是以河流设计流量分析计算水功能区的纳污能力，通过对水文历史资料分析，通过频率分析得出给定的偏枯保证率(通常为75%或90% )条件下的河流断面流量，以该流量为基础，考虑河流自净能力设计分析可以容许水功能区不超标的污染负荷入河量。没有考虑到人工用水和工程调度(人工的水源分配)与自然水循环之间的动态关系，不能反映人工取水、水利工程调控等因素改变径流过程进而影响纳污能力的普遍性实际情况。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了，所述的方法综合分析用水与工程调度对河道流量过程的影响，建立调控模型，并提出了基于用水调控的水功能区动态纳污能力的分析计算方式，为水功能区污染负荷入河控制量分析提供基础，实现流域水质水量总量控制技术。本专利技术所述的方法对水量调控和水质目标控制分别按照水资源分区和河流水功能区进行控制，并建立二者之间的水量传输排放关系。本专利技术的目的是这样实现的，所述方法的步骤如下构建水量调控模拟模型的步骤用于以流域水资源分区和行政分区嵌套形成水功能区的计算单元，并将水功能区的主要控制工程节点和水功能区控制断面作为基本信息模拟单元；分析所述水功能区范围内的水量平衡信息，建立计算单元与水功能区地表径流汇流与用水退水关系，计算用水影响下的水功能区控制断面过流；所述的水功能区断面的流量计算公式如下Q = W±+W*-U+S式中Q-水功能区控制断面过流量，W上-上游来水量，W本-水功能区所在单元地表径流量，U-水功能区所在单元地表取用水量，S-水功能区所在单元用水后退入水功能区断面水量；计算水功能区控制断面流量的步骤用于使用水量调控模拟模型计算水功能区的断面流量；计算入河污染负荷量的步骤用于对入河的污染源进行量化的估算，包括对工业点源产生量估算和城镇生活点源产生量估算；基于水功能区的纳污能力计算的步骤用于根据水量调控模拟模型的流量计算结果，采用一维水质模拟公式计算用水影响条件下的水功能区纳污能力 M = 31. 5 (Cs-C0 exp (-kL/u)) exp (kx/u) Qr，式中M_污染物纳污能力(t/a)，Cs-水功能区下断面水质目标控制因子浓度(mg/L)，Ctl-水功能区上断面水质目标控制因子浓度(mg/L)，k-污染物综合衰减系数(1/s)，L-水功能区长度(m)，X-排污口下游断面距水功能区下断面纵向距离(m)，u-设计流量下的平均流速(m/s),Qr-设计流量(m3/s)；分析水功能区达标状况的步骤用于使用水功能区达标分析模型，通过污染负荷产生入河量与水功能区纳污能力对比分析水功能区达标状况，如果若水功能区达标率不能实现，则回到“构建水量调控模拟模型的步骤”调整数据量，重新进行计算，直至实现水功能区达标率，则结束过程。本专利技术产生的有益效果是本专利技术通过构建流域级水功能区的水量调控模拟模型，考虑人工用水、工程调度与自然水循环关系，同时构建水功能区纳污能力分析模型，使用纳污能力分析模型以及水量调控模拟模型为依据分析计算水功能区的纳污能力，根据分析计算结果对流域的水量和水质进行调控。与现有技术相比，本专利技术充分考虑人工用水、工程调度与自然水循环三方面的因素，对流域水质的纳污能力分析更加准确，使水量调控更加合理。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图I是本专利技术的实施例一所述方法的流程图；图2是本专利技术实施例一所述方法中水量调控模拟模型的水源用户配置关系示意图；图3是本专利技术实施例一所述方法的水量调控模拟模型的计算流程示意图；图4是计算单元与水功能区关系示意图；图5是本专利技术的实施例二所述水量调控模拟模型的计算基本流程图。具体实施例方式实施例一本实施例是。本实施例采用了一种水资源分区和水功能区嵌套计算的新形式，实现了水量调控模拟和河流纳污能力计算的融合。本实施例的关键在于一是整体水量水质调控的技术设计；二是基于水功能区的水量调控模拟模型；三是基于用水的动态纳污能力计算；四是水功能区达标状况分析模型。其中，基于水功能区的水量调控模拟模型计算是本实施例的重点所在。本实施例所述方法中涉及水资源分区、水功能区及计算单元等不同性质而又互相关联的信息承载体。其中，计算单元为流域划分中的水资源分区与行政区单元嵌套形成的区域，承载区域水资源量以及供用水等信息；水功能区为表征具有水质目标要求的河流分段划分。 所述的水资源分区是指针对水资源规划提出的流域划分，水资源分区是一种类似行政区域的面状结构。水功能区是以河流为划分对象，科学合理地在相应水域划定具有特定功能、满足水资源开发利用和保护要求的河流分段划分。水功能区是以河流为主的线状信息结构。水量调控模拟模型中的计算单元是水资源分区和行政分区通过地理位置上相互嵌套关系形成的区域，模拟中每个计算单元包括不同用户的用水需求、污水处理水平、小型工程调蓄与供水能力等信息。本实施例所述方法根据对于现有纳污能力计算局限性的分析，对水质水量的总量调控分析涉及对水量过程、水质模拟过程的联合分析。上述各部分工作通过方案设置和多层次反馈实现对水质水量联合调控的模拟分析。本实施例所述方法包括水量调控模拟模型、入河污染负荷预测模型、纳污能力分析模型和水功能区达标分析模型。模型间的相互关系为水量调控模拟模型计算用水与水功能区控制断面流量；入河污染负荷预测模型分析入河污染负荷量；纳污能力分析模型根据水量模拟调控的流量结果计算特定用水情景下水功能区纳污能力，通过纳污能力分析模型对比动态水量条件下的水功能区纳污能力；水功能区达标分析模型通过污染负荷产生入河量与水功能区纳污能力对比分析水功能区达标状况。在上述模型顺序计算得出水功能区达标状况后，若水功能区达标率不能实现，可以进一步根据输入信息对用水量、工程调度方案、污水处理和污染控制措施进行反馈调整，从源用水、治污、调度等环节实现水量水质的联合调控，提出总量控制目标，达到污染控制目的。本实施例所述方法的步骤如下，如图I所示构建水量调控模拟模型的步骤用于以流域水资源分区和行政分区嵌套形成水功能区的计算单元，并将水功能区的主要控制工程节点和水功能区控制断面作为基本信息模拟单元；分析所述水功能区范围内的水量平衡信息，建立计算单元与水功能区地表径流汇流与用水退水关系，计算用水影响下的水功能区控制断面过流；所述的水功能区断面的流量计算公式如下Q = W±+W*-U+S式中Q-水功能区控制断面过流量，W上-上游来水量，W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水功能区的水量水质调控方法，其特征在于所述方法的步骤如下：构建水量调控模拟模型的步骤：用于以流域水资源分区和行政分区嵌套形成水功能区的计算单元，并将水功能区的主要控制工程节点和水功能区控制断面作为基本信息模拟单元；分析所述水功能区范围内的水量平衡信息，建立计算单元与水功能区地表径流汇流与用水退水关系，计算用水影响下的水功能区控制断面过流；所述的水功能区断面的流量计算公式如下：Q＝W上+W本？U+S式中：Q？水功能区控制断面过流量，W上？上游来水量，W本？水功能区所在单元地表径流量，U？水功能区所在单元地表取用水量，S？水功能区所在单元用水后退入水功能区断面水量；计算水功能区控制断面流量的步骤：用于使用水量调控模拟模型计算水功能区的断面流量；计算入河污染负荷量的步骤：用于对入河的污染源进行量化的估算，包括：对工业点源产生量估算和城镇生活点源产生量估算；基于水功能区的纳污能力计算的步骤：用于根据水量调控模拟模型的流量计算结果，采用一维水质模拟公式计算用水影响条件下的水功能区纳污能力：M＝31.5(Cs？C0？exp(？kL/u))exp(kx/u)Qr，式中：M？污染物纳污能力(t/a)，Cs？水功能区下断面水质目标控制因子浓度(mg/L)，C0？水功能区上断面水质目标控制因子浓度(mg/L)，k？污染物综合衰减系数(1/s)，L？水功能区长度(m)，x？排污口下游断面距水功能区下断面纵向距离(m)，u？设计流量下的平均流速(m/s)，Qr？设计流量(m3/s)；分析水功能区达标状况的步骤：用于使用水功能区达标分析模型，通过污染负荷产生入河量与水功能区纳污能力对比分析水功能区达标状况，如果若水功能区达标率不能实现，则回到“构建水量调控模拟模型的步骤”调整数据量，重新进行计算，直至实现水功能区达标率，则结束过程。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游进军，牛存稳，褚俊英，贾仰文，魏娜，贺华翔，薛小妮，贾玲，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：