CN106326405B - 一种水库流域生态保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水库流域生态保护方法，其包括建立水库流域数字地理信息系统并进行单元划分的步骤；建立村镇、人口、畜牧养殖、工矿企业等污染物数据库的步骤；建立分布式降雨径流和污染物运移耦合模型的步骤；分析污染物在单元间的运移规律的步骤；本发明可诊断水库流域生态安全问题、分析水库主要污染物来源及时空分布特征、水环境演变过程。从源头上实行面源污染的控制，通过河流生态措施，以及流域末端河口湿地治理措施，实现入库水质达到理想的水质标准，本发明对于水库水资源保护、美丽乡村建设和流域生态环境修复起到重要技术支撑作用。
Description
技术领域
本发明涉及水源地生态环境保护领域，具体涉及一种水库流域生态保护方法。
背景技术
近年来，随着水库流域即水源地内人口的不断增加，农村人口城镇化脚步的不断加快，以及流域内农牧业等不断发展，流域内人均排污量以及各种农牧业污染物的排放量也不断增加，大量农药、化肥、牲畜粪便、垃圾、工矿业污染物等进入库区，致使水库水质不断恶化，水体富营养化现象日趋严重，甚至出现水华爆发等现象，严重影响水库供水安全。
人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法，其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，而使水质得到净化。
人工湿地系统水质净化的关键在于工艺的选择和对植物的选择及其配置。如何确定湿地位置和设计规模．选择和搭配适宜的湿地植物，以达到最佳的去污效果，是持续有效改进湿地去污效果和监控水体水质的一种技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够改善流域水环境状况、以流域整体为对象进行统一规划和管理的水库流域生态保护方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种水库流域生态保护方法，其包括下述步骤：
步骤一：获取水库流域矢量地形图；
步骤二：基于水库流域土地植被覆盖情况，建立水库流域土地类型数据库，所述水库流域土地类型包括草地、园地、有林地、水田及旱地；同时建立水库流域污染源分布数据库，所述水库流域污染源包括村镇人口污染源、农业污染源、畜牧养殖污染源以及工矿企业污染源；
步骤三：对水库全流域进行子流域单元划分，所述子流域单元划分是按照河网汇聚流水的分水岭圈划；
步骤四：以行政村为统计单元，计算人类生活污染物排放量、化肥农药残留污染物排放量、畜禽养殖污染物排放量、工矿企业污染物排放量及污染物排放量指标；并建立污染物数据库，映射到子流域单元，实现横向与纵向相结合的存储与显示；所述横向是指污染源；所述纵向是指污染源指标及其运移过程；
步骤五：以行政村为统计单元，实现地形图信息与污染物数据列表的交互式显示；通过子流域单元与河网定向性连接，建立污染物向库区运移扩散的空间网络结构；
步骤六：建立对所述流域的降雨量空间分布信息数据库，实现对丰水年、平水年、枯水年的雨量在子流域单元上的分配；
步骤七：考虑影响雨量的蒸发、入渗、累积过程和消耗过程的影响，建立水库流域降雨量与径流量的对应关系；
步骤八：建立降雨径流和污染物运移耦合模型，根据子流域单元内的污染物在水中的溶解性污染物和非溶解性污染物在不同降雨径流量下的运移能力和规律，得出每一个子流域单元出口处以及水库入河口处的污染物在时间上、空间上的分布，进一步得出各支流口处污染物指标负荷量；所述各支流口处污染物是指总氮TN、总磷TP和氨氮NH3-N；
步骤九：设定入库水质目标；所述入库水质包括入库水质Ⅱ类或入库水质Ⅲ类；入库水质Ⅱ类年达标天数不少于90%，入库水质Ⅲ类水质年达标天数为100%；通过所述降雨径流量与污染物运移耦合模型，将污染物吸收、分解至各子流域单元；
步骤十：针对所述污染物在子流域单元上的分布特征和对水库入库水质控制目标，依据污染物排放超标的指标情况，结合子流域单元的地形、地质、水流流向，采取人工生态塘措施、生态河流措施和湿地措施，实现污染物点面结合的吸收、分解和富集，达到水库全流域生态保护的目的。
本发明有益效果是：本发明是通过对水库流域即水源地地形图数字化，在一定阈值的河网汇聚流量下按分水岭圈划计算单元；本发明是以村庄为基础，建立人口、耕地面积、主要作物与规模、化肥、农药、畜禽养殖、工况企业等基本信息库，并映射到子流域单元；本发明是建立降雨、径流和污染物运移耦合模型，对单元内的污染物在水中的溶解和非溶解性污染物在不同径流量下的运移能力和规律，得出每一个支流即计算单元出口以及水库入河口处的污染物在时间上、空间上的分布；本发明是在水库流域内开展“一沟一塘”的治污技术措施，从源头上控制面源污染物的达标排放和运移，实现水源地生态保护。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明的实质内容。
为改善流域水环境状况，以流域整体为对象，进行统一规划和管理。本发明的步骤包括获取水库流域矢量地形图；基于水库流域土地植被覆盖情况，建立水库流域土地类型数据库，所述水库流域土地类型包括草地、园地、有林地、水田及旱地；同时建立水库流域污染源分布数据库，所述水库流域污染源包括村镇人口污染源、农业污染源、畜牧养殖污染源以及工矿企业污染源；对水库全流域进行子流域单元划分，所述子流域单元划分是按照河网汇聚流水的分水岭圈划；以行政村为统计单元，计算人类生活污染物排放量、化肥农药残留污染物排放量、畜禽养殖污染物排放量、工矿企业污染物排放量及污染物排放量指标；并建立污染物数据库，映射到子流域单元，实现横向与纵向相结合的存储与显示；所述横向是指污染源；所述纵向是指污染源指标及其运移过程；以行政村为统计单元，实现地形图信息与污染物数据列表的交互式显示；通过子流域单元与河网定向性连接，建立污染物向库区运移扩散的空间网络结构；建立对所述流域的降雨量空间分布信息数据库，实现对丰水年、平水年、枯水年的雨量在子流域单元上的分配；考虑影响雨量的蒸发、入渗、累积过程和消耗过程的影响，建立水库流域降雨量与径流量的对应关系；建立降雨径流和污染物运移耦合模型，根据子流域单元内的污染物在水中的溶解性污染物和非溶解性污染物在不同降雨径流量下的运移能力和规律，得出每一个子流域单元出口处以及水库入河口处的污染物在时间上、空间上的分布，进一步得出各支流口处污染物指标负荷量；所述各支流口处污染物是指总氮TN、总磷TP和氨氮NH3-N；设定入库水质目标；所述入库水质包括入库水质Ⅱ类或入库水质Ⅲ类；入库水质Ⅱ类年达标天数不少于90%，入库水质Ⅲ类水质年达标天数为100%；通过所述降雨径流量与污染物运移耦合模型，将污染物吸收、分解至各子流域单元；针对所述污染物在子流域单元上的分布特征和对水库入库水质控制目标，依据污染物排放超标的指标情况，结合子流域单元的地形、地质、水流流向，采取人工生态塘措施、生态河流措施和湿地措施，实现污染物点面结合的吸收、分解和富集，达到水库全流域生态保护的目的。本发明还包括建立水库流域降水、径流、水质的过程模拟模型的步骤；通过建立水库流域降水、径流、水质的过程模拟模型，根据实测指标率定，在自然条件下入库水质指标，并与水质目标指标对比，获得污染处理与资源化利用的最佳效果；在所述水库流域内开展生态塘治污措施、生态河流治污措施以及湿地治污措施，通过对污染物的吸收、分解和富集的方法,消减入库水体中的污染物质含量，实现水源地生态保护，使河道入库水质满足目标要求。本发明在分析流域污染物总量控制技术的基础上，构建流域内污染物数据库，确定合适的总量控制标准，构建流域内污染负荷的时空分布规律，并提出合理的污染控制体系。本发明通过构建降雨、径流和污染物运移耦合模型，优化生态塘位置和设计规模，分析入库水体水质指标，获得污水处理与资源化的最佳效益；通过在水库流域内开展“一沟一塘”的治污技术措施，从源头上控制面源污染物的达标排放和运移，实现水源地生态保护。
实施例1
某水库流域呈从东北向西南走向的不规则狭长矩形区域，东西长约42.7km，南北宽约37.7km，流域覆盖面积755km2；流域地势东北高西南低，高程在50m至1421m之间，最大高差为1371m；流域内主要有4条河流汇入水库。
按分水岭圈划的计算单元，并从0开始实现自动编码。计算子流域单元与其包含的河道或河沟组成子流域单元。
该水库流域共划分单元个数：237个；最大面积：13.69km²，10#单元；最小面积：0.30km²，77#单元。
136个子单元含有村庄，其中161#单元包含村庄最多，共7个。
流域植被覆盖情况将本流域土地利用类型分为6类，分别为草地、园地、有林地、灌木林、水田及旱地，经统计显示：旱地面积最大，占总面积的44.01%，其次是有林地和草地，分别占19.85%和18.44%。
流域非点源污染物划分为农村生活污水及固体废弃物、化肥农药流失量、分散式畜禽废水排放物、水土流失污染物、城镇地表径流携带物五个大类，并进行分类编码，如表1所示。
表1 一种水库流域非点源污染分类表
水库流域面源污染物分析统计结果为，流域内有企业25家，其中铁选厂18家，村镇年产生生活污水390万吨、生活垃圾3.2万吨；耕地26.67万亩，施用化肥17598吨、农药498吨；饲养家禽136.2万只、牲畜21.8万头，分别产生粪便5.4万吨、32.3万吨。
影响流域非点源污染的因素多且复杂，有与产汇流过程密切相关的降水、降雨强度、地形地势等因素，还有非点源污染的强源，污染物地表累计量的土地利用类型、人类活动强度等因素。结合流域内选定的湿地位置、规模及采取的生物措施等，经分析计算，179个支流即子单元污染物排放超标，修建204个人工湿地即生态塘。实施后入库水质Ⅱ类达标天数达91.1%，Ⅲ类水质达标天数达100%。
本发明采用“动态观测-多维模拟-流域污染负荷解构-综合评价”的方法，掌握流域生态环境的演化过程，从而正确诊断水库流域生态安全问题。完成水库的水环境、水生态特征、主要污染物来源及时空分布特征、水环境演变过程等。在水库流域内开展“一沟（支流）一（生态）塘”的治污技术措施，从源头上控制面源污染物的达标排放和运移，进行面源污染的控制与消减，实现水源地生态保护。本发明具有诊断水库流域生态安全问题，分析水库主要污染物来源及时空分布特征、水环境演变过程，通过河流生态与河口湿地措施，实现入库水质达到理想的水质标准；本发明对于水库水资源地保护、美丽乡村建设和流域生态环境修复起到重要技术支撑作用。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种水库流域生态保护方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一：获取水库流域矢量地形图；
步骤二：基于水库流域土地植被覆盖情况，建立水库流域土地类型数据库，所述水库流域土地类型包括草地、园地、有林地、水田及旱地；同时建立水库流域污染源分布数据库，所述水库流域污染源包括村镇人口污染源、农业污染源、畜牧养殖污染源以及工矿企业污染源；
步骤三：对水库全流域进行子流域单元划分，所述子流域单元划分是按照河网汇聚流水的分水岭圈划；
步骤四：以行政村为统计单元，计算人类生活污染物排放量、化肥农药残留污染物排放量、畜禽养殖污染物排放量、工矿企业污染物排放量及污染物排放量指标；并建立污染物数据库，映射到子流域单元，实现横向与纵向相结合的存储与显示；所述横向是指污染源；所述纵向是指污染源指标及其运移过程；
步骤五：以行政村为统计单元，实现地形图信息与污染物数据列表的交互式显示；通过子流域单元与河网定向性连接，建立污染物向库区运移扩散的空间网络结构；
步骤六：建立对所述流域的降雨量空间分布信息数据库，实现对丰水年、平水年、枯水年的雨量在子流域单元上的分配；
步骤七：考虑影响雨量的蒸发、入渗、累积过程和消耗过程的影响，建立水库流域降雨量与径流量的对应关系；
步骤八：建立降雨径流和污染物运移耦合模型，根据子流域单元内的污染物在水中的溶解性污染物和非溶解性污染物在不同降雨径流量下的运移能力和规律，得出每一个子流域单元出口处以及水库入河口处的污染物在时间上、空间上的分布，进一步得出各支流口处污染物指标负荷量；所述各支流口处污染物是指总氮TN、总磷TP和氨氮NH3-N；
步骤九：设定入库水质目标；所述入库水质包括入库水质Ⅱ类或入库水质Ⅲ类；入库水质Ⅱ类年达标天数不少于90%，入库水质Ⅲ类水质年达标天数为100%；通过所述降雨径流量与污染物运移耦合模型，将污染物吸收、分解至各子流域单元；
步骤十：针对所述污染物在子流域单元上的分布特征和对水库入库水质控制目标，依据污染物排放超标的指标情况，结合子流域单元的地形、地质、水流流向，采取人工生态塘措施、生态河流措施和湿地措施，实现污染物点面结合的吸收、分解和富集，达到水库全流域生态保护的目的。
2.根据权利要求1所述的一种水库流域生态保护方法，其特征在于还包括建立水库流域降水、径流、水质的过程模拟模型的步骤；通过建立水库流域降水、径流、水质的过程模拟模型，根据实测指标率定，在自然条件下入库水质指标，并与水质目标指标对比，获得污染处理与资源化利用的最佳效果；在所述水库流域内开展生态塘治污措施、生态河流治污措施以及湿地治污措施，通过对污染物的吸收、分解和富集的方法，消减入库水体中的污染物质含量，实现水源地生态保护，使河道入库水质满足目标要求。
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