CN106530172A

CN106530172A - 一种流域污染控制单元的划分方法

Info

Publication number: CN106530172A
Application number: CN201610913547.XA
Authority: CN
Inventors: 高俊峰; 张志明; 高永年
Original assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Geography and Limnology of CAS
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明公开了一种流域污染控制单元的划分方法，基于污染控制单元划分的目的与原则，进行流域基础调查评价；根据实地水文调查，咨询当地的水文专家，利用DEM进行数字地形分析，得到河流流域的模拟河网和流域汇水图，从而概化流域水系，划分集水区；识别流域内特征污染物，计算污染物的排放量，根据污染源类型和影响范围，对集水区进行合并，确定初步流域污染控制单元；根据行政边界调整流域污染控制单元，最终确定流域污染控制单元，生成流域污染控制单元图。本发明方法根据流域水生态功能的要求，同时考虑行政区划、流域特征和污染源分布特点等，将污染源所在区域与受纳水域划分为若干水污染控制单元，为流域水质目标管理提供了支撑。

Description

一种流域污染控制单元的划分方法

技术领域

本发明属于水环境管理与水污染防治综合利用技术领域，涉及一种流域污染控制单元的划分技术。

背景技术

自20世纪80年代以来，我国流域水污染防治工作虽然取得阶段性进展，但随着经济高速发展和城市化进程加快，流域水污染问题也日趋严重。为应对我国流域水污染防治严峻的形势，更加合理地解决流域分区的问题，提倡有重点、有区别地制定流域水污染防治策略，提高流域水环境保护工作的效率，已成为我国流域水环境管理所面临的重大挑战。

流域污染控制单元划分是我国编制流域水污染防治规划的重要内容，也是我国流域水质目标管理技术体系的第一步。其目的是使复杂的流域水环境问题分解到各控制单元内，将规划的目标和任务逐级细化，并突出重点，从而实现整个流域的水环境质量改善。

流域污染控制单元是影响受损水体的污染源空间范围，为流域水质目标管理或TMDL(Total Maximum Daily Loads)实施的基本单元，其中TMDL是指在满足水质标准的条件下水体能够接受某种污染物的最大日负荷量。进行污染控制单元划分，实现从污染源到入河排污口到水体水质之间的响应，建立由水体到污染源的负荷消减方案，逐步改善和恢复水质。目前，国际上做的较好的是美国，已经建立了完整的TMDL管理体系，而我国这方面的研究才刚刚起步，特别是针对流域的面向TMDL管理的污染控制单元划分方案。针对湖域特征和水质目标管理的要求，探讨流域污染控制单元划分技术，并选择兼有平原和丘陵山区的典型流域进行案例研究，以便为流域水质目标管理提供支撑。因此，科学划定流域污染控制单元，对于制定和落实流域水污染防治规划的目标和任务具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流域污染控制单元的划分方法，适用于陆域河流、湖泊、沼泽、塘库等地表水体，在全面考虑流域自然地理、地貌、水文、行政区以及相关区划方案的基础上，以有利于污染控制单元划分为目的，将流域划分为一系列相对同质、均匀的单元，为编制流域水污染防治规划和制定流域水质目标管理技术体系提供基础。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，基于污染控制单元划分的目的与原则，进行流域基础调查评价；根据实地水文调查，咨询当地的水文专家，利用GIS技术对流域数字高程模型(DEM)进行数字地形分析，得到流域的模拟河网和流域汇水图，从而概化流域水系，划分集水区；识别流域内特征污染物，计算污染物的排放量，根据污染源类型和影响范围，对污染控制单元的最基本单元-集水区进行合并，确定初步流域污染控制单元；根据行政边界调整流域污染控制单元，最终确定流域污染控制单元，生成流域污染控制单元图。

所述的流域污染控制单元的划分方法，主要通过以下几个步骤来实现：

(1)明确划分目的与原则

流域污染控制单元划分的目的是，综合水文单元完整性、行政单元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基础上，构建基于水生态功能水质水生态质量要求的污染控制单元划分技术方法，为满足水生态功能分区保护目标下的水质目标管理，提供技术支持，以实现水资源的可持续利用。

流域污染控制单元划分的原则：根据流域水生态功能的要求，同时考虑行政区划、流域特征和污染源分布特点等，将污染源所在区域与受纳水域划分为若干水污染控制单元。

(2)进行流域基础调查评价

主要包括流域自然社会经济状况调查、流域污染源调查和评价以及流域水质监测和评价。

(3)识别流域特征污染物

根据历史调查和水质监测，识别确定流域特征污染物。所述的特征污染物至少包括COD和氨氮，还可以包括总磷、总氮等。

(4)概化流域水系，划分集水区

利用GIS技术对流域数字高程模型(DEM)进行数字地形分析，得到流域的模拟河网和流域汇水图，从而概化流域水系，划分集水区；以集水区作为污染控制单元的最基本单元。

划分集水区可根据实地水文调查，并咨询当地的水文专家的意见进行调整。

(5)合并集水区，形成初步污染控制单元

根据污染源排放量调查数据，计算污染物的排放量，并对各集水区进行赋值；根据污染源类型和影响范围，对污染控制单元的最基本单元-集水区进行合并。

集水区某种污染物排放量计算公式：

式中S为集水区内某种污染物排放量；xi为该集水区内第i种污染源的某种污染物排放量；n为该集水区内污染源的总数。

对污染控制单元的合并包括以下三种方式之一：

A、对于相邻的污染控制单元(集水区)，如果污染源类型相同，则可以把它们合并成一个较大污染控制单元。

B、对于集水区面积大的区域，如果污染源影响范围较小，则可以把影响区域作为污染控制单元。

C、同一行政区内污染源影响范围超过两个或多个集水区，则可以把它们合并成一个污染控制单元。

(6)调整初步污染物控制单元，确定污染控制单元边界，生成最终流域污染控制单元图

根据行政边界调整污染控制单元，并综合当地政府、有关部门和专家意见，考虑与其他规划的协调性和可操作性，最终确定污染控制单元边界，生成流域污染控制单元图。

有益效果：本发明的流域污染控制单元的划分方法，能够根据流域水生态功能的要求，同时考虑行政区划、流域特征和污染源分布特点等，将污染源所在区域与受纳水域划分为若干水污染控制单元。本发明方法在综合水文单元完整性、行政单元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基础上，构建基于水生态功能水质水生态质量要求的污染控制单元划分技术方法，为满足水生态功能分区保护目标下的水质目标管理，提供技术支持，以实现水资源的可持续利用。

附图说明

图1本发明的流域污染控制单元的划分方法的流程示意图；

图2根据本发明方法形成的太湖流域水质目标管理污染控制单元图。

具体实施方式

以太湖流域为例，结合附图1和附图2对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的流域污染控制单元的划分方法，其流程如附图1所示，包括如下步骤：

(1)明确流域污染控制单元划分目的与原则

流域污染控制单元划分的目的：综合水文单元完整性、行政单元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基础上，构建基于水生态功能水质水生态质量要求的污染控制单元划分技术方法，为满足水生态功能分区保护目标下的水质目标管理，提供技术支持，以实现水资源的可持续利用。

流域污染控制单元的划分，受以下原则的约束：

(i)可持续发展原则：

水污染控制单元划分应与区域水资源开发利用规划及社会经济发展规划相结合，保障水体健康和保护水生态环境的结构和功能，促进社会经济和生态环境的协调发展。

(ii)保护饮用水水源地原则

对含有饮用水水源地的污染控制单元要更加重视，优先治理和管理。

(iii)污染控制单元完整性原则

水污染控制单元在空间上具有连续性和完整性。

(iv)管理可操作性原则

划分工作考虑行政边界，依据行政边界调整污染控制单元。

(v)数据可得性原则

人口等社会经济数据和污染源数据等通常只能从乡镇一级得到；水质监测的指标选择易测得的指标。

(2)进行流域基础调查评价

根据流域污染控制单元划分目的与原则，对流域以下几方面进行基础调查评价：

I、流域自然社会经济状况调查：了解太湖流域整体情况，包括自然、经济和社会状况。获取所需的资料，主要包括太湖流域空间地形资料、土地利用资料、土壤资料、水文资料、水质监测资料、气象资料和历年社会经济统计资料等。

II、流域污染源调查和评价：通过获取的资料、报告以及野外调查确认污染源类型(点源、非点源、自然背景)、数量、排污量和空间位置和对水体的影响程度。对污染源进行评估，为污染排放负荷的计算提供依据。污染源调查和评价，根据流域尺度确定调查精度，分别为市、县(镇)、乡。

与本发明的流域污染控制单元划分相关，污染源调查和评价的内容、方法或数据来源主要包括：

1、工业污染源

工业污染源主要参数及基本情况来源于企业申报、环境统计和实地监测，可根据实际情况进行适当修正。

2、城市生活污染源

在《城市生活污染源调查表》中，获得各区、县非农业人口数和调查了解全市非农业人口的废水排放情况，以及全社会非生产用水总量情况，确定城市污染源排放情况。

人均综合用水量：即全社会非生产用水总量与非农业人口之比。在这里的非农业人口指生活污水排入城市生活下水管网的人群数量。

人均综合排水量：根据城市周边河流分布情况、城市下水管网分布情况和《环境统计手册》所提供的排水系数(65％)，确定人均排水量，即人均综合排水量＝0.65×人均综合用水量。

通过全市典型生活污水排污口实测得来生活污水平均浓度(COD、氨氮的城市平均排放浓度、乡镇平均排放浓度)。《城市生活污染物排放量表》中生活污染物排放量为：生活污水排放平均浓度×人均综合排水量×非农业人口数。

人均每日生活污染物排放量：城市生活污染物排放量÷城市非农业人口数÷天数。根据《全国水环境容量核定技术指南》中提供的人均每日生活排污系数为COD 60-100g/人.日，氨氮为4-8g/人·日。可据此进行校正。

3、农业生活污染源

农村除农业灌溉用水之外，所有用水量为综合用水量，农村人均用水量＝综合用水量÷农业人口数。人均废水排放量＝人均综合用水量×排水系数(排水系数为0.65)

从各县区上报的调查表中得知各县区畜禽养殖量，并将所有畜禽换算为猪，换算关系如下：30只蛋鸡折合为1头猪，60只肉鸡折合为1头猪，3只羊折合为1头猪，5头猪折合为1头牛。《农村生活污染物排放量表》中，农村生活污染物排放系数如下：人COD产生量40g/天、氨氮4g/天；猪产生污染物量为COD50g/天、氨氮10g/天。

农村人均综合用水量为90升/人.年，在人均用水标准80-160升/人.年之内。

4、农田径流污染源调查

《农田基本情况表》中的农田面积、土地坡度、农作物类型、土壤类型、化肥施用量、年降水量通过各县区的上报资料获得。

标准农田是指平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为25-35公斤/亩.年，降雨量在400-800mm范围内的农田。标准源强系数为COD10kg/亩.年，氨氮2kg/亩.年。

根据农田情况对源强系数修正，依据为：

坡度修正：土地坡度在25°以下，流失系数为1.1；25°以上，流失系数为1.3。

土壤类型修正：根据土壤类型查得修正系数。

化肥施用量修正：化肥亩施用量在25公斤以下，修正系数为0.8；在25-35之间修正系数为1.0；在35公斤以上，修正系数为1.5。

降雨量修正：根据降雨量查得修正系数。

源强系数是各修正系数的乘积。

5、禽畜养殖污染源调查与计算

在《畜禽养殖污染物调查表》中“养殖数量”栏，将各种畜禽数量都折合为猪的数量。

畜禽养殖污染物产生量：按照经验系数核定，猪：COD50g/头.天，氨氮10g/头.天计算。

6、城市径流污染源调查与计算

标准城市是指地处平原地带，城市非农业人口在100万-200万之间，建成区面积在100平方公里左右，年降水量在400-800mm之间，城市雨水收集管网普及率在50-70％之间的城市。根据城市径流的几个因素进行系数修正。

地形修正系数：2.5。

人口修正系数：100万人以下取人口修正系数为0.3。

面积修正系数：市辖区面积在75-150平方公里，修正系数为1。其它地区都在75平方公里以下，修正系数为0.5。

降雨修正系数：降雨量为400-800mm，故降雨系数为1。

管网系数修正：根据管网覆盖率查得管网系数。

7、矿山污染源调查与计算

矿山径流所带入河道中的主要污染物为重金属，COD、氨氮排放量可视为零。

8、城市污水处理设施建设情况

城市污水处理设施主要参数及基本情况来源于企业申报、环境统计和实地监测，可根据实际情况进行适当修正。

III、流域水质监测和评价

设置水质监测点位，具体方法如下：对汇水单元中的河流分别在其流入该汇水区及流出时设立两个点位，依据污染源的调查结果，针对污染源多且集中的地方在河流上方和下方各设立点位监测。最终，根据水质监测资料，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对水质现状进行评价，部分特殊指标应参照有关标准进行评价。采样点选取的时间具有代表性。丰水期、枯水期各一次。

(3)识别流域特征污染物

根据历史调查和水质监测，识别并确定流域特征污染物。国内流域的共性污染物为COD，此外，污染控制单元划分后需进行TMDL计划，计算水体纳污能力，目前中国对一般性河流水体纳污能力计算通常采用传统的一维模型，而且研究主要以COD和氨氮为主控因子；对于富营养化的水体，可选总磷、总氮为辅助指标。

(4)概化水系，划分集水区

利用数字高程模型(DEM)概化区域水系，划分集水区。基于数据可得性和管理可操作性，划分污染控制单元不应小于乡镇区域，依据由下向上路线，作为污染控制单元的最次级单元，集水区大小应小于或相当于乡镇大小。

把污染源在行政区划和集水区两个层面上进行汇总、评价和分析。利用GIS空间分析中的叠加分析(Overlay)功能，可以确定集水区相对应的行政单元。

(5)合并集水区，形成初步流域污染控制单元

污染控制单元划分从小到大，可适当合并；根据污染源排放量调查数据，计算污染物的排放量，对各集水区进行赋值。对于相邻的污染控制单元，如果污染源类型相同，则可以把它们合并成一个较大污染控制单元。

对于集水区面积大的区域，如果污染源影响范围较小，则可以仅把影响区域作为控制单元，而不必把集水区设为污染控制单元。

同一行政区(分县或分镇)内污染源影响范围超过两个或多个集水区，则可以把它们合并成一个污染控制单元。

集水区某种污染物排放量计算公式：

(6)调整初步污染物控制单元，生成最终流域污染控制单元图

根据行政边界调整污染控制单元，综合当地政府、有关部门和专家意见，考虑与其他规划的协调性和可操作性，最终确定污染控制单元边界，生成流域污染控制单元图。可以根据不同类型污染源划分不同类型的污染控制单元(如农村面源、农田面源、工业源、城镇点源、综合源等)。

对于地势平坦的区域，可以直接基于行政区域划分污染控制单元。基于不同尺度范围，根据分级管理原则，污染控制单元可以划分不同等级。

对于污染控制单元划分工作需统一规范、分级控制。制定统一的工作程序，包括统一数据来源、统一操作平台、统一方法、统一标准等。在每个控制单元内，污染物排放清单应齐全，水域水质控制断面应有常规监测资料。

Claims

1.一种流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，基于污染控制单元划分的目的与原则，进行行流域基础调查评价；根据实地水文调查，咨询当地的水文专家，利用GIS技术对流域数字高程模型进行数字地形分析，得到流域的模拟河网和流域汇水图，从而概化流域水系，划分集水区；识别流域内特征污染物，计算污染物的排放量，根据污染源类型和影响范围，对污染控制单元的最基本单元-集水区进行合并，确定初步流域污染控制单元；根据行政边界调整流域污染控制单元，最终确定流域污染控制单元，生成流域污染控制单元图。

2.根据权利要求1所述的流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)明确流域污染控制单元划分的目的和原则；

(2)进行流域基础调查评价

主要包括流域自然社会经济状况调查、流域污染源调查和评价以及流域水质监测和评价；

(3)识别流域特征污染物

根据历史调查和水质监测，识别确定流域特征污染物；所述的特征污染物至少包括COD和氨氮；

(4)概化流域水系，划分集水区

利用GIS技术对流域数字高程模型(DEM)进行数字地形分析，得到流域的模拟河网和流域汇水图，从而概化流域水系，划分集水区；以集水区作为污染控制单元的最基本单元；

(5)合并集水区，形成初步流域污染控制单元

根据污染源排放量调查数据，计算污染物的排放量，并对各集水区进行赋值；根据污染源类型和影响范围，对集水区进行合并；

(6)调整初步流域污染物控制单元，生成流域污染控制单元图

根据行政边界调整流域污染控制单元，综合当地政府、有关部门和专家意见，考虑与其他规划的协调性和可操作性，最终确定流域污染控制单元边界，生成流域污染控制单元图。

3.根据权利要求2所述的流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，步骤(3)中所述的特征污染物还包括总磷和总氮。

4.根据权利要求2所述的流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，步骤(5)中集水区某种特征污染物排放量计算公式为：

S = Σ_{i = 1}^{n} x_{i}

式中S为集水区内某种特征污染物排放量；xi为该集水区内第i种污染源的某种特征污染物排放量；n为该集水区内污染源的总数。

5.根据权利要求2所述的流域污染控制单元的划分方法，其特征在于，步骤(5)中对污染控制单元的合并采用以下三种方式之一：

A、对于相邻的集水区，如果污染源类型相同，则把它们合并成一个较大污染控制单元；B、对于区域面积大的集水区，如果污染源影响范围较小，则把影响区域作为污染控制单元；

C、同一行政区内污染源影响范围超过两个或多个集水区，则把它们合并成一个污染控制单元。