CN108197426B - 规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法 - Google Patents

规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，包括以下步骤：(1)调查确定小型河道纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置，根据调查结果确定概化后排污口的数量n'及位置xi(i＝1,2,...,n')；(2)测量并确定小型河道纳污河段达标控制断面位置x'，起始断面污染物浓度C0，测量河段平均流速u，河道流量Q；(3)根据步骤(2)的测量结果确定小型河道河段污染物降解系数k及其不确定度α；(4)计算该河段纳污能力的数学期望E(W)，作为该河段的纳污能力。本发明方法先进科学，能有效的估计任意规划排污口且降解系数不确定情况下河道的纳污能力，改进和提高河道水质的管理水平。

Description

规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污 能力估算方法
技术领域
本发明涉及规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，属于河道水质管理领域。
背景技术
河道纳污能力的确定是河道水质管理的重要手段，河道纳污能力计算结果是否正确决定了河道水质管理水平的高低以及河道水体保护是否成功。在河道纳污能力计算过程中，多个排污口经常被概化为单个排污口；这种概化方式对河道纳污能力的估计精度较差，而且以往排污口概化后的河道纳污能力的计算完全未考虑污染物降解系数的不确定性对河道纳污能力的影响，从而导致河道纳污能力计算结果的偏差，给河道水体水质保护工作带来非常不利的影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，该方法提高了纳污能力计算的准确性，易于在各种小型河道纳污能力的计算中推广。
本发明的目的是这样实现的，一种规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置，根据调查结果确定概化后排污口的数量n'及位置xi(i＝1,2,...,n')；具体包括以下步骤：
a.调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置；
b.根据调查结果将邻近的规划排污口概化为一个排污口，确定概化后排污口的数量n'及相对于起始断面的位置xi(i＝1,2,...,n')；
(2)确定纳污河段达标控制断面位置x'，测量起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u、河道流量Q；
(3)根据测量结果确定河段污染物降解系数k及其不确定度α；具体包括以下步骤：
a.反复测量达标控制断面污染物浓度多次，计算达标控制断面污染物浓度的平均值，并作为达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)；计算达标控制断面污染物浓度的方差D(C)；
b.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到的达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数k：
Figure BDA0001564669780000021
c.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到污染物降解系数k、达标控制断面污染物浓度的方差D(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数的不确定度α：
Figure BDA0001564669780000022
(4)根据纳污河段下游用水标准确定控制断面的污染物达标浓度Cs，排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q、河段起始断面污染物浓度C0计算该河段纳污能力的数学期望E(W)，作为该河段的纳污能力；具体包括以下步骤：
a.根据纳污河段下游用水标准确定达标控制断面的污染物达标浓度Cs；
b.结合排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q和河段起始断面污染物浓度C0，用下式计算河段纳污能力的数学期望E(W)并作为该河段的纳污能力：
Figure BDA0001564669780000023
本发明方法先进科学，为解决上述技术问题，本发明的规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，包括以下步骤：
(1)调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置，根据调查结果确定概化后排污口的数量n'及位置xi(i＝1,2,...,n')；(2)测量并确定该纳污河段达标控制断面位置x'，起始断面污染物浓度C0，测量河段平均流速u，河道流量Q；(3)根据测量结果确定该河段污染物降解系数k及其不确定度α；(4)根据纳污河段下游用水标准确定控制断面的污染物达标浓度Cs，根据排污口概化结果等计算该河段纳污能力的数学期望E(W)，作为该河段的纳污能力。
作为优选，所述步骤(1)，具体包括以下步骤:
a、调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置；
b、根据调查结果和实际经验将邻近的规划排污口概化为一个排污口，确定概化后排污口的数量n'及相对于起始断面的位置xi(i＝1,2,...,n')；
作为优选，所述步骤(3)，具体包括以下步骤:
a、反复测量达标控制断面污染物浓度多次，计算该断面污染物浓度的平均值，并作为该污染物浓度的数学期望E(C)；计算该断面污染物浓度的方差D(C)；
b、结合计算得到的污染物数学期望E(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0，河段平均流速u；根据随机微分分析结果，用下式计算污染物降解系数k：
Figure BDA0001564669780000031
c、结合计算得到污染降解系数k，该断面污染物浓度的方差D(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0，河段平均流速u；根据随机微分分析结果，用下式计算污染物降解系数的不确定度α：
Figure BDA0001564669780000032
作为优选，所述步骤(4)具体包括以下步骤：
a、根据控制断面下游用水的水质标准，确定控制断面污染物达标浓度Cs；
b、结合排污口概化结果，污染物降解系数k及其不确定性α，河段平均流速u，河道流量Q，河段起始断面污染物浓度C0，运用随机分析结果，用下式计算该河段纳污能力的数学期望E(W)并作为该河段的纳污能力：
Figure BDA0001564669780000033
有益效果：本发明结合纳污能力的概念和估计方式以及随机分析理论，提出了估算规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法。利用该方法能有效的估计任意规划排污口且降解系数不确定情况下河道的纳污能力，改进和提高河道水质的管理水平。该方法简单方便，易于在各河道管理实践中推广。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
一种规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，包括以下步骤：
(1)调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置，根据调查结果确定概化后排污口的数量n'及位置xi(i＝1,2,...,n')；具体包括以下步骤：
a.调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置；
b.根据调查结果将邻近的规划排污口概化为一个排污口，确定概化后排污口的数量n'及相对于起始断面的位置xi(i＝1,2,...,n')；
(2)确定纳污河段达标控制断面位置x'，测量起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u、河道流量Q；
(3)根据测量结果确定河段污染物降解系数k及其不确定度α；具体包括以下步骤：
a.反复测量达标控制断面污染物浓度多次，计算达标控制断面污染物浓度的平均值，并作为达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)；计算达标控制断面污染物浓度的方差D(C)；
b.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到的达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数k：
Figure BDA0001564669780000041
c.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到污染物降解系数k、达标控制断面污染物浓度的方差D(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数的不确定度α：
Figure BDA0001564669780000042
(4)根据纳污河段下游用水标准确定控制断面的污染物达标浓度Cs，排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q、河段起始断面污染物浓度C0计算该河段纳污能力的数学期望E(W)，作为该河段的纳污能力；具体包括以下步骤：
a.根据纳污河段下游用水标准确定达标控制断面的污染物达标浓度Cs；
b.结合排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q和河段起始断面污染物浓度C0，用下式计算河段纳污能力的数学期望E(W)并作为该河段的纳污能力：
Figure BDA0001564669780000051
下面结合附图和我国太湖平原某条小型河道实际观测数据对本发明作更进一步发明。
(1)按照图1所示流程图，记录该纳污河段起始断面位置x＝0米。然后，调查该河道上规划排污口分布位置。该河道排污口众多，约有15个，但主要集中于该河道的起始断面下游的1.5公里处和2.5公里处。
根据经验将15个排污口概化为位于起始断面下游1.5公里和2.5公里的两个排污口，即在本实施例中n'＝2，x1＝1500米和x2＝2500米。
(2)测量并确定该纳污河段达标控制断面位置x'在起始断面下游5.2公里处，即x'＝5200米，起始断面高锰酸盐指数浓度C0为9.8毫克/升，测量河段平均流速u为0.01米/秒，河道流量Q为1.15立方米/秒。
(3)反复测量控制断面高锰酸盐指数多次，计算该断面高锰酸盐指数的平均值，并作为高锰酸盐指数的数学期望E(C)；计算该断面高锰酸盐指数的方差D(C)。在本例中，该控制断面的高锰酸盐指数的数学期望为7.2毫克/升；高锰酸盐指数的方差为0.58毫克2/升2
根据下式计算得到该河道高锰酸盐指数的降解系数为0.166/天：
Figure BDA0001564669780000052
根据下式计算得到该河道高锰酸盐指数降解系数的不确定性为0.077/天1/2:
Figure BDA0001564669780000053
(4)该河段下游为农业用水区，执行国家水质标准《GB3838-2002》中的V类水质标准，因此该控制断面高锰酸盐指数的标准Cs为15毫克/升。
将上述计算和测量的高锰酸盐降解系数及其不确定性，纳污河段的长度，流量和流速，起始断面高锰酸盐指数代入下式：
Figure BDA0001564669780000061
计算可得该纳污河道在此排污口规划下其高锰酸盐指数的纳污能力为2.39吨/天。

Claims (1)

1.一种规划排污口任意多点概化下降解系数不确定的小型河道纳污能力估算方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置，根据调查结果确定概化后排污口的数量n'及位置xi(i＝1,2,...,n')；具体包括以下步骤：
a.调查确定纳污河段起始断面位置x和该河段上规划的排污口的数量n及其位置；
b.根据调查结果将邻近的规划排污口概化为一个排污口，确定概化后排污口的数量n'及相对于起始断面的位置xi(i＝1,2,...,n')；
(2)确定纳污河段达标控制断面位置x'，测量起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u、河道流量Q；
(3)根据测量结果确定河段污染物降解系数k及其不确定度α；具体包括以下步骤：
a.反复测量达标控制断面污染物浓度多次，计算达标控制断面污染物浓度的平均值，并作为达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)；计算达标控制断面污染物浓度的方差D(C)；
b.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到的达标控制断面污染物浓度的数学期望E(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数k：
Figure FDA0001564669770000011
c.结合纳污河段起始断面位置x、纳污河段达标控制断面位置x'以及计算得到污染物降解系数k、达标控制断面污染物浓度的方差D(C)以及测量得到的起始断面污染物浓度C0、河段平均流速u，用下式计算污染物降解系数的不确定度α：
Figure FDA0001564669770000012
(4)根据纳污河段下游用水标准确定控制断面的污染物达标浓度Cs，排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q、河段起始断面污染物浓度C0计算该河段纳污能力的数学期望E(W)，作为该河段的纳污能力；具体包括以下步骤：
a.根据纳污河段下游用水标准确定达标控制断面的污染物达标浓度Cs；
b.结合排污口概化结果、污染物降解系数k及其不确定性α、河段平均流速u、河道流量Q和河段起始断面污染物浓度C0，用下式计算河段纳污能力的数学期望E(W)并作为该河段的纳污能力：
Figure FDA0001564669770000021
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