CN108717453A - 一种基于gis平台的平原河网区污染负荷计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明开发了一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，该方法针对平原河网区污染源产生和迁移的特点，在GIS平台支撑下，计算各类污染源和各种污染物的产生量及入河量，采用4种计算模式分别计算包括城镇生活污染、农村生活污染、城镇降雨径流污染、旱地降雨径流污染、稻田降雨径流污染、畜禽养殖和渔业养殖7种污染源在内的点源和面源污染负荷，最终确定整个平原河网区的污染负荷。该方法既能反映平原河网区污染物迁移特征，又能在较大的时空尺度上加以推广应用，提高了污染物从源头发生向河网迁移过程的模拟精度。

Description

一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法

技术领域

本发明属于环境领域，尤其涉及一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法。

背景技术

污染负荷是指通过各种途径进入受纳水体的污染物数量，包括点源和面源污染物，即地表水体接纳的污染物量，对污染负荷的定量化研究是流域污染治理的重要基础性工作。对于污染负荷中的点源污染，可以通过调查和监测等手段获得废水和污染物排放量；但是对于面源污染，由于其发生的随机性、机理过程的复杂性、排放途径及排放污染物的不确定性以及时空分布的差异性，难以在较大的时空尺度上通过调查和监测获得污染负荷量。尤其是对于地势相对平坦的平原河网地区，由于其汇流区界限很难确定，水文和水动力特征十分复杂，使得试图通过野外监测获得面源污染负荷的方法存在较大难度。

国外早在20世纪60年代就开展了面源污染模型的研究，提出了大量面源污染模型，但这些模型大多是针对机械化大农场开发的，在中国以人工耕作为主的耕种方式下，一些参数及模块需要调整以适应我国的实际情况。此外，国外有关面源污染的定量化研究大多从污染物的迁移和转化出发，建立面向过程的机理模型，模型参数众多，操作十分复杂，这对于污染物的迁移特征比较特殊的平原河网区，在缺乏充足的基础资料和试验数据情况下，难以直接将国外的面源模型在较大的空间尺度上加以运用。因此。如何建立既能反映我国平原河网区污染物迁移特点，又能在较大的空间尺度上加以推广的污染负荷计算方法成为关键。

近年来，GIS技术在污染负荷定量化研究中的应用成为一种发展方向。GIS技术的发展使得污染负荷研究所需空间信息数据的数量和质量都大大提高，极大地推进了污染负荷计算方法。因此建立平原河网区的污染负荷模型需要在吸收国外污染源定量化研究成果的基础上，结合平原河网区污染物产生和迁移的特点，充分利用GIS技术手段，建立具有一定理论基础，形式更为简单，应用更加方便的污染负荷计算方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有污染负荷估算方法存在的不足，本发明提供一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法。提出一种既能反映平原河网区污染物迁移特征，又能在较大的时空尺度上加以推广应用的污染负荷计算方法，提高了污染物从源头发生向河网迁移过程的模拟精度。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，包括以下步骤：

(1)将污染负荷计算分为产生量计算和入河量计算两部分；

(2)对不同的污染源使用不同的模式计算污染负荷产生量；

(3)基于GIS统计各种土地利用类型面积；

(4)计算平原河网区污染负荷入河量。

其中，所述污染源分为城镇生活污染、农村生活污染、城镇降雨径流污染、旱地降雨径流污染、稻田降雨径流污染、畜禽养殖和渔业养殖。

其中，在步骤(2)中，城镇生活、农村生活、畜禽养殖和渔业养殖与降雨-径流无关的污染负荷采用PROD模式计算；城镇降雨径流迁移的污染负荷采用UNPS模式计算；随旱地和稻田降雨径流迁移的污染负荷分别采用DNPS和PNPS模式计算。

其中，在步骤(3)中，统计各种土地利用类型面积方法如下：将平原河网区的土地利用类型分为城镇，包括工业区、商业区和生活区、旱地、稻田和水面，以某一分区作为污染负荷的计算单元，采用GIS平台统计各个计算单元各种土地利用类型的面积。

其中，PROD模式计算过程：

PROD模式也可称为排污系数法，用于计算与降雨-径流无关污染源的污染负荷产生量，按公式(1)计算：

式中：为第i种污染源第j种污染物的污染物产生量；N_i为第i种污染源的数量；为第i种污染源第j种污染物的污染负荷当量；计算城镇和农村居民的污染物产生量时，N_i为城镇和农村居民数量，为城镇和农村居民的排污系数；计算畜禽养殖产污量时，N_i为畜禽数量，为畜禽的排污系数；计算水产养殖产污量时，N_i为水产养殖产量，为水产养殖品种的排污系数。

其中，所述UNPS模式计算过程如下：

①污染物累积模型

将城镇下垫面分为工业区、商业区和生活区3种类型，按公式(2)计算3种城镇土地类型单位面积的地表污染物累积通量：

X_i＝α_iF_iγ_iR_cl/0.9 (2)

式中：X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积通量，kg/(km²·d)；α_i为城市污染物浓度参数，mg/L；γ_i为地面清扫频率参数；R_cl为地表污染冲刷降水量，mm/d；F_i为人口密度参数；

其中，γ_i＝N_i/20，清扫间隔N_i<20h

γ_i＝1，清扫间隔N_i≥20h，h单位为小时。

按公式(2)分别计算城镇各种土地利用类型的污染物累积通量后，再按公式(3)计算城镇地表污染物的总累积量：

式中：P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；P_i为第i种土地类型的污染物累积速率，kg/d；X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积速率，kg/(km²·d¹)；A_i为第i种土地类型的面积，km²；n为土地利用类型个数，包括工业区、商业区和生活区；

若某日的降雨量小于污染物降雨阈值，则地表污染物的累积量按公式(2)和(3)计算；若某日降雨量大于该阈值，则假设该日地表污染物的累积量为0；

②降雨径流冲刷模型

城镇降雨径流的冲刷速率按公式(4)计：

P_t＝P(1-e^-kRt)(4)

式中：P_t为降雨历时t的地表污染物冲刷速率，kg/d；P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；k为降雨径流对地表污染物的冲刷系数，1/mm；R为城镇的降雨强度，mm/h；经过降雨径流冲刷后的地表污染物剩余量作为后续地表污染物的累积量计算。

其中，所述DNPS模式计算过程：

①建立单位面积农田肥料年流失量与年流失率和施肥量的经验关系，计算得到年流失量：

W_f＝m_fη+W₀ (5)

式中：η为肥料年流失率，％；W_f为预设施肥水平下单位面积肥料年流失量，g/hm²；W₀为零施肥条件下单位面积肥料年流失量，g/hm²；m_f为单位面积年施肥量，kg/hm²；

②根据农田单位面积年径流量，使用净雨深代表单位面积的年径流量，计算出径流中各种污染物的年平均浓度；

③根据农田逐日净雨深，计算旱地污染物随降雨径流的流失过程；

若R_d＝0，即旱地产流量为零，则污染物流失量W_d＝0；

若R_d＞0，即旱地产流量不为零，相应污染物日流失量按下式计算：

式中：W_d为旱地污染物日流失量，kg；H_s为旱地标准年净雨深，mm；R_d为旱地日净雨深，mm；A_d为计算单元内的旱地面积，hm²。

其中，所述PNPS模式计算过程：

①稻田径流氮素流失模型

田面水中TN和NH₃-N浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻的田面水深度，mm；和为前一时刻和后一时刻田面水NH₃-N浓度，mg·L^-1；和为前一时刻和后一时刻田面水TN浓度，mg·L^-1；R_i为稻田灌溉速率，mm·d^-1；C_i1和C_i2为稻田灌溉水NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；R_r,R_d,R_l分别为降水强度、实际排水速率及渗漏速率，mm·d^-1；C_r1和C_r2为降水中NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；Φ_n为氮肥向田面水的释放通量，kg·hm^-2·d^-1；k_v为溶液中NH₃-N的挥发速率常数，d^-1；k_n和k_dn为水土界面的硝化和反硝化速率常数，d^-1。

②稻田径流磷素流失模型

田面水TP浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水TP的质量浓度，mg·L^-1；R_i为灌溉速率，mm·d^-1；C_i3为灌溉水中TP的质量浓度，mg·L^-1；C_r3为降水中TP的质量浓度，mg·L^-1；k_a为土壤对TP的吸附速率常数，d^-1；Φ_p为磷肥向田面水的释放通量kg·hm^-2·d^-1；

③稻田径流耗氧有机物流失模型

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水有机物的质量浓度，mg/L；R_i为灌溉速率，mm/d；C_i4为灌溉水中有机物的质量浓度，mg/L；C_r4为降水中有机物的质量浓度，mg/L；C_max为田面水有机物浓度上限，mg/L；T为田面水有机物释放周期，d。

根据(8)～(10)式计算田面水污染物浓度随时间的变化过程后，根据稻田的排水量按式(11)计算随径流流失的污染物负荷：

若R_d≤0，即水田产流量为零，则产污量W_p＝0；

若R_d＞0，即水田产流，产污量按下式计算：

W_p＝0.01C_a×R_p×A_p(11)

式中：W_p为稻田日产污量，kg；C_a为田面水污染物浓度，mg/L；R_p为稻田日净雨深，mm；A_p为计算单元内的稻田面积，hm²。

其中，在步骤(4)中，平原河网区污染负荷入河量计算方法如下：

式中：W_ei为第i种污染源的污染物入河量，kg/d；W_pi为第i种污染源的污染物产生量，kg/d，包括PROD模式的UNPS模式的Pt、DNPS模式的Wd和PNPS模式的Wp；p_ij为第i种污染源第j条入河路径的比例系数；m为第i种污染源入河路径的数量；f_k为第k种处理单元的处理效率，处理单元包括对化粪池、雨污水管网、农村生活污水处理、畜禽养殖污染物处理、湖荡支浜和土壤6种；n为第i种污染源第j条入河路径对应的处理单元数量。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)该方法计算的污染源包括城镇生活污染、农村生活污染、城镇降雨径流污染、旱地降雨径流污染、稻田降雨径流污染、畜禽养殖和渔业养殖等7种，覆盖了平原河网区绝大部分污染源类型。

(2)利用GIS平台的空间运算功能，快速统计各个计算单元各种土地利用类型的面积，为污染负荷计算提供数据支撑。

(3)根据不同污染源的产污特征，采用PROD、UNPS、DNPS和PNPS等4种模式分别计算相应污染源的污染物产生量。

(4)根据平原河网区各类污染源入河过程及排放特征，采用入河路径比例系数以及处理单元的处理效率计算污染物入河量。

附图说明

图1是本发明分布式污染负荷模型路径框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1所示，本发明提出了一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法如下：

(1)计算方法基本结构

该计算方法可以分为污染负荷产生量计算和处理量计算两部分。前者用于计算各种污染源各类污染物的产生量，包括4种计算模式。后者计算各种污染源经过各条入河途径和各个处理单元处理后的污染物入河量，包括6种处理单元。该计算方法的结构框图如图1所示。

(2)污染负荷产生量计算

该方法计算的污染源包括城镇生活污染、农村生活污染、城镇降雨径流污染、旱地降雨径流污染、稻田降雨径流污染、畜禽养殖和渔业养殖等7种。

其中城镇生活、农村生活、畜禽养殖和渔业养殖等与降雨-径流无关的污染负荷采用PROD模式计算；随城镇降雨径流迁移的污染负荷采用UNPS模式计算；随旱地和稻田降雨径流迁移的污染负荷分别采用DNPS和PNPS模式计算。根据污染源类型选用相应的计算模式。

(3)统计各种土地利用类型面积

将平原河网区的土地利用类型分为城镇，城镇包括工业区、商业区和生活区、旱地、稻田和水面。以某一分区作为污染负荷的计算单元，采用GIS平台统计各个计算单元各种土地利用类型的面积。其中，分区可以是行政分区、也可以是水利分区和水资源分区，这个根据需要选择。

例如，以县级行政区作为计算单元，采用GIS平台对土地利用类型图层与县级行政区图层进行空间交集运算，得到每个县级行政区城镇，城镇包括工业区、商业区和生活区、旱地、稻田和水面的面积。

(4)PROD模式计算过程

PROD模式也可称为排污系数法，用于计算与降雨-径流无关污染源的污染负荷产生量，按公式(1)计算：

其中，为第i种污染源第j种污染物的污染物产生量；N_i为第i种污染源的数量；为第i种污染源第j种污染物的污染负荷当量；计算城镇和农村居民的污染物产生量时，N_i为城镇和农村居民数量，为城镇和农村居民的排污系数；计算畜禽养殖产污量时，N_i为畜禽数量，为畜禽的排污系数；计算水产养殖产污量时，N_i为水产养殖产量，为水产养殖品种的排污系数。

对于不同的污染源，公式中变量的具体含义有所差别。例如，计算城镇居民的污染物产生量时，N_i为城镇居民数量，可通过查找统计年鉴获取；为城镇居民的排污系数，可通过全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册获取。

(5)UNPS模式计算过程

城市降雨径流的产污过程可用地表污染物累积和降雨径流冲刷两个阶段加以描述，地表污染物累积量和冲刷量分别采用污染物累积模型和降雨径流冲刷模型进行计算。

①污染物累积模型

将城镇下垫面分为工业区、商业区和生活区等3种类型。按公式(2)计算3种城镇土地类型单位面积的地表污染物累积通量：

X_i＝α_iF_iγ_iR_cl/0.9 (2)

式中：X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积通量，kg/(km²·d)；α_i为城市污染物浓度参数，mg/L；γ_i为地面清扫频率参数；R_cl为地表污染冲刷降水量，mm/d；F_i为人口密度参数。

其中，γ_i＝N_i/20，清扫间隔N_i<20h

γ_i＝1，清扫间隔N_i≥20h，h单位为小时。

按公式(2)分别计算城镇各种土地利用类型的污染物累积通量后，再按公式(3)计算城镇地表污染物的总累积量：

式中：P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；P_i为第i种土地类型的污染物累积速率，kg/d；X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积速率，kg/(km²·d¹)；A_i为第i种土地类型的面积，km²；n为土地类型个数。

若某日的降雨量小于污染物降雨阈值，则地表污染物的累积量按公式(2)和(3)计算；若某日降雨量大于该阈值，则假设该日地表污染物的累积量为0。

②降雨径流冲刷模型

城镇降雨径流的冲刷速率按公式(4)计。

P_t＝P(1-e^-kRt)(4)

式中：P_t为降雨历时t的地表污染物冲刷速率，kg/d；P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；k为降雨径流对地表污染物的冲刷系数，1/mm，城市地区取0.14～0.19；R为城镇的降雨强度，mm/h。

经过降雨径流冲刷后的地表污染物剩余量作为后续地表污染物的累积量计算。

(6)DNPS模式计算过程

DNPS用于计算随旱地降雨径流迁移的污染负荷产生量。考虑不同计算单元施肥量的差异对随降雨径流流失的旱地污染负荷的影响，具体步骤如下：

①建立单位面积农田肥料年流失量与年流失率和施肥量的经验关系，计算得到年流失量。

W_f＝m_fη+W₀(5)

式中：η为肥料年流失率，％；W_f为某一施肥水平下单位面积肥料年流失量，g/hm²；W₀为零施肥条件下单位面积肥料年流失量，g/hm²；m_f为单位面积年施肥量，kg/hm²。

②根据农田单位面积年径流量(净雨深)，计算出径流中各种污染物的年平均浓度。

③根据农田逐日净雨深，计算旱地污染物随降雨径流的流失过程。

若R_d＝0，即旱地产流量为零，则污染物流失量W_d＝0；

若R_d＞0，即旱地产流，相应污染物日流失量按下式计算：

式中：W_d为旱地污染物日流失量，kg；H_s为旱地标准年净雨深，mm；R_d为旱地日净雨深，mm；A_d为计算单元内的旱地面积，hm²。

例如，根据研究区所处地域、作物种植类型和模式、施肥量等，查阅相关文献，分析田间试验成果，总结肥料年流失率和零施肥条件下单位面积肥料年流失量。单位面积年施肥量可以通过查阅当地统计年鉴获取。将相关数据带入公式(5)，根据水文模型计算旱地日净雨深，最后带入公式(6)即可求出旱地污染负荷产生量。

(7)PNPS模式计算过程

PNPS模式用于计算随稻田降雨径流流失的污染负荷。根据稻田田面水浓度随施肥量的变化特征，从质量守恒原理出发，考虑影响田面水浓度变化的各种因素，尤其是稻季不同阶段施肥量对田面水浓度的影响，建立稻田营养盐运移转化模型，预测稻田营养盐的径流损失量。

①稻田径流氮素流失模型

田面水中TN和NH₃-N浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻的田面水深度，mm；和为前一时刻和后一时刻田面水NH₃-N浓度，mg·L^-1；和为前一时刻和后一时刻田面水TN浓度，mg·L^-1；R_i为稻田灌溉速率，mm·d^-1；C_i1和C_i2为稻田灌溉水NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；R_r,R_d,R_l分别为降水强度、实际排水速率及渗漏速率，mm·d^-1；C_r1和C_r2为降水中NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；Φ_n为氮肥向田面水的释放通量，kg·hm^-2·d^-1；k_v为溶液中NH₃-N的挥发速率常数，d^-1；k_n和k_dn为水土界面的硝化和反硝化速率常数，d^-1。

②稻田径流磷素流失模型

田面水TP浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水TP的质量浓度，mg·L^-1；R_i为灌溉速率，mm·d^-1；C_i3为灌溉水中TP的质量浓度，mg·L^-1；C_r3为降水中TP的质量浓度，mg·L^-1；k_a为土壤对TP的吸附速率常数，d^-1；Φ_p为磷肥向田面水的释放通量kg·hm^-2·d^-1。

③稻田径流耗氧有机物(COD、BOD)流失模型

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水有机物的质量浓度，mg/L；R_i为灌溉速率，mm/d；C_i4为灌溉水中有机物的质量浓度，mg/L；C_r4为降水中有机物的质量浓度，mg/L；C_max为田面水有机物浓度上限，mg/L；T为田面水有机物释放周期，d。

④稻田径流污染物流失量

根据(8)～(10)式计算田面水污染物浓度随时间的变化过程后，根据稻田的排水量按式(11)计算随径流流失的污染物负荷：

若R_d≤0，即水田产流量为零，则产污量W_p＝0；

若R_d＞0，即水田产流量不为零，则产污量按下式计算：

W_p＝0.01C_a×R_p×A_p (11)

式中：W_p为稻田日产污量，kg；C_a为田面水污染物浓度，mg/L；R_p为稻田日净雨深，mm；A_p为计算单元内的稻田面积，hm²。

(8)污染负荷入河量计算

该部分用于计算各类污染源的污染物入河量。入河量根据污染负荷产生量、各条污染路径的比例系数以及各种处理单元的处理效率计算得到，公式如下：

式中：W_ei为第i种污染源的污染物入河量，kg/d；W_pi为第i种污染源的污染物产生量，kg/d；p_ij为第i种污染源第j条入河路径的比例系数；m为第i种污染源入河路径的数量；f_k为第k种处理单元的处理效率，处理单元包括化粪池、雨污水管网、农村生活污水处理、畜禽养殖污染物处理、湖荡支浜和土壤等6种，处理单元代表各种水污染处理设施；n为第i种污染源第j条入河路径对应的处理单元数量。

以城镇生活污染为例，如图1所示，城镇生活总共有如下6种入河途径：

①城镇生活污染——化粪池——污水管网——污水处理厂——湖荡

②城镇生活污染——化粪池——污水管网——污水处理厂

③城镇生活污染——化粪池——污水管网——湖荡

④城镇生活污染——化粪池——污水管网

⑤城镇生活污染——湖荡

⑥城镇生活污染——直排水体

因此，m＝6，以其中第1条路径为例，该路径包括化粪池、污水管网、污水处理厂、湖荡等4种处理单元，则n＝4。将城镇生活污染产生量W_pi、每条路径的污水量占比p_ij和每个处理单元对污染物的处理率f_k带入公式(12)，可以计算出城镇生活污染的入河量W_ei。

Claims (10)

1.一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将污染负荷计算分为污染产生量计算和入河量计算两部分；

(2)对不同的污染源使用不同的模式计算污染产生量；

(3)基于GIS统计各种土地利用类型面积；

(4)计算平原河网区污染入河量。

2.根据权利要求2所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，所述污染源分为城镇生活污染、农村生活污染、城镇降雨径流污染、旱地降雨径流污染、稻田降雨径流污染、畜禽养殖和渔业养殖。

3.根据权利要求1所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，在步骤(2)中，城镇生活、农村生活、畜禽养殖和渔业养殖与降雨-径流无关的污染产生量采用PROD模式计算；城镇降雨径流迁移的污染产生量采用UNPS模式计算；随旱地和稻田降雨径流迁移的污染产生量分别采用DNPS和PNPS模式计算。

4.根据权利要求1所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，在步骤(3)中，统计各种土地利用类型面积方法如下：将平原河网区的土地利用类型分为城镇，包括工业区、商业区和生活区、旱地、稻田和水面，以某一分区作为污染负荷的计算单元，采用GIS平台统计各个计算单元各种土地利用类型的面积。

5.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，PROD模式计算过程：

PROD模式也可称为排污系数法，用于计算与降雨-径流无关污染源的污染负荷产生量，按公式(1)计算：

式中：为第i种污染源第j种污染物的污染物产生量；N_i为第i种污染源的数量；为第i种污染源产污系数；计算城镇和农村居民的污染物产生量时，N_i为城镇和农村居民数量，为城镇和农村居民的产污系数；计算畜禽养殖产污量时，N_i为畜禽数量，为畜禽的产污系数；计算水产养殖产污量时，N_i为水产养殖产量，为水产养殖品种的产污系数。

6.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，所述UNPS模式计算过程如下：

①污染物累积模型

将城镇下垫面分为工业区、商业区和生活区3种类型，按公式(2)计算3种城镇土地类型单位面积的地表污染物累积通量：

X_i＝α_iF_iγ_iR_cl/0.9 (2)

式中：X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积通量，kg/(km²·d)；α_i为城市污染物浓度参数，mg/L；γ_i为地面清扫频率参数；R_cl为地表污染冲刷降水量，mm/d；F_i为人口密度参数；

其中，当清扫间隔N_i<20h，γ_i＝N_i/20；当清扫间隔N_i≥20h，γ_i＝1，h单位为小时；

按公式(2)分别计算城镇各种土地利用类型的污染物累积通量后，再按公式(3)计算城镇地表污染物的总累积量：

式中：P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；P_i为第i种土地类型的污染物累积速率，kg/d；X_i为第i种土地类型单位面积的污染物累积速率，kg/(km²·d¹)；A_i为第i种土地类型的面积，km²；n为土地利用类型个数，包括工业区、商业区和生活区；

若某日的降雨量小于污染物降雨阈值，则地表污染物的累积量按公式(2)和(3)计算；若某日降雨量大于该阈值，则假设该日地表污染物的累积量为0；

②降雨径流冲刷模型

城镇降雨径流的冲刷速率按公式(4)计：

P_t＝P(1-e^-kRt)(4)

式中：P_t为降雨历时t的地表污染物冲刷速率，kg/d，即降雨污染物产生量；P为城镇地表污染物的累积速率，kg/d；k为降雨径流对地表污染物的冲刷系数，1/mm；R为城镇的降雨强度，mm/h；经过降雨径流冲刷后的地表污染物剩余量作为后续地表污染物的累积量计算。

7.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，所述DNPS模式计算过程：

①建立单位面积农田肥料年流失量与年流失率和施肥量的经验关系，计算得到年流失量：

W_f＝m_fη+W₀(5)

式中：η为肥料年流失率，％；W_f为预设施肥水平下单位面积肥料年流失量，g/hm²；W₀为零施肥条件下单位面积肥料年流失量，g/hm²；m_f为单位面积年施肥量，kg/hm²；

②根据农田单位面积年径流量，使用净雨深代表单位面积的年径流量，计算出径流中各种污染物的年平均浓度；

③根据农田逐日净雨深，计算旱地污染物随降雨径流的流失过程；

若R_d＝0，即旱地产流量为零，则污染物流失量W_d＝0；

若R_d＞0，即旱地产流量不为零，相应污染物日流失量按下式计算：

式中：W_d为旱地污染物日流失量，kg，即旱地污染物产生量；H_s为旱地标准年净雨深，mm；R_d为旱地日净雨深，mm；A_d为计算单元内的旱地面积，hm²。

8.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，所述PNPS模式计算过程：

①稻田径流氮素流失模型

田面水中TN和NH₃-N浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻的田面水深度，mm；和为前一时刻和后一时刻田面水NH₃-N浓度，mg·L^-1；和为前一时刻和后一时刻田面水TN浓度，mg·L^-1；R_i为稻田灌溉速率，mm·d^-1；C_i1和C_i2为稻田灌溉水NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；R_r,R_d,R_l分别为降水强度、实际排水速率及渗漏速率，mm·d^-1；C_r1和C_r2为降水中NH₃-N和TN浓度，mg·L^-1；Φ_n为氮肥向田面水的释放通量，kg·hm^-2·d^-1；k_v为溶液中NH₃-N的挥发速率常数，d^-1；k_n和k_dn为水土界面的硝化和反硝化速率常数，d^-1，Δt代表计算的时间步长。

②稻田径流磷素流失模型

田面水TP浓度变化过程计算如下：

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水TP的质量浓度，mg·L^-1；R_i为灌溉速率，mm·d^-1；C_i3为灌溉水中TP的质量浓度，mg·L^-1；C_r3为降水中TP的质量浓度，mg·L^-1；k_a为土壤对TP的吸附速率常数，d^-1；Φ_p为磷肥向田面水的释放通量kg·hm^-2·d^-1；

③稻田径流耗氧有机物流失模型

式中：和为前一时刻和后一时刻田面水有机物的质量浓度，mg/L；R_i为灌溉速率，mm/d；C_i4为灌溉水中有机物的质量浓度，mg/L；C_r4为降水中有机物的质量浓度，mg/L；C_max为田面水有机物浓度上限，mg/L；T为田面水有机物释放周期，d。

9.根据权利要求8所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，根据(8)～(10)式计算田面水污染物浓度随时间的变化过程后，根据稻田的排水量按式(11)计算随径流流失的污染物负荷：

若R_d≤0，即水田产流量为零，则产污量W_p＝0；

若R_d＞0，即水田产流不为零，产污量按下式计算：

W_p＝0.01C_a×R_p×A_p(11)

式中：W_p为稻田日产污量，kg，即稻田污染产生量；C_a为田面水污染物浓度，mg/L；R_p为稻田日净雨深，mm；A_p为计算单元内的稻田面积，hm²。

10.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台的平原河网区污染负荷计算方法，其特征在于，在步骤(4)中，平原河网区污染入河量计算方法如下：

式中：W_ei为第i种污染源的污染物入河量，kg/d；W_pi为第i种污染源的污染物产生量，kg/d，包括PROD模式的UNPS模式的Pt、DNPS模式的Wd和PNPS模式的Wp；p_ij为第i种污染源第j条入河路径的比例系数；m为第i种污染源入河路径的数量；f_k为第k种处理单元的处理效率，处理单元包括对化粪池、雨污水管网、农村生活污水处理、畜禽养殖污染物处理、湖荡支浜和土壤6种；n为第i种污染源第j条入河路径对应的处理单元数量。