CN111199347A - 流域污染控制单元分区方法 - Google Patents
流域污染控制单元分区方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111199347A CN111199347A CN201911390416.8A CN201911390416A CN111199347A CN 111199347 A CN111199347 A CN 111199347A CN 201911390416 A CN201911390416 A CN 201911390416A CN 111199347 A CN111199347 A CN 111199347A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pollution
- basin
- sub
- water
- control unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 title claims abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 53
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 53
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims description 29
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 19
- 244000144972 livestock Species 0.000 claims description 18
- 244000144977 poultry Species 0.000 claims description 18
- 238000009395 breeding Methods 0.000 claims description 14
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000013316 zoning Methods 0.000 claims description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 10
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 19
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 10
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 3
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 244000144987 brood Species 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000004162 soil erosion Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0637—Strategic management or analysis, e.g. setting a goal or target of an organisation; Planning actions based on goals; Analysis or evaluation of effectiveness of goals
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/10—Services
- G06Q50/26—Government or public services
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/05—Geographic models
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/152—Water filtration
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Economics (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Marketing (AREA)
- Geometry (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Sewage (AREA)
Abstract
本发明涉及流域污染控制单元分区方法，包括对研究流域进行子流域分区划分、水生态功能分区划分、结合乡镇行政区划分析污染源构成与污染负荷；采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，计算流域污染负荷的空间分布，结合乡镇行政区划，计算乡镇行政分区的污染负荷空间分布；基于子流域分区、水生态功能分区、乡镇行政区划和污染负荷空间分布进行污染控制单元划分。本发明的方法考虑不同土地利用、不同土壤类型下水文过程与污染物转化的差异，连续模拟各子流域径流和点源、非点源综合作用下河流水质，进而计算各子流域向河道的污染输出负荷，并结合乡镇行政区划，合并具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇分区，划分污染控制单元。
Description
技术领域
本发明涉及流域水文与水环境领域，尤其涉及流域污染削减和水环境修复的污染控制单元分区方法。
背景技术
流域污染物流失涉及复杂的水文输移和生物地球化学转化过程。由于污染源、土地利用、气象水文、农业管理措施的空间差异，污染物流失呈现较大的空间变化。流域污染精准减排方案制定和水质管理依赖于对流域自然地理特征、气象水文、污染源构成与输移特征及其空间分布的科学认识。我国流域水质管理技术始于20世纪70年代，相继在水环境容量计算、水质模型、流域非点源计算、水环境功能区划、水环境质量标准、水生态功能分区、流域水污染综合防治及排污许可制度等诸多领域进行了探索和实践。在总结并借鉴西方发达国家先进的水污染管理经验，尤其是美国TMDL(Total Maximum Daily Loads-最大日负荷总量)管理体系的基础上，我国学者提出了小流域综合治理，以水生态分区为基础，按照“分区、分类、分级、分期”的理念，提出了“控制单元的总量控制技术”。例如，方玉杰(2015)将赣江流域划分为17个1级控制单元，并进一步划分为57个2级控制单元，将锦江流域直接划分为4个控制单元。目前，大部分研究以流域对应的自然汇水区为基础划分污染控制单元。如深圳市水污染物总量控制中污染单元的划分是根据水系和对应的流域相对完整、水域功能和水质保护目标相同、行政区域划分相对统一、经济现状和发展水平相对一致的原则将深圳市划分为10个水污染控制单元(郭宏飞，倪晋仁等，2003)。王伟，冯海波，臧志雪等根据河北省污染物排放现状，结合全省海河流域7大水系污染状况、行政区划和地形地貌，对河北省海河流域进行控制区、控制单元的划分。流域污染控制单元的科学划分是流域水污染防治和水环境修复的基础，但目前污染控制单元分区时大都采用排放系数法计算不同污染源的排放量，没有考虑污染物随水文路径的输移在输移过程的降解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流域污染控制单元分区方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种流域污染控制单元分区方法，包括：
对研究流域进行子流域分区划分、水生态功能分区划分、结合乡镇行政区划分析污染源构成与污染负荷，所述的污染物包括总氮、总磷、氨氮、化学需氧量；
采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，计算流域污染负荷的空间分布，结合乡镇行政区划，计算乡镇行政分区的污染负荷空间分布；
基于子流域分区、水生态功能分区和乡镇行政区划，依据乡镇污染源构成和污染负荷分析结果，合并具有相似污染源构成和污染负荷、且包含于同一子流域和水生态功能区的乡镇，划分污染控制单元。
作为本发明的进一步改进，所述子流域分区的划分方式为：采用ArcGIS导入原始的数字地形高程模型，应用水文分析工具Arc Hydro对数字地形高程模型依次进行填洼处理，计算流向，生成水流累积量，概化河网，结合水文水质监测断面，划分集水域和子流域分区。在划分子流域时考虑水文水质监测站点位置，将其作为出口定义相应的子流域，这样做的目的在于模拟流域水文与污染物输移时，依据这些子流域的水文水质观测数据，对水文与污染物输移转化过程参数进行敏感性分析和率定，进行模型验证。
进一步的，概化河网时，默认阈值为最大河网累积量的1％，对应产生河流的径流区面积阈值
作为本发明的进一步改进，所述水生态功能分区划分方式为：基于研究流域的数字地形高程模型、土地利用、土壤、水生态环境现状、水功能指标将流域划分为水生态功能分区；水生态功能分区的指标包括地形、土壤、地质、土地利用、土地覆被、水功能区划、水文机制和水质。水生态功能分区需要将陆域与水体作为一个整体，考虑流域径流和污染物输移以及水体对流域输入的响应。
作为本发明的进一步改进，采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，结合流域土地利用、污染普查、水文水质监测，计算各乡镇行政分区污染负荷的空间分布，包括：
基于流域内所有气象站的日步长监测数据，包括降雨、气温，采用反距离加权法获得每个子流域的降雨和气温输入，模拟各子流域出口的流量，依据流域流量观测数据，率定水文过程参数；定义各子流域的污染物输入，模拟各子流域出口的污染物浓度，依据河流污染物浓度观测数据，率定污染物输移与转化过程参数；结合各子流域流量和污染物浓度模拟结果以及乡镇行政区划，计算各分区的污染负荷。
作为本发明的进一步改进，分析污染负荷时考虑非点源输入和点源输入，即叠加点源污染和非点源污染，进行污染负荷空间分布的计算。其中非点源输入包括农业、畜禽养殖、未接入污水处理设施的乡镇和农村生活污水以及大气干湿沉降；点源输入主要分为工业、城镇居民生活污水。
进一步的，对于点源污染输入，基于污染普查数据，在ArcGIS中导入子流域图层、乡镇行政区划图层和流域主要(废)污水排口、污水处理厂的位置，基于污水出流的流量和污染物浓度数据，定义点源污染输入。
进一步的，非点源污染输入的计算方式为：
农业非点源污染输入基于各子流域作物种植面积、耕作管理制度(耕作、播种、施肥、灌溉、收获日期)和施肥强度(单位面积施肥量)定义；
畜禽养殖非点源输入根据叠加乡镇行政区划和子流域图层的分区内畜禽养殖量、不同种类畜禽养殖的污染物排放系数，计算所在分区的畜禽污水排放量和污染物平均浓度定义；
未接入污水处理设施的乡镇和农村生活污水输入依据叠加乡镇行政单元和子流域图层的分区内该部分人口数量、人均用水量、排水系数，计算分区内农村生活污水排放量，依据污染物平均浓度定义；
大气干湿沉降基于流域内降雨污染物浓度监测数据和文献报道定义，其中湿沉降采用降雨的污染物浓度定义，干沉降采用单位面积沉降量表示。
作为本发明的进一步改进，还包括，采用手动试错法和自动率定算法PEST相结合对模型参数进行敏感性分析和优化，筛选敏感的参数进行后续的自动率定，对不敏感的参数定义赋予合理的数值并保持恒定；PEST基于上山法原理，从参数初始值开始，沿着目标函数的最陡坡度搜寻参数最优值。
作为本发明的进一步改进，基于水生态功能分区、子流域分区、乡镇行政区划，结合乡镇污染源构成分析和污染负荷计算结果，合并处于同一子流域和水生态功能区内，且具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇，在不破坏乡镇行政边界、便于落实减排任务的前提下，定义污染控制单元分区。
本发明的方法，考虑污染物输移涉及通过不同水文路径(地表径流、壤中流和地下水流)的输移、物理过程(例如，土壤侵蚀、吸附与解吸附、河道中沉降与再悬浮)和生物地球化学过程(例如，土壤中反硝化、植被吸持、污染物不同形态之间的转化以及河道中水生植物吸持)过程，受地形、土壤、水文地质、气象水文等因素的影响，采用基于过程的半分布式水文与污染物输移转化耦合模型，考虑不同土地利用、不同土壤类型下水文过程与污染物转化的差异，连续模拟各子流域径流和点源、非点源综合作用下河流水质，进而计算各子流域向河道的污染输出负荷，并结合乡镇行政区划，合并具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇分区，划分污染控制单元。本发明的方法能够调和以流域自然特性为主要特征的水生态环境系统与以乡镇行政区为基本单位的水资源与水环境管理体系之间的矛盾，是流域水污染控制和水资源管理的基础，与现有技术相比，对污染负荷的计算以及污染控制单元的划分更加科学合理。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明实施例1巢湖流域子流域划分。
图3为本发明实施例1三级水生态功能分区；其中LE I 1-1西南森林流域水生态亚区，LE I 1-2杭埠河山地森林型河溪水源涵养与生物多样性维持功能区，LE I 1-3丰乐河上游山地森林型河溪水源涵养与生物多样性维持功能区，LE I 2-1丰乐河上游丘陵农田型河溪水源涵养与营养物循环功能区，LE I 2-2派河上游丘陵农田型河溪水源涵养与营养物循环功能区，LE I 2-3南淝河上游丘陵农田型水库水源涵养与水资源调蓄功能区，LE II1-1南淝河上游丘陵区农田型水库水源涵养与水资源调蓄功能区，LE II 1-2南淝河下游平原农田型湿地水质净化与营养物循环功能区，LE II 1-3店埠河平原农田型河渠营养物循环与水质净化功能区，LE II 1-4董大水库城市森林型水库水资源调控与水质净化功能区，LE II 1-5董大水库城市森林型水库水资源调控与水质净化功能区，LE II 2-1裕溪河平原农田型河渠水质净化与生物多样性维持区，LE II 2-2双桥河城市农田型河渠水质净化与营养物循环功能区，LE II 2-3双柘皋河下游平原农田型河渠水质净化与营养物循环功能区，LE II 2-4柘皋河上游平原农田型河溪水质净化与营养物循环功能区，LE II 3-1裕溪河平原农田型河渠水质净化与洪水调蓄功能区，LE II 3-2牛屯河平原农田型河渠水质净化与洪水调蓄功能区，LE II 3-3裕溪河山地森林型河溪生物多样性维持与水质净化功能区，LE II 3-4永安河上游山地森林型河溪生物多样性维持与水质净化功能区，LE II 4朱枫湖山地森林型湖泊生物多样性维持与水资源调控功能区，LE II 4-2竹西兆河平原农田型河渠水质净化与水资源调控功能区，LE II 4-3兆河下游平原农田型河口水质净化与营养物循环功能区，LE II 4-4白石天河下游平原农田型湿地生物多样性维持与水质净化功能区，LE II 4-5杭埠河下游平原农田型湿地生物多样性维持与水质净化功能区，LE II 4-6杭埠河下游平原农田型湿地生物多样性维持与水质净化功能区，LE II 4-7白石天河上游平原农田型河渠水质净化与营养物循环功能区，LE II 4-8黄陂湖上游丘陵农田型湖泊水质净化与营养物循环功能，LE III 1-1巢湖湖泊生物多样性维持与水资源调控综合功能区。
图4a-d为本发明实施例1巢湖流域点源与非点源污染计算；图4a.化学需氧量；图4b.氨氮；图4c.总磷；图4d.总氮。
图5为本发明实施例1巢湖流域污染控制单元分区。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例以巢湖流域为例，对本发明的流域污染控制单元分区方法进行具体描述。
图1为本发明方法的流程图，包括如下步骤：
1)划分子流域分区；
采用ArcGIS及水文分析技术，基于研究流域的数字地形高程模型和水文水质监测断面，依次进行填洼处理、生成流向、水流累积量、定义集水域和子流域，划分子流域分区。
本实施例中采用网格分辨率为50m的数字地形高程模型作为输入，利用ArcHydro的地形处理(Terrain Processing)、流域批量定义(Batch Watershed Delineation)和批量子流域定义(Batch Subwatershed Delineation)模块及其子模块功能，通过下述流程进行子流域划分：
(1)通过数字地形高程修复，生成AgreeDEM；
(2)以AgreeDEM作为输入，通过填洼处理，生成Fil；
(3)以Fil作为输入，生成流向Fdr；
(4)以流向Fdr作为输入，生成水流累积量Fac；
(5)以Fac作为输入，生成河流网格Str；
(6)以Fdr、Str作为输入，生成河流连接栅格StrLnk；
(7)以Fdr、StrLnk作为输入，将巢湖流域的水质监测点作为子流域出口断面，通过集水区划分、批量子流域划分，生成子流域分区网格，进而转换成矢量图层，划分结果如图2所示。
2)划分流域水生态功能分区；
本实施例中引用高俊峰等(2017)年划分的巢湖流域水生态功能分区。分区指标包括一级分区指标(地面高程、河网密度、降雨量、温度)，二级分区指标(土壤类型、坡度、建设用地面积比、耕地面积比、植被覆盖度)，三级分区指标(子流域形状指数、水面率、河流节点度、水系类别)。分区原则包括以水定陆、水陆耦合原则、地域发生学原则、子流域完整性原则，从而将巢湖流域划分为28个水生态功能三级分区，如图3所示。通过基于2018年水质监测数据对各分区的评价，该水生态功能分区同样适用于巢湖流域水生态环境现状。
3)污染源构成与污染负荷分析；
基于巢湖流域的子流域分区、水生态功能分区、乡镇行政区划，结合流域土地利用、土壤、第二次全国污染普查、气象水文与水质监测，污水处理厂排口水量与水质监测，搭建流域半分布式水文与污染物输移转化模型，模拟各子流域的径流和河流污染物浓度，计算各分区的污染负荷。
其中，对于点源污染输入，基于污染普查数据，在ArcGIS中导入子流域图层、乡镇行政区划图层和流域主要污水排口、污水处理厂的位置，基于污水出流的流量和污染物浓度数据，定义点源污染输入；
对于非点源污染输入的计算方式为：
农业非点源输入基于各子流域作物种植面积、耕作管理制度和施肥强度，即单位面积施肥量定义；
畜禽养殖非点源输入根据叠加乡镇行政区划和子流域图层的分区内畜禽养殖量、不同种类畜禽养殖的污染物排放系数，计算所在分区的畜禽污水排放量和污染物平均浓度定义，计算方式如下：
式中
为分区内某种污染物的平均浓度；Qi和Ci分别为该分区内第i种畜禽养殖的污水排放量和某种污染物浓度；n为该分区内畜禽养殖的种类数；
未接入污水处理设施的乡镇和农村生活污水非点源输入依据叠加乡镇行政单元和子流域图层的分区内该部分人口数量、人均用水量、排水系数，计算分区内农村生活污水排放量，依据污染物平均浓度定义；
大气干湿沉降非点源输入基于野外监测数据和文献报道定义，其中湿沉降采用降雨的污染物浓度定义，干沉降采用单位面积沉降量表示。
基于流域内所有气象站的日步长监测数据，包括降雨、气温，采用反距离加权法获得每个子流域的降雨和气温输入，模拟各子流域出口的流量，依据流域流量观测数据，率定水文过程参数；定义各子流域的污染物输入，模拟各子流域出口的污染物浓度，依据河流污染物浓度观测数据，率定污染物输移与转化过程参数；结合各子流域流量和污染物浓度模拟结果以及乡镇行政区划，计算各分区的污染负荷。
其中，采用手动试错法和自动率定算法PEST相结合对模型参数进行敏感性分析和优化，筛选敏感的参数进行后续的自动率定，对不敏感的参数定义赋予合理的数值并保持恒定；PEST基于上山法原理，从参数初始值开始，沿着目标函数的最陡坡度搜寻参数最优值。
本实施例的点源与非点源污染计算结果如图4a-d所示。
4)定义污染控制单元；
基于巢湖流域的子流域分区、水生态功能分区、乡镇行政区划，依据各分区污染源构成和污染负荷分析结果，在考虑污染减排方案落实的前提下，合并具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇、且包含于同一子流域和水生态功能区的分区，将巢湖流域共划分为125个污染控制单元，如图5所示，应用于流域污染防治和管理。
Claims (10)
1.一种流域污染控制单元分区方法，其特征在于，包括：
对研究流域进行子流域分区划分、水生态功能分区划分、结合乡镇行政区划分析污染源构成与污染负荷，所述的污染物包括总氮、总磷、氨氮、化学需氧量；
采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，计算流域污染负荷的空间分布，结合乡镇行政区划，计算乡镇行政分区的污染负荷空间分布；
基于子流域分区、水生态功能分区、乡镇行政区划，依据乡镇污染源构成和污染负荷分析结果，合并具有相似污染源构成和污染负荷、且包含于同一子流域和水生态功能区的乡镇，划分污染控制单元。
2.根据权利要求1所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，采用ArcGIS导入原始的数字地形高程，应用水文分析工具Arc Hydro对数字地形高程模型依次进行填洼处理，计算流向，生成水流累积量，概化河网，结合水文水质监测断面，划分集水域和子流域分区。
3.根据权利要求2所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，概化河网时，默认阈值为最大河网累积量的1%，对应产生河流的径流区面积阈值。
4.根据权利要求1所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，基于研究流域的数字地形高程模型、土地利用、土壤、水生态环境现状、水功能指标将流域划分为水生态功能分区；水生态功能分区的指标包括地形、土壤、地质、土地利用、土地覆被、水功能区划、水文机制和水质。
5.根据权利要求1所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，结合流域土地利用、污染普查、水文水质监测，计算各乡镇行政分区污染负荷的空间分布，包括：
基于流域内所有气象站的日步长监测数据，包括降雨、气温，采用反距离加权法获得每个子流域的降雨和气温输入，模拟各子流域出口的流量，依据流域流量观测数据，率定水文过程参数；定义各子流域的污染物输入，模拟各子流域出口的污染物浓度，依据河流污染物浓度观测数据，率定污染物输移与转化过程参数；结合各子流域流量和污染物浓度模拟结果以及乡镇行政区划，计算各分区的污染负荷。
6.根据权利要求1或5所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，叠加点源污染和非点源污染，进行污染负荷空间分布的计算；所述点源污染输入为工业、城镇居民生活污水；所述非点源污染输入包括农业、畜禽养殖、未接入污水处理设施的乡镇和农村生活污水以及大气干湿沉降。
7.根据权利要求6所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，对于点源污染输入，基于污染普查数据，在ArcGIS中导入子流域图层、乡镇行政区划图层和流域主要污水排口、污水处理厂的位置，基于污水出流的流量和污染物浓度数据，定义点源污染输入。
8.根据权利要求6所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，非点源污染输入的计算方式为：
农业非点源输入基于各子流域作物种植面积、耕作管理制度和施肥强度，即单位面积施肥量定义；
畜禽养殖非点源输入根据叠加乡镇行政区划和子流域图层的分区内畜禽养殖量、不同种类畜禽养殖的污染物排放系数，计算所在分区的畜禽污水排放量和污染物平均浓度定义；
未接入污水处理设施的乡镇和农村生活污水非点源输入依据叠加乡镇行政单元和子流域图层的分区内该部分人口数量、人均用水量、排水系数，计算分区内农村生活污水排放量，依据污染物平均浓度定义；
大气干湿沉降非点源输入基于野外监测数据和文献报道定义，其中湿沉降采用降雨的污染物浓度定义，干沉降采用单位面积沉降量表示。
9.根据权利要求1或8所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，采用手动试错法和自动率定算法PEST相结合对模型参数进行敏感性分析和优化，筛选敏感的参数进行后续的自动率定，对不敏感的参数定义赋予合理的数值并保持恒定；PEST基于上山法原理，从参数初始值开始，沿着目标函数的最陡坡度搜寻参数最优值。
10.根据权利要求1所述的流域污染控制单元分区方法，其特征在于，基于水生态功能分区、子流域分区、乡镇行政区划，结合乡镇污染源构成分析和污染负荷计算结果，合并处于同一子流域和水生态功能区内，且具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇，在不破坏乡镇行政边界、便于落实减排任务的前提下，定义污染控制单元分区。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911390416.8A CN111199347A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 流域污染控制单元分区方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911390416.8A CN111199347A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 流域污染控制单元分区方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111199347A true CN111199347A (zh) | 2020-05-26 |
Family
ID=70744420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911390416.8A Pending CN111199347A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 流域污染控制单元分区方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111199347A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111639707A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 河南大学 | 一种基于gis技术的土地污染控制方法 |
| CN111912947A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-10 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种确定流域农业面源污染负荷的监测方法及系统 |
| CN112116229A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-22 | 深圳市广汇源环境水务有限公司 | 一种流域水质调度管理方法、系统及平台 |
| CN112766664A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于gis平台的城市面源污染风险识别方法及装置 |
| CN113011993A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-22 | 中国水利水电科学研究院 | 基于标准数据的农业污染源入水体负荷量测算方法 |
| CN113111530A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-13 | 中国水利水电科学研究院 | 基于分布式水文模型的矿山污染物扩散入河量估算方法 |
| CN113139757A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-07-20 | 中科三清科技有限公司 | 污染源排污量化分析方法及装置 |
| CN113361203A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 扬州大学 | 一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统 |
| CN113994869A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-02-01 | 杭州畅鸿信息技术有限公司 | 一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统 |
| CN115964855A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-14 | 水利部信息中心 | 一种基于水工程及水文站的子流域划分方法 |
| CN116819046A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-29 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种农田污染智能监测方法、系统及存储介质 |
| CN118094064A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 中国水利水电科学研究院 | 基于消落带原位监测的污染物通量计算系统和方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104794584A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-07-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种湖泊型流域水生态功能一二级分区方法 |
| CN104951986A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-30 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 流域农业面源污染物入湖负荷估算方法 |
| CN106530172A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种流域污染控制单元的划分方法 |
| CN107563139A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-09 | 郑州大学 | 一种点源突发性水污染源事故溯源贡献程度计算方法 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911390416.8A patent/CN111199347A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104794584A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-07-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种湖泊型流域水生态功能一二级分区方法 |
| CN104951986A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-30 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 流域农业面源污染物入湖负荷估算方法 |
| CN106530172A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种流域污染控制单元的划分方法 |
| CN107563139A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-09 | 郑州大学 | 一种点源突发性水污染源事故溯源贡献程度计算方法 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111639707B (zh) * | 2020-05-29 | 2021-04-30 | 河南大学 | 一种基于gis技术的土地污染控制方法 |
| CN111639707A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 河南大学 | 一种基于gis技术的土地污染控制方法 |
| CN111912947B (zh) * | 2020-08-04 | 2022-07-29 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种确定流域农业面源污染负荷的监测方法及系统 |
| CN111912947A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-10 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种确定流域农业面源污染负荷的监测方法及系统 |
| CN112116229A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-22 | 深圳市广汇源环境水务有限公司 | 一种流域水质调度管理方法、系统及平台 |
| CN113139757A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-07-20 | 中科三清科技有限公司 | 污染源排污量化分析方法及装置 |
| CN112766664A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-07 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于gis平台的城市面源污染风险识别方法及装置 |
| CN112766664B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-05-23 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于gis平台的城市面源污染风险识别方法及装置 |
| CN113011993A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-22 | 中国水利水电科学研究院 | 基于标准数据的农业污染源入水体负荷量测算方法 |
| CN113011993B (zh) * | 2021-03-19 | 2024-03-12 | 中国水利水电科学研究院 | 基于标准数据的农业污染源入水体负荷量测算方法 |
| CN113111530A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-13 | 中国水利水电科学研究院 | 基于分布式水文模型的矿山污染物扩散入河量估算方法 |
| CN113361203A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 扬州大学 | 一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统 |
| CN113361203B (zh) * | 2021-06-16 | 2023-09-26 | 扬州大学 | 一种洼地农村圩区水面率优化方法与系统 |
| CN113994869A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-02-01 | 杭州畅鸿信息技术有限公司 | 一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统 |
| CN113994869B (zh) * | 2021-10-12 | 2023-03-28 | 杭州泽达畅鸿信息技术有限公司 | 一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统 |
| CN115964855A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-14 | 水利部信息中心 | 一种基于水工程及水文站的子流域划分方法 |
| CN115964855B (zh) * | 2022-11-22 | 2023-11-17 | 水利部信息中心 | 一种基于水工程及水文站的子流域划分方法 |
| CN116819046A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-29 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种农田污染智能监测方法、系统及存储介质 |
| CN116819046B (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-03 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种农田污染智能监测方法、系统及存储介质 |
| CN118094064A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 中国水利水电科学研究院 | 基于消落带原位监测的污染物通量计算系统和方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111199347A (zh) | 流域污染控制单元分区方法 | |
| CN108287950B (zh) | 基于控制单元水环境质量目标管理的水质模拟方法 | |
| CN108664647B (zh) | 一种集成水环境模型的流域精细化管理系统 | |
| CN113689099B (zh) | 基于水量构成的环状河网水系水质考核断面污染负荷贡献率确定方法 | |
| Zhao et al. | Development and application of a nitrogen simulation model in a data scarce catchment in South China | |
| Liu et al. | Combining CLUE-S and SWAT models to forecast land use change and non-point source pollution impact at a watershed scale in Liaoning Province, China | |
| CN104361523B (zh) | 一种基于gis的分布式稻田氮素径流流失负荷估算方法 | |
| Wu et al. | The simulation research of dissolved nitrogen and phosphorus non-point source pollution in Xiao-Jiang watershed of Three Gorges Reservoir area | |
| CN113011992A (zh) | 一种基于标准数据的流域农业面源污染入河系数测算方法 | |
| Cheng et al. | Modeling the sources and retention of phosphorus nutrient in a coastal river system in China using SWAT | |
| Glavan et al. | Finding options to improve catchment water quality—Lessons learned from historical land use situations in a Mediterranean catchment in Slovenia | |
| Hou et al. | Spatial distributions of nitrogen and phosphorus losses in a basin and responses to best management practices—Jialing River Basin case study | |
| CN115115485A (zh) | 一种基于控制单元水质目标分类管理的水环境容量核定方法 | |
| Wang et al. | Spatial and temporal variability of nitrogen load from catchment and retention along a river network: a case study in the upper Xin'anjiang catchment of China | |
| Li et al. | Evaluating the risk of phosphorus loss with a distributed watershed model featuring zero-order mobilization and first-order delivery | |
| Zhang et al. | Coupling mountain and lowland watershed models to characterize nutrient loading: An eight-year investigation in Lake Chaohu Basin | |
| Gao et al. | Hydrological status of the Dagu River Basin and management suggestions based on soil and water assessment tool multi-station calibration | |
| Dávila et al. | Calibration of SWAT2009 using crop biomass, evapotranspiration, and deep recharge: Calera Watershed in Zacatecas, Mexico Case Study | |
| Bendoricchio et al. | Diffuse pollution in the Lagoon of Venice | |
| Lo | Quantifying soil erosion for the Shihmen reservoir watershed, Taiwan | |
| Zadsar et al. | Using SWAT model to investigate the impact of Rangeland management practices on water conservation (case study: Gorganroud Watershed, Golestan, Iran) | |
| Ye et al. | Acidification sensitivity and critical loads of acid deposition for surface waters in China | |
| Kolli et al. | Identification of critical diffuse pollution sources in an ungauged catchment by using the Swat model-a case study of Kolleru Lake, East Coast of India | |
| Niu et al. | Real-time irrigation forecasting for ecological water in artificial wetlands in the Dianchi Basin | |
| Faksomboon | Development of a Hydrodynamic Model for Regulating Water Drainage of Reservoir and Water Resources Management, Lamtakong Watershed of Thailand |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |