CN111310124A - 一种城市径流数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种城市径流数据处理方法，包括：确定数据集；所述数据集至少包括以下参数：土地利用基本属性数据、水质基本属性数据、气象基本属性数据、径流系数参数、污染物排放量基本属性数据；获取确定的数据集中的参数和数据；计算核算城市径流污染物排放量，编制城市径流排放数据集。上述方案提出了一种城市径流数据处理方法，能够对水资源数据进行精细化分析和处理。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别是指一种城市径流数据处理方法。
背景技术
随着社会的发展，人类消耗的不可再生的自然资源也越来越多，导致社会可持续发展性降低。清洁的饮用水和清洁的空气是人类生存必不可少的自然资源，而我国恰恰是一个缺水严重的国家；我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一；然而中国又是世界上用水量最多的国家。同时中国还存在着水资源分不严重不均的问题，尽管国家启动了南水北调项目，但是北方一些大型城市依然饱受水资源匮乏的影响，特别是地下水超采导致了一系列严重的生态问题。
为了使得社会可以持续发展，就必须对水资源进行精细化的控制和管理，脱离粗放型管理的现状；因此迫切需要对水资源的各种数据进行精确分析和处理的技术。
发明内容
本发明提供了一种城市径流数据处理方法，以对水资源数据进行精细化分析和处理。
为解决上述技术问题，本发明解决的技术问题是提供一种城市径流数据处理方法，避免粗放的对数据进行处理导致的城市径流数据不准确的问题。
本发明实施例提出了一种城市径流数据处理方法，包括：
步骤1、确定数据集；所述数据集至少包括以下参数：土地利用基本属性数据、水质基本属性数据、气象基本属性数据、径流系数参数、污染物排放量基本属性数据；
步骤2、获取确定的数据集中的参数和数据；
步骤3、计算核算城市径流污染物排放量，编制城市径流排放数据集。
在一些实施例中，所述步骤1中通过以下方式确定数据集中的参数：
(1)土地利用基本属性数据：根据土地利用基本属性数据，生成城市径流污染源土地利用类型更新数据表；其中土地利用基本属性数据包括：土地利用类型、编号、区县、年份、基准年面积、基准年建成区面积、更新年建成区面积、面积修正系数、修正面积；
(2)水质基本属性数据：根据以下水质基本属性数据，生成城市水质监测数据统计表；其中所述水质基本属性数据包括：包括类型、监测点、降雨时间、降雨量和各水质指标的事件平均浓度；而其中水质指标包括：pH、COD、 SS、TN、TP、氨氮、汞、铅、锌；
(3)气象基本属性数据：根据以下气象基本属性数据，生成城市径流气象要素基本情况表；其中气象基本属性数据包括：区县、年份、基准年降水量、更新年降水量、修正降水量、降雨量修正系数；
(4)径流系数参数：根据以下径流系数参数，生成城市径流系数实测调查表；其中所述径流系数参数包括：土地类别、区县、面积、起始时间、雨量、径流量、径流深、径流系数；
(5)污染物排放量基本属性：根据以下污染物排放量基本属性数据，生成城市各区县城市径流污染物排放量统计表；其中所述污染物排放量基本属性数据包括：土地类别、年份、区县、基准年排放量、降水量修正系数、面积修正系数、更新年排放量。
在一些实施例中，所述步骤3包括：
步骤31、基于GIS数据或统计数据分析并收集相关资料以识别研究区边界；
步骤32、下垫面监测数据分析，分析污染物的累积和冲刷特征；
步骤33、典型小流域详细管网数据录入；
步骤34、汇水小流域划分；
步骤35、典型小流域数据水文参数识别；
步骤36、利用典型小流域管网出口监测水量、水质数据，对水文参数和累积冲刷参数进行率定；
步骤37、利用全年逐小时降雨数据估算典型小流域降雨径流平均浓度和径流总量，计算得到典型小流域的单位面积污染负荷；
步骤38、利用单位面积污染负荷和全市城市地区的下垫面土地利用类型统计数据计算全市的污染负荷。
在一些实施例中，所述方法中通过以下公式计算城市径流污染物排放量：
G总＝∑Gi×10-3
式中：G总为城市径流污染物排放量，单位为吨/年；Gi为各下垫面的年污染物量，单位为千克/年；城市下垫面分为屋面、交通路面、绿地和综合用地；
各下垫面的污染物量通过以下公式计算
Gi＝0.01αφPSEMC
式中：α为径流修正系数；φ为排水区域径流系数；P为年降水量，单位为毫米/年；S为各下垫面面积，单位为公顷；EMC为事件平均浓度，单位为毫克/升；
其中：
径流修正系数α，取值0.9；
排水区域径流系数φ，采取文献参考值，不同下垫面径流系数不同；
年降水量P，通过气象或水文部门资料获得；
排水区域面积S为不同下垫面的面积，即屋面、交通路面、绿地和综合用地的面积；
事件平均浓度EMC为一次径流污染过程中污染物的流量加权平均浓度，即总污染物量与总径流量之比；当一次径流的持续时间为t，则EMC通过以下公式计算：
式中：EMC为径流污染的平均浓度，单位为毫克/升；Ct为t时刻污染物的浓度，单位为毫克/升；Qt为t时刻径流流量，单位为立方米/分钟；Δt为采样间隔时间，单位为分钟。
在一些实施例中，所述方法还包括：通过以下公式确定降雨量修正系数；其中污染物浓度随径流量增加呈递减关系：
P修＝Pi-(Pi-P0)R
式中：P修为年修正降水量，单位为毫米/年；Pi为更新年降水量，单位为毫米/年；P0为基准年降水量，单位为毫米/年；R为污染浓度递减修正系数；
设降水量修正系数为λ，则：
在一些实施例中，所述方法还包括：通过以下公式确定面积修正系数：
式中：m为面积修正系数；S为更新年不同土地利用类型的面积，单位为公顷；S0为基准年不同土地利用类型的面积，单位为公顷。
在一些实施例中，所述方法还包括：通过以下公式确定土地利用基本属性数据更新系数
S＝μS0
式中：S为更新年土地利用类型的修正面积，单位为公顷；μ为土地利用修正系数；S0为基准年土地利用面积，单位为公顷。
在一些实施例中，所述方法还包括：通过以下公式修正当年的城市径流污染物排放量：
Ei＝λmE0
式中：Ei为各下垫面的当年污染物排放量，单位为千克/年；λ为降雨修正系数；m为面积修正系数；E0为各下垫面的上一年污染物排放量，单位为千克 /年。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案提出了一种城市径流数据处理方法，能够对水资源数据进行精细化分析和处理。
附图说明
图1为本发明的城市径流数据处理方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提出了一种城市径流数据处理方法，能够根据城市的水环境非点源污染调查与评估结果作为基础，每年通过航片解译更新中心城和新城屋面、道路、绿化等基础数据，通过降雨量、下垫面面积等修正城市径流相关参数，在此基础上，核算城市径流污染物排放量，编制城市径流排放清单。
为了使得本发明实施例更为清晰，以下以北京市为例说明本发明实施例的城市径流数据处理方法。
步骤1、确定数据集；
在本发明的一个实施例中，数据集的更新范围是以上年度编入清单的城市径流为基础，并根据当年新建、扩建的城镇建成区等变化情况修订后确定的范围。而更新频次为每年一次。
该数据集中包括以下数据：
(1)土地利用基本属性：根据土地利用基本属性数据，生成城市径流污染源土地利用类型更新数据表；其中土地利用基本属性数据包括：土地利用类型、编号、区县、年份、基准年面积、基准年建成区面积、更新年建成区面积、面积修正系数、修正面积；
(2)水质基本属性：根据以下水质基本属性数据，生成城市水质监测数据统计表；其中所述水质基本属性数据包括：包括类型、监测点、降雨时间、降雨量和各水质指标的事件平均浓度；而其中水质指标包括：pH、COD、SS、 TN、TP、氨氮、汞、铅、锌；
(3)气象基本属性：根据以下气象基本属性数据，生成城市径流气象要素基本情况表；其中气象基本属性数据包括：区县、年份、基准年降水量、更新年降水量、修正降水量、降雨量修正系数；
(4)径流系数参数：根据以下径流系数参数，生成城市径流系数实测调查表；其中所述径流系数参数包括：土地类别、区县、面积、起始时间、雨量、径流量、径流深、径流系数；
(5)污染物排放量基本属性：根据以下污染物排放量基本属性数据，生成城市各区县城市径流污染物排放量统计表；其中所述污染物排放量基本属性数据包括：土地类别、年份、区县、基准年排放量、降水量修正系数、面积修正系数、更新年排放量。
步骤2、获取确定的数据集中的参数和数据；
在本发明的一个实施例中，下垫面数据通过遥感解译和相关统计资料获取，径流系数通过实际监测或者文献参考值获取，气象数据通过气象部门数据购买获取。
步骤3、计算核算城市径流污染物排放量，编制城市径流排放数据集。
其中步骤3具体包括：
步骤31、基于GIS数据或统计数据分析并收集相关资料以识别研究区边界；
步骤32、下垫面监测数据分析，分析污染物的累积和冲刷特征；
步骤33、典型小流域详细管网数据录入；
步骤34、汇水小流域划分；
步骤35、典型小流域数据水文参数识别；
步骤36、利用典型小流域管网出口监测水量、水质数据，对水文参数和累积冲刷参数进行率定；
步骤37、利用全年逐小时降雨数据估算典型小流域降雨径流平均浓度和径流总量，计算得到典型小流域的单位面积污染负荷。
步骤38、利用单位面积污染负荷和全市城市地区的下垫面土地利用类型统计数据计算全市的污染负荷。
其中，该通过以下公式计算城市径流污染物排放量：
G总＝∑Gi×10-3
式中：G总为城市径流污染物排放量，单位为吨/年；Gi为各下垫面的年污染物量，单位为千克/年；城市下垫面分为屋面、交通路面、绿地和综合用地。
各下垫面的污染物量通过以下公式计算
Gi＝0.01αφPSEMC
式中：α为径流修正系数；φ为排水区域径流系数；P为年降水量，单位为毫米/年；S为各下垫面面积，单位为公顷；EMC为事件平均浓度，单位为毫克/升。
上述各因子使用具体说明如下：
①径流修正系数α，一般取值0.9；
②排水区域径流系数φ，一般采取文献参考值，不同下垫面径流系数不同，本指南参照值见表1。
表1北京市径流系数取值参照表
| 类别 | 参照值 |
| 屋面 | 0.90 |
| 交通路面 | 0.80 |
| 绿地 | 0.20 |
| 综合用地 | 0.60 |
注：数据来源于《中国给水排水》，吴林祖，1989
③年降水量P，可通过气象或水文部门资料获得，每个区的可选气象站点见表2。
表2各区选取的气象站点
④排水区域面积S，指不同下垫面的面积，即屋面、交通路面、绿地和综合用地的面积，可通过遥感资料解译或部门统计资料获得。
⑤事件平均浓度EMC(Event Mean Concentration)，指一次径流污染过程中污染物的流量加权平均浓度，即总污染物量与总径流量之比。假如一次径流的持续时间为t，则EMC通过以下公式计算：
式中：EMC为径流污染的平均浓度，单位为毫克/升；Ct为t时刻污染物的浓度，单位为毫克/升；Qt为t时刻径流流量，单位为立方米/分钟；Δt为采样间隔时间，单位为分钟。
计算年降雨径流污染负荷时，需要知道一年内每次降雨径流的径流量与 EMC，这是很难做到的，因此计算过程中常采用多场降雨径流污染的平均浓度。在无实际监测数据的情况下，可采用表中的事件平均浓度(EMC)。
表3事件平均浓度(EMC)可参考值表
注：数据来源于《北京市污染物排放清单编制技术指南》。
进一步的，本发明实施例中的方法还包括：对数据进行修正。
在实际工作中，常常以上一年的城市径流污染物排放量为基础，通过降雨量、不同土地利用类型面积等活动水平的变化，估算当年城市径流污染物排放量。其中，最主要的是修正两个系数：(1)降雨量修正系数；(2)面积修正系数。
(1)降雨量修正系数
根据有关文献，污染物浓度随径流量增加呈递减关系，更新年份的降雨量修正如下。
P修＝Pi-(Pi-P0)R
式中：P修为年修正降水量，单位为毫米/年；Pi为更新年降水量，单位为毫米/年；P0为基准年降水量，单位为毫米/年；R为污染浓度递减修正系数，一般取值为0.55。
假设降水量修正系数为λ，则：
(2)面积修正系数
式中：m为面积修正系数；S为更新年不同土地利用类型的面积，单位为公顷；S0为基准年不同土地利用类型的面积，单位为公顷。
对于更新年份的土地利用数据，如无法从遥感资料解译或部门统计资料获得，可通过以下公式更新系数
S＝μS0
式中：S为更新年土地利用类型的修正面积，单位为公顷；μ为土地利用修正系数；S0为基准年土地利用面积，单位为公顷。
土地利用更新系数μ，可通过统计年鉴中更新年份建成区面积与基准年建成区面积的比值得出。
(3)污染物排放量修正：
以上一年的城市径流污染物排放量为基础，通过以下公式修正当年的城市径流污染物排放量：
Ei＝λmE0
式中：Ei为各下垫面的当年污染物排放量，单位为千克/年；λ为降雨修正系数；m为面积修正系数；E0为各下垫面的上一年污染物排放量，单位为千克 /年。
数据的完整性审核：
“完整性”是指填报内容齐全，不准丢项漏项，如若没有必须填“--”或“无”，不得空缺不填。土地利用类型更新数据表填写编号、区县、年份、基准年面积、基准年建成区面积、更新年建成区面积、更新系数、修正面积。水质监测数据统计表和径流系数如果没有实测值，可填写推荐值，但需要标注。
规范性审核
审核各类数据填写是否规范，首先是填写的数据单位要规范，统一换算为调查统计表中的单位后再录入。其次，数据来源的规范性。各类数据优先采用管理部门数据，如果管理数据不全或没有，则优先采用监测数据，如果没有监测数据则采用文献数据，并注明数据来源。
逻辑性审核
主要从两方面考察：(1)逻辑上的合理性，检查逻辑上有无错误。土地总面积＝屋面+交通路面+绿地+综合用地+水域；面积更新值、面积修正系数、降雨量修正系数严格按照指南中的计算公式得出。(2)通过经验对比检查合理性。通过与以往资料或常识对照，检查有无异常值。事件平均浓度值超过文献或历史经验值5倍以上，则需要重新审核后再录入。径流系数超过文献或历史经验值3倍以上，需要重新审核后再录入。
上述方案提出了一种城市径流数据处理方法，能够对水资源数据进行精细化分析和处理。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种城市径流数据处理方法，其特征在于，包括：
步骤1、确定数据集；所述数据集至少包括以下参数：土地利用基本属性数据、水质基本属性数据、气象基本属性数据、径流系数参数、污染物排放量基本属性数据；
步骤2、获取确定的数据集中的参数和数据；
步骤3、计算核算城市径流污染物排放量，编制城市径流排放数据集。
2.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述步骤1包括：
通过以下方式确定数据集中的参数：
(1)土地利用基本属性数据：根据土地利用基本属性数据，生成城市径流污染源土地利用类型更新数据表；其中土地利用基本属性数据包括：土地利用类型、编号、区县、年份、基准年面积、基准年建成区面积、更新年建成区面积、面积修正系数、修正面积；
(2)水质基本属性数据：根据以下水质基本属性数据，生成城市水质监测数据统计表；其中所述水质基本属性数据包括：包括类型、监测点、降雨时间、降雨量和各水质指标的事件平均浓度；而其中水质指标包括：pH、COD、SS、TN、TP、氨氮、汞、铅、锌；
(3)气象基本属性数据：根据以下气象基本属性数据，生成城市径流气象要素基本情况表；其中气象基本属性数据包括：区县、年份、基准年降水量、更新年降水量、修正降水量、降雨量修正系数；
(4)径流系数参数：根据以下径流系数参数，生成城市径流系数实测调查表；其中所述径流系数参数包括：土地类别、区县、面积、起始时间、雨量、径流量、径流深、径流系数；
(5)污染物排放量基本属性：根据以下污染物排放量基本属性数据，生成城市各区县城市径流污染物排放量统计表；其中所述污染物排放量基本属性数据包括：土地类别、年份、区县、基准年排放量、降水量修正系数、面积修正系数、更新年排放量。
3.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤31、基于GIS数据或统计数据分析并收集相关资料以识别研究区边界；
步骤32、下垫面监测数据分析，分析污染物的累积和冲刷特征；
步骤33、典型小流域详细管网数据录入；
步骤34、汇水小流域划分；
步骤35、典型小流域数据水文参数识别；
步骤36、利用典型小流域管网出口监测水量、水质数据，对水文参数和累积冲刷参数进行率定；
步骤37、利用全年逐小时降雨数据估算典型小流域降雨径流平均浓度和径流总量，计算得到典型小流域的单位面积污染负荷；
步骤38、利用单位面积污染负荷和全市城市地区的下垫面土地利用类型统计数据计算全市的污染负荷。
4.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述方法中通过以下公式计算城市径流污染物排放量：
G总＝∑Gi×10-3
式中：G总为城市径流污染物排放量，单位为吨/年；Gi为各下垫面的年污染物量，单位为千克/年；城市下垫面分为屋面、交通路面、绿地和综合用地；
各下垫面的污染物量通过以下公式计算
Gi＝0.01αφPSEMC
式中：α为径流修正系数；φ为排水区域径流系数；P为年降水量，单位为毫米/年；S为各下垫面面积，单位为公顷；EMC为事件平均浓度，单位为毫克/升；
其中：
径流修正系数α，取值0.9；
排水区域径流系数φ，采取文献参考值，不同下垫面径流系数不同；
年降水量P，通过气象或水文部门资料获得；
排水区域面积S为不同下垫面的面积，即屋面、交通路面、绿地和综合用地的面积；
事件平均浓度EMC为一次径流污染过程中污染物的流量加权平均浓度，即总污染物量与总径流量之比；当一次径流的持续时间为t，则EMC通过以下公式计算：
式中：EMC为径流污染的平均浓度，单位为毫克/升；Ct为t时刻污染物的浓度，单位为毫克/升；Qt为t时刻径流流量，单位为立方米/分钟；Δt为采样间隔时间，单位为分钟。
5.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下公式确定降雨量修正系数；其中污染物浓度随径流量增加呈递减关系：
P修＝Pi-(Pi-P0)R
式中：P修为年修正降水量，单位为毫米/年；Pi为更新年降水量，单位为毫米/年；P0为基准年降水量，单位为毫米/年；R为污染浓度递减修正系数；
设降水量修正系数为λ，则：
6.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下公式确定面积修正系数：
式中：m为面积修正系数；S为更新年不同土地利用类型的面积，单位为公顷；S0为基准年不同土地利用类型的面积，单位为公顷。
7.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下公式确定土地利用基本属性数据更新系数
S＝μS0
式中：S为更新年土地利用类型的修正面积，单位为公顷；μ为土地利用修正系数；S0为基准年土地利用面积，单位为公顷。
8.根据权利要求1所述的城市径流数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下公式修正当年的城市径流污染物排放量：
Ei＝λmE0
式中：Ei为各下垫面的当年污染物排放量，单位为千克/年；λ为降雨修正系数；m为面积修正系数；E0为各下垫面的上一年污染物排放量，单位为千克/年。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2020-02-13 CN CN202010091026.7A patent/CN111310124A/zh active Pending
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