CN113127805B - 河流断面污染源贡献率计算方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流断面污染源贡献率计算方法、装置、设备及存储介质，方法包括以下步骤：通过遥感影像和实地考察，获取基础河段信息；基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式，根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算目标污染源对目标断面的贡献率。本发明提供的监测布点方式和贡献率计算方法，能快速为断面水污染治理提供精准的目标。

Description

河流断面污染源贡献率计算方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及水环境精细化管理技术领域，更具体地说，涉及一种河流断面污染源贡献率计算方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前已基本形成一个以大江、大河、湖泊为监测对象的监测网，常规监测已经发展的相当成熟，但是监测站网还比较稀疏，没能全部覆盖所有的地区。大部分流域和湖泊水库都存在着监测断面偏少、布局不尽合理的现象。化学质量平衡法属于受体模型，其原理简单易懂，算法成熟，应用较为简单，解析结果更加接近现实情况；且不需要大量的样品采集，只从一个受体面就可以得出结果；能间接的检测出是否存在遗漏的内容，可求解得出具体源对受体贡献的绝对值和相对贡献率，便于提出污染削减对策，现目前广泛应用于大气研究领域。但是其只能确定各污染源类的贡献，而不能精确到某个源对受体的影响。

随着城市化和工业化的快速发展，水环境监测站网已能实现部分自动化全天监测，但监测站点布局存在不合理现象，流域污染程度与监测站点数量不成正比。且各监测站的联动并不能即时应对水污染突发应急事件，不能够快速明确污染责任主体。化学质量平衡法简单成熟，却因不能明确水体中各污染物之间在较远距离运输时的沉降、分解、反应等变化，而在水环境领域应用甚少。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有水环境监测技术中监测站点布局不合理，各监测站的联动并不能即时应对水污染突发应急事件，不能够快速明确污染责任主体的技术问题，本发明将合理布设监测站点获取的数据监测处理值与基于化学质量平衡法的贡献率计算方法相结合，提出一种河流断面污染源贡献率计算方法。基于所布设的监测站点快速获取监测数据，利用污染源排污口以及目标断面的监测数据，明确污染物在各个河段的消减变化情况，通过基于化学质量平衡法的贡献率计算方法，即可快速得出不同污染源对断面的影响贡献率。从而快速明确污染事件的责任主体，为水环境水管理领域提供理论支持。

为了实现上述目的，本发明提出了一种河流断面污染源贡献率计算方法，包括以下步骤：

通过遥感影像和实地考察，获取基础河段信息；

基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；

根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式，根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

优选地，所述布设各断面监测站点的布设原则顺序为：

1)在河道高程坡降突变、河道弯曲度超过30°、河道由宽变窄或由窄变宽超过10m处；

2)闸坝、泵站、取水口处；

3)污染源排污口位置前后0.5km内；

4)行政区边界与河道交汇处；

5)在过长的自然特征相同的河段中，以3～5km为距离布设监测站点；

6)两监测站点之间的污染源个数控制在一定范围内，以此增设监控站点。

优选地，在所述基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点的步骤之后，还包括：

将所述监测站点从下游至上游依次命名为A1,A2…Aj，j为大于等于1的整数；

将污染源排污口前后的监测站点从下游至上游依次命名为W1S,W1E,W2S,W2E…WiS,WiE，i为大于等于1的整数。

优选地，所述基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数，衰减系数计算公式为：

河段1：

河段2：

……

河段i：

式中：C代表对应监测站点的某污染物浓度，Q代表对应监测站点的流量，Ki代表对应污染源至下游最近监测站点的衰减系数，i＝1、2...分别代表从下游到上游的各河段。

优选地，所述贡献率计算公式为：

某污染源的污染物质量M(Wi)＝C(WiE)×Q(WiE)-C(WiS)×Q(WiS)；

目标断面的污染物质量M(Aj)＝C(Aj)×Q(Aj)

污染源W1：

污染源W2：

……

污染源Wi：

式中：θ表示各污染源对目标断面的贡献率；

相应地，根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到污染源对下游目标断面Aj的贡献率。

优选地，所述基础河段信息包括：研究区域河流的高程变化、地形走向、沿河段污染源排放口的分布情况、降水量分布情况、河道中植被密度等。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种河流断面污染源贡献率计算设备，所述河流断面污染源贡献率计算设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被所述处理器执行时实现所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被处理器执行时实现所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种河流断面污染源贡献率计算装置，所述河流断面污染源贡献率计算装置包括：

获取模块，用于通过遥感影像和实地考察，获取基础河段信息；

布设模块，用于基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；

构建模块，用于根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

计算模块，用于基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

所述构建模块，还用于根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式；

所述计算模块，还用于根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

本发明具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明提供了河流断面污染源贡献率计算方法，该监测站点的布设方法与基于化学质量平衡法的贡献率计算方法可以拓展应用到全国各大河网水系中，其可以根据河流和污染排放的不同情况，灵活的进行监测站点布设，从而快速获取有效的监测数据，有助于拓展河网中的水质水生态环境研究的应急化、精确化。此基于化学质量平衡法的贡献率计算方法可定位到影响水域功能的主要污染源，为我国水环境质量精细化管理提供支撑。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明河流断面污染源贡献率计算方法执行流程图；

图2是本发明监测布点及命名规则示意图；

图3是本发明河流断面污染源贡献率计算装置结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，图1是本发明河流断面污染源贡献率计算方法执行流程图；本具体实施例河流断面污染源贡献率计算方法，包括以下步骤：

S1、通过遥感影像和实地考察，调查获取基础河段信息，具体为：

选择典型河网区，对河网进行概化，通过遥感影像和实地考察，观察统计研究区域河流的高程变化、地形走向、降水量分布情况、河道中植被密度等基础信息。基于实测统计数据，考虑排入河道的多种污染源，包括工业点源、城市生活源、畜禽养殖源等(可通过周围工厂、居民住宅密度等初步做出判断)，根据污染物对水质断面的影响大小，筛选去除掉对河网区影响效果几乎可以忽略的污染源，可将相邻密集的排污口简化成为集中的排污口，从而明确河段污染源排放口的分布情况。

S2、基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点，具体为：

以行政边界、水库、控制单元为基础节点，以同一河段具有相同自然特征为目的，进行河段的划分，布设监测断面。监测站点布设的基本原则如下：

1)在河道高程坡降突变、河道弯曲度超过30°、河道由宽变窄或由窄变宽超过10m处；

2)闸坝、泵站、取水口等处。

3)污染源排污口位置前后0.5km内。

4)行政区边界、水库、控制单元边界与河道交汇处。

5)在过长的自然特征相同的河段中，以3～5km为基准距离，缩短河段，增加监测站点；

6)两监测站点之间的污染源个数控制在一定范围内，以此增设监控断面。

S3、根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

在具体实施例中，S3具体为：

根据源质空间关系，构建各断面监测站点之间的污染源排污口清单，明确各污染源排污口与监测断面的位置关系，构建包含污染源位置、污染源前后断面、河段分界监测断面的命名和监测数据等信息的污染源清单。

请参考图2，图2是本发明监测布点及命名规则示意图；为了统一标准，方便信息的共享与记录，河道监测站点的布设按以下原则进行：从下游至上游开始命名，最下游位于河段分界点的监测站点命名为A1，依此类推，向上游依次命名为A2,A3…最靠近下游河段分界监测站点的污染源为污染源一，命名为W1，其靠近下游一侧的监测站点命名为W1E，靠近上游的监测站点命名为W1S，依次类推，向上游依次命名为W2E,W2S…。

根据上述的监测站点和污染源排污口命名原则，构建包含污染源类型、污染源前后断面、河道分界监测断面的命名以及其对应的监测数据等信息的清单。污染源清单记录形式如下：

S4、基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

在本具体实施例中，步骤S4具体为：

基于污染源排污口与上下游分界断面的位置和获得的监测数据，从下游至上游依次计算由河道水位等变化引起的各个河段污染物不同程度消减的污染物衰减系数。衰减系数计算公式为：

河段1：

河段2：

……

河段i：

式中：C代表对应监测站点的某污染物浓度(mg/l)，Q代表对应监测站点的流量(m³/s)，K代表对应污染源至下游最近监测站点的衰减系数。

S5、根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式，根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

在本具体实施例中，步骤S5具体为：通过污染源前后监测站点数据获得每个污染源某污染物的排放质量，根据其流经河段的衰减系数，计算污染源到达目标断面衰减后的质量，从而基于化学质量平衡法，分别计算每个污染源对目标断面的影响贡献率，具体包括：

根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式，所述贡献率计算公式为：

某污染源的污染物质量M(Wi)＝C(WiE)×Q(WiE)-C(WiS)×Q(WiS)；

目标断面的污染物质量M(Aj)＝C(Aj)×Q(Aj)

污染源W1：

污染源W2：

……

污染源W_i：

式中：θi表示各污染源对目标断面的贡献率。

请参考图3，图3是本发明河流断面污染源贡献率计算装置结构图；为了实现上述河流断面污染源贡献率计算方法，本具体实施例还提供了一种河流断面污染源贡献率计算装置，所述河流断面污染源贡献率计算装置包括：

获取模块1，用于通过遥感影像和实地考察，获取基础河段信息；

布设模块2，用于基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；

构建模块3，用于根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

计算模块4，用于基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

所述构建模块3，还用于根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式；

所述计算模块4，还用于根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

此外，本具体实施例还提供了一种河流断面污染源贡献率计算设备，所述河流断面污染源贡献率计算设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被所述处理器执行时实现所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。

此外，本具体实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被处理器执行时实现所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。

与现有技术相比，本发明提供了一种河流断面污染源贡献率计算方法，该监测站点的布设方法与基于化学质量平衡法的贡献率计算方法可以拓展应用到全国各大河网水系中，其可以根据河流和污染排放的不同情况，灵活的进行监测站点布设，从而快速获取有效的监测数据，有助于拓展河网中的水质水生态环境研究的应急化、精确化。此基于化学质量平衡法的贡献率计算方法可定位到影响水域功能的主要污染源，为我国水环境质量精细化管理提供支撑。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种河流断面污染源贡献率计算方法，其特征在于，所述河流断面污染源贡献率计算方法包括以下步骤：

通过遥感影像和实地考察结果，获取基础河段信息；

基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；

将所述监测站点从下游至上游依次命名为A1,A2…Aj，j为大于等于1的整数；

将污染源排污口前后的监测站点从下游至上游依次命名为W1S,W1E,W2S,W2E…WiS,WiE，i为大于等于1的整数；

根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

衰减系数计算公式为：

河段1：

河段2：

……

河段i：

式中：C代表对应监测站点的某污染物浓度，Q代表对应监测站点的流量，Ki代表对应污染源至下游最近监测站点的衰减系数，i为大于等于1的整数，代表从下游到上游的各河段；

根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式；

所述贡献率计算公式为：

某污染源的污染物质量M(Wi)＝C(WiE)×Q(WiE)-C(WiS)×Q(WiS)

目标断面的污染物质量M(Aj)＝C(Aj)×Q(Aj)

污染源W1：

污染源W2：

……

污染源Wi：

式中：θi表示各污染源对目标断面的贡献率；

根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

2.如权利要求1所述的河流断面污染源贡献率计算方法，其特征在于，所述布设各断面监测站点的布设原则顺序为：

1)在河道高程坡降突变、河道弯曲度超过30°、河道由宽变窄或由窄变宽超过10m处；

2)闸坝、泵站、取水口处；

3)污染源排污口位置前后0.5km内；

4)行政区边界与河道交汇处；

5)在过长的自然特征相同的河段中，以3～5km为距离布设监测站点；

6)两监测站点之间的污染源个数控制在预设范围内，根据所述预设范围增设监测站点。

3.如权利要求1所述的河流断面污染源贡献率计算方法，其特征在于，所述根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到目标污染源对目标断面的贡献率，具体包括：

根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到污染源对下游目标断面Aj的贡献率。

4.如权利要求1所述的河流断面污染源贡献率计算方法，其特征在于，所述基础河段信息包括：研究区域河流的高程变化、地形走向、沿河段污染源排放口的分布情况、降水量分布情况和河道中植被密度。

5.一种河流断面污染源贡献率计算装置，其特征在于：所述河流断面污染源贡献率计算装置包括：

获取模块，用于通过遥感影像和实地考察结果，获取基础河段信息；

布设模块，用于基于所述基础河段信息，布设各断面监测站点；

将所述监测站点从下游至上游依次命名为A1,A2…Aj，j为大于等于1的整数；

将污染源排污口前后的监测站点从下游至上游依次命名为W1S,W1E,W2S,W2E…WiS,WiE，i为大于等于1的整数；构建模块，用于根据源质空间关系，构建所述各断面监测站点之间的污染源排污口清单；

计算模块，用于基于所述污染源排污口清单中记录的监测数据，计算得到每个河段污染物的衰减系数；

衰减系数计算公式为：

河段1：

河段2：

……

河段i：

式中：C代表对应监测站点的某污染物浓度，Q代表对应监测站点的流量，Ki代表对应污染源至下游最近监测站点的衰减系数，i为大于等于1的整数，代表从下游到上游的各河段；所述构建模块，还用于根据所述衰减系数，构建基于化学质量平衡法的贡献率计算公式；

所述贡献率计算公式为：

某污染源的污染物质量M(Wi)＝C(WiE)×Q(WiE)-C(WiS)×Q(WiS)

目标断面的污染物质量M(Aj)＝C(Aj)×Q(Aj)

污染源W1：

污染源W2：

……

污染源Wi：式中：θi表示各污染源对目标断面的贡献率；

所述计算模块，还用于根据所述贡献率计算公式，从下游至上游依次计算得到目标污染源对目标断面的贡献率，根据所述贡献率治理河流断面水污染。

6.一种河流断面污染源贡献率计算设备，其特征在于，所述河流断面污染源贡献率计算设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有河流断面污染源贡献率计算程序，所述河流断面污染源贡献率计算程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的河流断面污染源贡献率计算方法的步骤。