CN115587699A - 一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法和系统，该方法通过扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响，计算指定河流区域内真实水质污染物浓度C_考 ^*，按照C_考 ^*＝(Q_考C_考‑βQ_跨C_跨)/(Q_考‑Q_跨)计算C_考 ^*，将C_考 ^*与C_阈值进行比较即可判断真实水质是否超标，若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大且需优先治理；若C_考 ^*≤C_阈值，则判定真实水质环境达标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好。该方法以水资源量代替实测难以获取的流量，数据易获取，计算简便，且能够对指定区域真实水质质量或污染贡献大小进行评价，能够实现河流污染的定向治理。

Description

一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法和系统

技术领域

本发明属于水环境质量评价技术领域，更具体地，涉及一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法和系统。

背景技术

生态环境部通过对国考断面开展逐月水质监测，用年均值数据判定考核断面水质是否达到水质预设阈值要求，但与一般区域内河流不同，跨界河流断面水质不仅受区域内污染负荷入河影响，同时还受跨界断面来水水质影响。现有的实测数据是未扣除跨界断面来水影响，若仅通过现有的实测数据来判定水质类别，不能对区域内实际产排污现状及治污成效进行直观展现，同时也难以明确指定河流区域的污染对河流整体污染的贡献率，不能实现对不同区域内真实水质环境质量进行精准核定评价或不能实现污染河流的定向治理。

有学者提出通过扣减跨界超标来水污染通量来剔除跨界来水影响，剔除跨界超标来水影响往往需要依靠扣减通量，而这种通量计算需要依靠河流水文数据，但目前我国水文站点布设密度远远满足不了跨界河流通量抵扣所需要求，且针对跨界河流全线布设通量站，该方法费用成本相对较高。另外，现有剔除的仅为超标来水污染通量，而当跨界来水水质达标且有一定富余情况下，若考核断面水质达标，实际也无法判定区域内污染负荷入河是否已超过本区域河段纳污能力的要求。可见，跨界河流无论水质超标或达标，跨界断面来水均会影响区域内实际排污对河流水环境质量真实状况的评价，而现有的评价方法不能真实的对区域内自身河流水环境质量进行核定评价。因此，有必要构建一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法，该方法能够核定评价指定河流区域内真实水环境质量，且数据易获取、方法简单可行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法和系统，其目的在于通过剔除跨界断面超标或达标来水水质影响，核定区域内真实水质环境质量和污染贡献大小，构建指定河流区域内真实水环境质量评价方法，由此解决现有水环境质量评价方法仅扣除跨界断面超标来水水质影响，数据没有归真，不能评价指定区域内河流真实水环境质量及其对河流整体污染的贡献率的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其包括以下步骤：

(1)明确指定河流涉及的流域和跨界断面、考核断面，获取两断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_考和C_跨、流域范围内对应月份的降雨量P、两断面对应的流域面积A以及平均径流系数α和自净系数β；

(2)扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响，计算考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*，具体计算公式如下：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

式中，断面水资源量Q，按照如下公式计算：

Q＝A*P*α；

(3)根据(2)计算获得的C_考 ^*值与预设阈值进行比较判断，具体评价判断原则如下：

若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大；

若C_考 ^*≤C_阈值，则判定真实水质环境达标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其所述自净系数β，按照如下公式计算：

β＝e^-kx/u

式中，k为污染物综合降解系数，/s；x为跨界断面至考核断面河段长度，m；u为河段平均流速，m/s；其中k通过经验系数、野外试验或模型率定验证获取。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其所述平均径流系数，按照如下公式计算：

α＝Q_年/P_年

式中，Q_年为流域所在地区年经流深度，mm；P_年为流域所在地区年降雨量，mm；所述Q_年，按照如下公式计算：

Q_年＝Q_地区/A_地区

式中Q_地区指流域所在地区年地表径流量，m³，A_地区为对应地区面积，m²，Q_地区、P_年均可以通过流域所在地区水资源公报中获取。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其所述评价，具体如下：

当实测超标时，若C_考＞C_考 ^*＞C_阈值，则判定水质环境实测强化超标，应当加强治理力度；若C_考 ^*＞C_考＞C_阈值，则判定水质环境实测弱化超标；若C_考＞C_阈值＞C_考 ^*，则判定水质环境实测假性超标，应当预防超标；

当实测达标时，若C_考＜C_考 ^*＜C_阈值，则判定水质环境实测强化达标，即实测水质较真实水质好；若C_考 ^*＜C_考≤C_阈值，则判定水质环境实测弱化达标，即实测水质较真实水质差；若C_考≤C_阈值＜C_考 ^*，则判定水质环境实测假性达标；若C_考＝C_阈值＝C_考 ^*，则判定水质环境实测真性达标。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其所述评价，还包括水质类别的评价，具体如下：

若C_考 ^*为负值，则区域内污染物入河量小于区域内河段自净能力，判定真实水质类别为地表水I类；

若C_考 ^*为正值，则参照现有标准，判定真实水质类别。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其所述系统，包括数据获取模块、数据处理模块和评价判断模块；

所述数据获取模块，用于获取指定河流区域的跨界断面、考核断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_跨和C_考、两断面水资源量Q_跨和Q_考以及自净系数β；并将获取的数据提交给数据处理模块；

所述数据处理模块，依据接收的数据进行处理计算，获得扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*；并将C_考和C_考 ^*提交给评价判断模块；所述C_考 ^*按照如下公式计算：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

所述评价判断模块，用于依据获取的C_考和C_考 ^*与预设阈值C_阈值进行比较判断；

具体的判断原则如下：

若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大且需优先治理；

若C_考 ^*≤C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其所述自净系数β，按照如下公式计算获得：

β＝e^-kx/u

式中，k为污染物综合降解系数，/s，通过经验系数、野外试验或模型率定验证获取；x为跨界断面至考核断面河段长度，m；u为河段平均流速，m/s。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其所述污染物综合降解系数k，指COD综合降解系数、氨氮综合降解系数和总磷综合降解系数。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其所述断面水资源量，按照如下公式计算获得：

Q＝A*P*α

式中，Q为断面水资源量，m³/s；A为断面对应的流域面积，m²；P为某段时间内流域范围降雨量，mm；α为平均径流系数。

优选地，所述指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其所述平均径流系数α，具体按照如下公式计算获得：

α＝Q_年/P_年

式中Q_年为流域所在地区年经流深度，mm；P_年为流域所在地区年降雨量，mm；所述Q_年，按照如下公式计算：

Q_年＝Q_地区/A_地区

式中Q_地区指流域所在地区年地表径流量，A_地区为对应地区面积，Q_地区、P_年均可以通过流域所在地区水资源公报中获取。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过扣除跨界断面超标或达标来水水质影响，对数据进行归真处理，能够对指定区域内真实水质环境质量进行核定评价，并按照公式C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)计算扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响后考核断面真实水质污染物浓度，将C_考 ^*与C_阈值比较即可判断真实水质是否超标，若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大。

另外，该方法以水资源量代替实测难以获取的流量数据，所述水资源量按照Q＝A*P*α计算，式中α采用近似算法，以区域平均径流系数来代替常规研究流域径流系数，数据更易获取；断面对应的流域面积A和流域范围内对应月份的降雨量P通过流域所在地区水资源公报中获取，该方法数据易获取、计算简单且可行。

附图说明

图1是指定河流区域内水环境质量核定评价方法流程示意图；

图2是实施例1绥江跨界区域范围及断面分布示意图；

图3是实施例2新兴江跨界区域范围及断面分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明的阈值的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

术语：

径流系数α(runoffcoefficient)是指一定汇水面积内总径流量(毫米)与降水量(毫米)的比值，是任意时段内的径流深度与造成该时段径流所对应的降水深度的比值。径流系数说明在降水量中有多少水变成了径流，它综合反映了流域内自然地理要素对径流的影响。

水体自净是指污染物进入水体后，使水体中物质组成发生变化，破环原有的物质平衡，同时污染物质也会参与水体中物质转化和循环过程，通过物理、化学或生物化学作用，污染物质被分解，使水体基本上或完全的恢复到原有生态平衡的过程。自净系数大小反应了在一定时间内水体自净能力的大小，污染物综合降解系数可以一定程度反应水体自净能力，是指单位时间内污染物通过生物降解、物理沉降和其他物化过程可以降解掉的污染物的量。

我国地域广阔，一条河流往往流经多地，目前一般会在河流不同地段划界监督考核，指定河流区域为河流从指定入境断面到指定出境断面所在的河流区域，其中河流区域的入境断面为跨界断面，河流区域的出境断面为考核断面，除以河流源头为入境断面外，河流中某一指定区域内的水质均会受到一个或多个上游区域水质的影响，且无论上游区域水质是达标还是超标均会影响该指定河流区域内自身水质环境质量的核定和评价，即跨界来水对指定河流区域内真实水质环境质量影响不容忽视。但目前对指定河流区域水质环境质量的评价通常是没有扣除跨界来水水质的影响，现有实测评价结果与扣除跨界来水后的真实情况存在偏差，依据实测结果甚至会将真实超标的情况误判为水质达标而未采取治理，因此，现有评价方法不能真实评价河流区域自身水质环境质量。

虽有学者提出通过扣减跨界超标来水污染通量来剔除跨界来水影响，但这种扣除污染通量的方法仅考虑了超标来水的影响，且流量数据亦难以获取，而且该方法是基于足够多通量站的情况才能较精准核定评价，但实际上我国水文站点布设密度远远满足不了跨界河流通量抵扣所需要求，且针对跨界河流全线布设通量站，成本高。现有扣除污染通量的方法难以实现对指定河流区域内真实水质环境质量进行精准核定评价，尤其是考核断面水质达标，无法准确判定区域内污染负荷入河是否已超过本区域河段纳污能力，而且在河流出现水质污染超标的情况时，也不能评估河流中不同区域段河流的污染对整体河流污染的贡献率，难以实现有序的定向治理。

本发明提供了一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其包括以下步骤：

(1)明确指定河流涉及的区域和入境断面、出境断面，所述指定河流区域为河流从指定入境断面到指定出境断面所在的河流区域，其中河流区域的入境断面为跨界断面，河流区域的出境断面为考核断面；

获取跨界断面、考核断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_考和C_跨，流域范围内对应月份的降雨量数据P以及河流流域可能涉及范围的DEM数据；

所述DEM数据，用于提取跨界断面和考核断面对应的流域面积，如利用Arcgis软件，基于DEM数据提取跨界断面、考核断面对应的流域范围，并提取断面对应的流域面积A；

优选所述实测水质数据为逐月水质数据，包括化学需氧量(COD)、氨氮和总磷的逐月实测数据；所述降雨量数据P，通过流域内气象站或气象数据网获得；

(2)基于(1)已获取的跨界断面或考核断面的流域面积A以及降雨量数据P，利用简单产汇流方法，计算跨界断面和考核断面对应的水资源量Q_跨和Q_考；所述断面水资源量具体计算公式如下：

Q＝A*P*α

其中，Q为断面水资源量，m³/s；A为断面对应的流域面积，m²；P为某段时间内流域范围降雨量，mm；α为平均径流系数；

优选，所述平均径流系数α，具体计算方法如下：

α＝Q_年/P_年

优选，式中Q_年为流域所在地区年径流深度，mm；P_年为流域所在地区年降雨量，mm；其中Q_年可通过地区地表径流量和面积计算得到，即

Q_年＝Q_地区/A_地区；

上述Q_地区指流域所在地区年地表径流量，m³，A_地区为对应地区面积，m²，其中Q_地区、P_年均可以通过流域所在地区水资源公报中获取；

在常规研究中，径流系数的计算需根据下垫面的类型、分类考虑下渗、产汇等过程，参数较多且数据不易获取，而本发明中径流系数α采用一种近似算法，即采用区域平均径流系数来代替研究流域径流系数，这种算法简单易行且数据容易获取；

优选，所述流域范围内降雨量为逐月降雨量数据；采用逐月降雨量数据可与水质监测频次相匹配，利于河流防治管理。

(3)计算扣除跨界断面来水影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度，所述水质污染物浓度为水体中污染物的浓度，如水体中COD的浓度、氨氮的浓度和总磷的浓度；具体计算方法如下：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

式中，C_考 ^*为扣除跨界断面来水影响后考核断面真实水质污染物浓度，mg/L；Q_考为考核断面水资源量，m³/s；C_考为考核断面实测水质污染物浓度，mg/L；Q_跨为跨界断面水资源量，m³/s；C_跨为跨界断面实测水质污染物浓度，mg/L；β为自净系数；

通过扣除跨界断面超标或达标来水影响，对数据进行归真处理，即扣除跨界超标来水污染通量或跨界来水达标净通量的影响，获得该区域内自身水质真实的污染物浓度，并采用水资源量替代现有的流量通量数据计算水质污染物的浓度，无需依赖河流水文流量数据，数据易获取、计算方法简便可行，且无需对河流全线布设通量站即可精准计算该区域内真实水质污染物浓度，成本低；

所述自净系数β，优选按照如下公式计算：

β＝e^-kx/u

式中，k为污染物综合降解系数，/s；x为跨界断面至考核断面河段长度，m；u为河段平均流速，m/s；

现有技术中自净系数β计算，包括零维、一维和二维的计算方法，但零维的计算方法简单粗暴，整段河流属于完全混合，不适合指定河流区域沿程水质变化的评价；二维的计算方法需要参数多，且包括横向水质的变化，本发明主要考虑河流沿程水质变化，因此，选择一维的计算方法，所需参数数据易获取且可信，优选按上式计算自净系数β；

所述污染物综合降解系数k，一般将污染物在水环境中物理降解、化学降解和生物降解概化为污染物综合降解系数，其大小反映了污染物在水质作用下降解速度的快慢；其通常指COD综合降解系数、氨氮综合降解系数和总磷综合降解系数，均可通过经验系数、野外试验或模型率定验证获取；其中COD综合降解系数，用于表征COD在水质作用下降解的速度；氨氮综合降解系数，用于表征氨氮在水质作用下降解的速度；总磷综合降解系数，用于表征总磷在水质作用下降解的速度。

(4)指定河流区域内水环境质量核定和评价

(4-1)指定河流区域内水环境质量核定

根据(3)计算得到扣除跨界来水影响的考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*，判定指定河流区域内的真实水质类别，具体如下：

若C_考 ^*为负值，则区域内污染物入河量小于区域内河段自净能力，判定真实水质类别为地表水I类。

若C_考 ^*为正值，则参照现有标准如《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，判定真实水质类别。

(4-2)指定河流区域内水环境质量评价

根据(3)计算得到的扣除跨界来水影响的考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*与考核断面水质预设阈值C_阈值进行比较评价判定，具体如下：

当C_考＞C_阈值，即实测超标时，若C_考 ^*＞C_阈值，则判定水质环境真实超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大；

若C_考＞C_阈值＞C_考 ^*，则判定水质环境假性超标，即实测水质超标，而该区域真实水质未超标，应当做好相关措施预防该区域水质超标；

当C_考＜C_阈值，即实测达标时，若C_考 ^*≤C_阈值，则判定水质环境真实达标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好；若C_考≤C_阈值＜C_考 ^*，则判定水质环境假性达标，即实测水质达标，而真实水质未达标，应当对该区域水质进行治理；

所述C_阈值根据《地表水环境质量标准》规定中标准限值进行设置。

优选，所述评价判定，具体评价判定原则如下表：

由上表评价原则可知，该方法可以对指定河流区域内真实水环境质量进行精准评价，能够鉴别出实测假性达标和假性超标的水样。

采用水资源量代替实测流量数据，按照公式C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)计算真实水质的浓度C_考 ^*，该方法简便易行且数据易获取，能够对区域自身水质的真实情况进行核定和评价，且可依据不同区域获得的C_考 ^*的大小判断区域污染对整个河流污染的贡献大小，即河流真实水质污染超标时，C_考 ^*越大，污染越严重，需优先治理，进而实现有序定向治理。

若依据C_考 ^*的结果判定指定区域内真实水环境质量未超标，则C_考 ^*值越低，区域内水环境质量越好。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其包括数据获取模块、数据处理模块和评价判断模块；

所述数据获取模块，用于获取指定河流区域的跨界断面、考核断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_跨和C_考、流域范围内对应月份的降雨量数据P、断面流域面积A、流域所在地区年径流深度Q_年和流域所在地区年降雨量P_年以及平均径流系数α和自净系数β；所述实测水质数据，优选逐月实测水质数据，包括化学需氧量、氨氮和总磷的实测数据；并将获取的数据提交给数据处理模块；

所述数据处理模块，依据接收的数据进行处理计算，获得扣除跨界断面来水影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*；并将C_考和C_考 ^*提交给评价判断模块；

所述C_考 ^*按照如下公式计算：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

式中Q_考为考核断面水资源量，m³/s，Q_跨为跨界断面水资源量，m³/s，所述断面水资源量Q，按照如下公式计算：

Q＝A*P*α

式中，Q为断面水资源量，m³/s；A为断面对应的流域面积，m²；P为某段时间内流域范围降雨量，mm；α为平均径流系数。

所述评价判断模块，用于依据获取的C_考和C_考 ^*与预设阈值C_阈值进行比较判断，具体的判断原则如下：

当C_考＞C_阈值，即实测超标时，若C_考 ^*＞C_阈值，则判定水质环境真实超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大；若C_考＞C_阈值＞C_考 ^*，则判定水质环境假性超标；

当C_考＜C_阈值，即实测达标时，若C_考 ^*≤C_阈值，则判定水质环境真实达标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好；若C_考≤C_阈值＜C_考 ^*，则判定水质环境假性达标，应当进行治理；

所述C_阈值根据《地表水环境质量标准》规定中标准限值进行设置。

优选，所述判断原则如下：

当C_考＞C_阈值，即实测超标时，若C_考＞C_考 ^*＞C_阈值，则判定水质环境实测强化超标，即真实水质超标程度较实测结果低，该区域水环境应当治理；

若C_考 ^*＞C_考＞C_阈值，则判定水质环境实测弱化超标，即真实水质超标程度较实测结果严重，该区域水环境应当加强治理力度；

若C_考＞C_阈值＞C_考 ^*，则判定水质环境实测假性超标，即实测水质超标，而真实水质未超标，应当预防该区域水质超标；

当C_考＜C_阈值，即实测达标时，若C_考＜C_考 ^*＜C_阈值，则判定水质环境实测强化达标，即实测水质较真实水质好；

若C_考 ^*＜C_考≤C_阈值，则判定水质环境实测弱化达标，即真实水质较实测水质好；

若C_考≤C_阈值＜C_考 ^*，则判定水质环境实测假性达标，即实测水质达标，而真实水质未达标，该区域水环境应当治理；

若C_考＝C_阈值＝C_考 ^*，则判定水质环境实测真性达标，即真实水质与实测结果一样。

以下为实施例：

实施例1瓦灶岗和五马岗水环境质量评价

绥江是北江一级支流，发源于广东省连山县擒鸦岭，穿过肇庆市怀集县、广宁县和四会市，在四会马房汇入北江。绥江上共3个考核断面，从上游至下游分别为坳仔渡头、瓦灶岗、五马岗断面，坳仔渡头为怀集县出境断面(考核断面)、广宁县入境断面；瓦灶岗为广宁县出境断面(考核断面)、四会市入境断面；五马岗为四会市出境断面(考核断面)。3个断面水质预设阈值均为Ⅱ类。由于坳仔渡头断面不受跨界来水影响，实测水质能反应怀集县对绥江的真实水质影响，本实施例仅对2019年瓦灶岗、五马岗断面进行逐月水环境质量评价，具体如下：

(1)收集坳仔渡头、瓦灶岗、五马岗断面评价周期内逐月水质数据，跨界区域逐月降雨数据以及跨界河流流域可能涉及范围的DEM(Digital Elevation Models)数据。利用Arcgis软件，基于DEM数据提取以上3个断面对应的流域范围，具体见图2。其中，坳仔渡头对应流域面积为2844.90km²，瓦灶岗对应流域面积为5413.80km²，五马岗对应的流域面积为6580.25km²。根据2019年肇庆市水资源公报肇庆市年均降水量1895.4mm，肇庆市面积14897.45km²，肇庆市地表水资源量161.67亿m³，按照公式α＝Q_年/P_年，计算径流系数α为0.573，其中Q_年＝地表水资源量/肇庆市面积，mm。

收集到的各县(市)评价周期内2019年逐月降雨量统计如下表(单位：mm/月)：

收集到的各断面评价周期内2019年逐月实测水质数据如下表(单位：mg/L)：

(2)基于各断面对应流域的降雨数据、流域面积及平均径流系数，根据简单产汇污计算公式Q＝A*P*α，计算得到各断面水资源量，计算结果如下表(单位：m³/s)：

(3)利用各跨界断面、考核断面实测水质数据和水资源量，计算扣除跨界断面来水影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度，具体计算方法如下：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

其中，β＝e^-kx/u。k为污染物综合降解系数，/s；x为跨界断面至考核断面河段长度，m；u为河段平均流速，m/s。根据经验选取综合降解系数，化学需氧量COD综合降解系数k取1.39×10^-6/s、氨氮降解系数取1.16×10^-6/s、总磷降解系数取9.2×10^-7/s，坳仔渡头至瓦灶岗断面河段长57.73km，瓦灶岗至五马岗断面河段长43.28km，河段平均流速取0.3m/s。

根据上述(3)公式，计算得到瓦灶岗、五马岗断面扣除跨界来水影响后真实水质污染物浓度，并依据指定河流区域内水环境质量评价判定表，可反映出广宁县、四会市排污对绥江真实的水环境质量影响。

扣除跨界来水影响后，瓦灶岗断面真实水质数据及水环境质量评价结果如下表1(单位：mg/L)；

扣除跨界来水影响后，五马岗断面真实水质数据及水环境质量评价结果如下表2(单位：mg/L)。

为便于对比，上表中直观的列出了瓦灶岗、五马岗断面化学需氧量、氨氮和总磷逐月实测水质数据及其对应的水质类别。将实测数据与扣除跨界来水影响后计算的仅受区域内排污影响的真实水质数据对比，可以看到存在较明显差异。

其中，2019年瓦灶岗断面年均实测化学需氧量和氨氮均能达到II类水质预设阈值要求，但化学需氧量实测水质为实测强化达标，氨氮为实测弱化达标，总磷实测水质为实测假性达标，说明广宁县对绥江化学需氧量和总磷的污染较实测数据反映的更加严重，对绥江氨氮的污染则弱于实测数据。

从逐月水质对比结果来看，瓦灶岗化学需氧量真实水质数据在3月份、5月份、7月份和9月份都出现了超II类水情况，但对应实测数据仍为I类，实测数据一定程度掩盖了广宁县污染排放强度，以上月份广宁县排污已超标区域内河段的纳污能力。五马岗断面实测数据与真实数据的差异较瓦灶岗断面更大，五马岗断面化学需氧量、氨氮和总磷根据真实水质污染物浓度均为实测假性达标，氨氮尤其突出，真实水质数据已为劣V类。但五马岗断面从实测数据反映来看均能达到II类水质预设阈值要求，可见，实测水质数据一定程度掩盖了四会市排污对绥江水环境质量影响。

经实际调研发现，四会市对绥江污染贡献相对较大，但由于上游跨界来水仍有容量富余空间，实测水质均能达到水质预设阈值要求。一旦上游来水水质处于达标临界值附近，四会市五马岗考核断面必会出现水质超标风险。因此，按照现有的水环境质量评价体系，不能真实反映四会市水环境质量现状污染状况。通过本发明专利可以核定指定河流区域内真实水质并开展水环境质量评价，有利于促进指定河流区域内水环境污染防治工作开展。

实施例2高要区内山口断面2014～2015年逐月水环境质量评价

(1)收集松云断面、山口断面评价周期内逐月水质数据，逐月降雨数据以及新兴江流域可能涉及范围的DEM数据。利用Arcgis软件，基于DEM数据提取以上2个断面对应的流域范围，具体见图3。其中，松云断面对应流域面积为712.68km²，山口断面对应流域面积为1285.8km²。根据肇庆市2014年、2015年水资源公报数据，计算得到2014年、2015年肇庆市平均径流系数分别为0.568和0.576。

收集到的高要区评价周期内逐月降雨量统计如下表(单位：mm)：

时间	降雨量(mm)
		2014年1月	0
2014年3月	284.8
		2014年5月	374.9
2014年7月	191.9
		2014年9月	151.9
2014年11月	49.6
		2015年1月	73.4
2015年3月	31.4
		2015年5月	524.6
2015年7月	270.2
		2015年9月	111.8
2015年11月	34.9

收集到各断面评价周期内逐月实测水质数据如下表(单位：mg/L)：

(2)根据简单产汇污计算公式，基于各断面对应流域的降雨数据、流域面积及平均径流系数，计算得到各断面水资源量，计算结果如下表(单位：m³/s)：

时间	松云断面水资源量(m<sup>3</sup>/s)	山口断面水资源量(m<sup>3</sup>/s)
			2014年1月	0.00	0.00
2014年3月	43.22	77.66
			2014年5月	56.90	102.23
2014年7月	29.13	52.33
			2014年9月	23.82	42.80
2014年11月	7.78	13.98
			2015年1月	11.30	20.30
2015年3月	4.83	8.68
			2015年5月	80.74	145.06
2015年7月	41.59	74.71
			2015年9月	17.78	31.94
2015年11月	5.55	9.97

(3)利用各跨界断面、考核断面实测水质数据和水资源量，计算扣除跨界断面来水影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度，具体计算方法如下：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

其中，β＝e^-kx/u。k为污染物综合降解系数，/s；x为跨界断面至考核断面河段长度，m；u为河段平均流速，m/s。根据经验，COD综合降解系数取1.16×10^-6/s、氨氮综合降解系数取9.26×10^-7/s、总磷综合降解系数取6.94×10^-7/s，松云断面至山口断面河段长32km，河段平均流速取0.2m/s。

根据上述(3)公式，计算得到山口断面扣除跨界来水影响后真实水质污染物浓度，并依据指定河流区域内水环境质量评价判定表，可反映出高要区排污对新兴江真实的水环境质量影响。

扣除跨界来水影响后，山口断面真实水质数据及水环境质量评价结果如下表3(单位：mg/L)。

为便于对比，上表中直观的列出了山口断面化学需氧量、氨氮和总磷逐月实测水质数据及其对应的水质类别。将实测数据与扣除跨界来水影响后计算的仅受区域内排污影响的真实水质数据对比，可以看到存在较明显差异。

从整体来看，山口断面实测数据在一定程度上掩盖了高要区对新兴江影响，主要指标扣除跨界来水影响后，真实浓度多为实测弱化超标和实测强化达标，其中化学需氧量和总磷真实浓度与实测浓度差距较大。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)明确指定河流涉及的流域和跨界断面、考核断面，获取两断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_考和C_跨、流域范围内对应月份的降雨量P、两断面对应的流域面积A以及平均径流系数α和自净系数β；

(2)扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响，计算考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*，具体计算公式如下：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

式中，断面水资源量Q，按照如下公式计算：

Q＝A*P*α；

(3)根据(2)计算获得的C_考 ^*值与预设阈值进行比较判断，具体评价判断原则如下：

若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大且需优先治理；

若C_考 ^*≤C_阈值，则判定真实水质环境达标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好。

2.如权利要求1所述的指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其特征在于，所述自净系数β，按照如下公式计算：

β＝e^-kx/u

式中，k为污染物综合降解系数；x为跨界断面至考核断面河段长度；u为河段平均流速；其中k通过经验系数、野外试验或模型率定验证获取。

3.如权利要求1或2所述的指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其特征在于，所述平均径流系数，按照如下公式计算：

α＝Q_年/P_年

式中，Q_年为流域所在地区年经流深度；P_年为流域所在地区年降雨量；所述Q_年，按照如下公式计算：

Q_年＝Q_地区/A_地区

式中Q_地区指流域所在地区年地表径流量，A_地区为对应地区面积，Q_地区、P_年均可以通过流域所在地区水资源公报中获取。

4.如权利要求1至3任意一项所述的指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其特征在于，所述评价，具体如下：

当实测超标时，若C_考＞C_考 ^*＞C_阈值，则判定水质环境实测强化超标，应当加强治理力度；若C_考 ^*＞C_考＞C_阈值，则判定水质环境实测弱化超标；若C_考＞C_阈值＞C_考 ^*，则判定水质环境实测假性超标，应当预防超标；

当实测达标时，若C_考＜C_考 ^*＜C_阈值，则判定水质环境实测强化达标；若C_考 ^*＜C_考≤C_阈值，则判定水质环境实测弱化达标；若C_考≤C_阈值＜C_考 ^*，则判定水质环境实测假性达标；若C_考＝C_阈值＝C_考 ^*，则判定水质环境实测真性达标。

5.如权利要求1所述的指定河流区域内水环境质量核定评价方法，其特征在于，所述评价，还包括水质类别的评价，具体如下：

若C_考 ^*为负值，则区域内污染物入河量小于区域内河段自净能力，判定真实水质类别为地表水I类；

若C_考 ^*为正值，则参照现有标准，判定真实水质类别。

6.一种指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其特征在于，所述系统，包括数据获取模块、数据处理模块和评价判断模块；

所述数据获取模块，用于获取指定河流区域的跨界断面、考核断面评价周期内多个月份的实测水质数据C_跨和C_考、两断面水资源量Q_跨和Q_考以及自净系数β；并将获取的数据提交给数据处理模块；

所述数据处理模块，依据接收的数据进行处理计算，获得扣除跨界断面超标或达标来水水质的影响后区域内考核断面真实水质污染物浓度C_考 ^*；并将C_考和C_考 ^*提交给评价判断模块；所述C_考 ^*按照如下公式计算：

C_考 ^*＝(Q_考C_考-βQ_跨C_跨)/(Q_考-Q_跨)

所述评价判断模块，用于依据获取的C_考 ^*与预设阈值C_阈值进行比较判断；具体的判断原则如下：

若C_考 ^*＞C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越大，则该区域污染贡献率越大，治理力度应增大；

若C_考 ^*≤C_阈值，则判定真实水质环境超标，其中C_考 ^*越小，则该区域水质环境越好。

7.如权利要求6所述的指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其特征在于，所述自净系数β，按照如下公式计算获得：

β＝e^-kx/u

式中，k为污染物综合降解系数，通过经验系数、野外试验或模型率定验证获取；x为跨界断面至考核断面河段长度；u为河段平均流速。

8.如权利要求7所述的指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其特征在于，所述污染物综合降解系数k，指COD综合降解系数、氨氮综合降解系数和总磷综合降解系数。

9.如权利要求6所述的指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其特征在于，所述断面水资源量，按照如下公式计算获得：

Q＝A*P*α

式中，Q为断面水资源量；A为断面对应的流域面积；P为某段时间内流域范围降雨量；α为平均径流系数。

10.如权利要求9所述的指定河流区域内水环境质量核定和评价系统，其特征在于，所述平均径流系数α，具体按照如下公式计算获得：

α＝Q_年/P_年

式中Q_年为流域所在地区年经流深度；P_年为流域所在地区年降雨量；所述Q_年，按照如下公式计算：

Q_年＝Q_地区/A_地区

式中Q_地区指流域所在地区年地表径流量，A_地区为对应地区面积，Q_地区、P_年均可以通过流域所在地区水资源公报中获取。

Images