CN117634950A - 一种水环境容量当量的测算方法 - Google Patents
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Abstract
本方法提供一种水环境容量当量的测算方法，包括：通过对河流湖库等目标水体考核断面的水文和水质监测，计算得到主要考核指标的水环境容量；通过对目标水体污染管控重点的分析，遴选水环境容量测算的核心指标，以核心指标的水环境容量为参考依据，确定对其他非核心指标水环境容量的量级转换系数；通过历史监测数据分析，计算各水质指标的超标频率，进而得到各指标的容量稀缺系数；最终，通过容量当量的计算公式，综合测算目标水体的水环境容量当量。本发明方法可广泛应用于不同目标水体的水环境容量的综合测算与跟踪评估，能够为水环境管理提供简便、有效的决策信息，具有普适性和极高的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于环保和水环境管理领域，特别涉及一种水环境容量当量的测算方法。
背景技术
水环境容量是指水体在设计水文条件和规定的环境目标下所能容纳的最大污染物量。理论上，水环境容量反映了污染物在水体中的迁移、转化和积存的规律，也反映了特定功能条件下水体对污染物的受纳能力。实践中，水环境容量是环保部门水质达标考核和水利部门河长制管理的基本依据，是水污染控制规划的主要约束条件，也是污染物总量控制的关键参数。
从内涵组成上来看，水环境容量一般由具体污染指标的环境容量构成，比如总氮、总磷、高锰酸盐指数、氨氮等的环境容量。然而，这些污染指标的环境容量一般量级差异大，缺乏可比性，定量描述复杂。此外，当前水环境容量测算体系涉及的指标多，难以与现实管理需求直接对接，缺乏一个综合性的指标来系统表征目标水体的环境容量。因此，亟需一个简化的、精准的、统一的水环境容量指标来定量描述目标水体的纳污能力，以期更好服务于应用决策。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水环境容量当量的测算方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水环境容量当量的测算方法，包括：
基于目标水体考核断面的水文和水质监测结果计算考核指标的水环境容量；
基于目标水体性质及目标水体的污染管控重点，从考核指标中选取核心指标，其余考核指标为非核心指标；
以核心指标的水环境容量占用量为参考值，对每个非核心指标计算其对应的量级转换系数；
基于目标水体的历史监测数据计算各考核指标的超标频率，以获取各考核指标的容量稀缺系数；
基于下式计算水环境容量当量：
式中，Rd表示水环境容量当量，Rh表示核心指标的水环境容量，n表示非核心指标的总数，Ri表示第i个非核心指标的水环境容量，αi表示第i个非核心指标水环境容量的量级转换系数，wi表示第i个非核心指标的容量稀缺系数。
作为一种优选的实施方式，所述考核指标包括总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮。
作为一种优选的实施方式，所述目标水体的核心指标根据目标水体的污染实际情况和管理需求确定，具体的，根据目标水体的特点和污染管控的重点综合分析，例如对于湖库等易发生蓝藻水华等重要水体，建议将总磷设置为核心指标。
作为一种优选的实施方式，所述量级转换系数为核心指标水环境容量占用量与当前计算的非核心指标水环境容量占用量的比值，具体计算公式如下：
式中：αi表示第i个非核心指标的量级转换系数，表示核心指标水环境容量占用量；/>表示第i个非核心指标水环境容量占用量。
作为一种优选的实施方式，所述水环境容量占用量为目标水体待计算考核指标的多年水环境容量占用量平均值。具体包括：
(1)计算多个年份目标水体不同指标的水环境容量占用量；
(2)统计各污染指标水环境容量占用量的多年平均值；
(3)进行量级转换，得到非核心指标水环境容量的量级转换系数
作为一种优选的实施方式，所述非核心指标的容量稀缺系数为核心指标的超标频率与当前计算的非核心指标的超标频率的比值。
作为一种优选的实施方式，所述超标频率为某一时间段内，目标水体各考核指标浓度超过该水体水质考核标准的频率。
具体的，所述容量稀缺系数的确定采用以下步骤：
统计某一时间段内，目标水体核心水质指标浓度超过该水体水质考核标准的频率Ph；
统计某一时间段内，目标水体非核心水质指标浓度超过该水体水质考核标准的频率Pi；假设核心指标的稀缺系数为1，那么其他非核心指标的容量稀缺系数由下述方程得出：
式中，wi表示第i个非核心指标的容量稀缺系数，Pi表示第i个非核心指标的超标频率，Ph表示核心指标的超标频率。
作为一种优选的实施方式，所述方法还包括，计算目标水体的逐月/逐年水环境容量当量，监控目标水体水环境容量当量变化。
进一步的，以目标容量当量、容量当量占用量、容量当量警戒线作为监控指标，监控目标水体水环境容量当量变化。
进一步的，所述目标容量当量为水质目标约束下，最大容纳污染物的当量；
所述容量当量占用量为一段时间内由于各类排污活动所占用目标水体的水环境容量当量；
所述容量当量警戒线为依据目标水体的历史水质及水环境管理要求而划定的水质警戒控制目标，进而测算得出的水环境容量当量。
本发明所述的水环境容量当量主要用于定量描述目标水体的综合纳污能力，体现了河湖等水体在设计水文条件和规定的环境目标下所能容纳总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮等主要污染物质的总量。
本发明立足于当前水环境容量的测算体系，提供一种水环境容量当量的测算方法，为系统表征目标水体水环境的纳污能力、定量研判水环境质量的变化规律及管理决策提供重要的依据和参考，能够更好与现实管理需求对接。本发明方法可直接应用于不同目标水体的水环境容量的综合测算与跟踪评估，能够为水环境管理提供简便、有效的决策信息，具有普适性和极高的推广价值。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是各水质指标水质目标约束下水环境容量测算结果。
图3是目标水体逐月和逐年水环境容量当量测算结果。
具体实施方式
为使本发明的要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例中，主要水质指标的环境容量应采用标准方法或采用区域构建的模型工具来进行测算。具体参照相关公开发布的技术指南，如中国环境规划院编制的《全国水环境容量核定技术指南》，本申请中不再赘述。
实施例1
本实施例目标水体为水库，主要功能为区域提供饮用水源，目标水质为地表水III类，数据统计年限为2011-2020年。
如图1所示，本发明的方法包括如下步骤：
(1)计算主要考核指标的水环境容量。
本实施例中的主要考核指标为水质指标总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮。
参照已有的水环境容量测算方法，计算得出该目标水体自2010年以来，各类水质指标的环境容量。
本实施例中根据工作需要将水环境容量进一步细化，按照标准的方法，分别计算出了水质目标容量、容量占用量和容量警戒线。目标容量指水质目标约束下，最大容纳污染物的量；容量占用量指一段时间内由于各类排污活动所占用目标水体的水环境容量；容量警戒线是依据目标水体的历史水质及水环境管理要求而划定的水质警戒控制目标，进而测算得出的水环境容量。其中，各水质指标的环境容量剩余量可由水质目标容量(或容量警戒线)减去容量占用量得出，当容量占用量超出容量警戒线时建议采取预警管控措施，以避免水环境进一步恶化。水质目标容量、容量占用量和容量警戒线等指标测算可参照《全国水环境容量核定技术指南》中水环境容量的测算方法进行。
图2给出了各水质指标水质目标约束下2011年-2020年期间水环境容量测算结果。
(2)确定各水质指标环境容量的量级转换系数。
目标水体为水库，磷是水库藻类增殖的重要限制性因子。因此，确定总磷为核心指标，总氮、高锰酸盐和氨氮为非核心指标；
根据本实施例(1)中的测算结果，确定目标水体2011-2020年期间，总磷环境容量年平均占用量为2.5吨，氮、高锰酸盐和氨氮的环境容量占用量分别为88.2吨、300.5吨和10.1吨。
根据各指标的水环境容量占用量，计算非核心指标环境容量的量级转换系数，得出总氮、高锰酸盐指数和氨氮的量级转换系数分别为：和/>
(3)统计水质各指标的超标频率，得出容量稀缺系数。
对近10年目标水体考核断面逐月水质数据进行分析，统计各类水质指浓度超过地表水III类水质标准的频次，计算超标百分比。结果显示，总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮等指标超出III类水质标准的百分比为36.74％，54.92％，14.39％和2.27％。
进一步的，按照稀缺系数方程，计算得到环境容量稀缺系数依次为66.90％，100％，26.21％和4.14％。
(4)采用容量当量的计算公式，综合测算出目标水体的水环境容量当量。
根据上述步骤和当量计算的方程，最终确定目标水体环境容量当量的计算公式如下：
式中，Rd表示容量当量，RTP，RTN，RCOD和RAN依次为总磷、总氮、高锰酸盐指数和氨氮的环境容量；和/>依次为总氮、高锰酸盐指数和氨氮的量级转换系数；0.67，0.26和0.04分别为容量稀缺系数。
本发明的容量当量测算方法与实时获取的目标水体自动观测数据结合，通过后台代码编译，可实时定量描述逐月和逐年的水环境容量的动态变化，综合指征目标水体水环境的综合纳污能力，为管理决策提供实时、动态的信息。图3是目标水体逐月和逐年水环境容量当量测算结果。
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 (10)
1.一种水环境容量当量的测算方法，其特征在于，包括：
基于目标水体考核断面的水文和水质监测结果计算考核指标的水环境容量；
基于目标水体性质及目标水体的污染管控重点，从考核指标中选取核心指标，其余考核指标为非核心指标；
以核心指标的水环境容量占用量为参考值，对每个非核心指标计算其对应的量级转换系数；
基于目标水体的历史监测数据计算各考核指标的超标频率，以获取各考核指标的容量稀缺系数；
基于下式计算水环境容量当量：
式中，Rd表示水环境容量当量，Rh表示核心指标的水环境容量，n表示非核心指标的总数，Ri表示第i个非核心指标的水环境容量，αi表示第i个非核心指标水环境容量的量级转换系数，wi表示第i个非核心指标的容量稀缺系数。
2.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述考核指标包括总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮。
3.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述目标水体的核心指标根据目标水体的污染实际情况和管理需求确定。
4.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述量级转换系数为核心指标水环境容量占用量与当前计算的非核心指标水环境容量占用量的比值。
5.根据权利要求1或4所述的测算方法，其特征在于，所述水环境容量占用量为目标水体待计算考核指标的多年水环境容量占用量平均值。
6.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述非核心指标的容量稀缺系数为核心指标的超标频率与当前计算的非核心指标的超标频率的比值。
7.根据权利要求1或6所述的测算方法，其特征在于，所述超标频率为某一时间段内，目标水体各考核指标浓度超过该水体水质考核标准的频率。
8.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，还包括，计算目标水体的逐月/逐年水环境容量当量，监控目标水体水环境容量当量变化。
9.根据权利要求8所述的测算方法，其特征在于，以目标容量当量、容量当量占用量、容量当量警戒线作为监控指标，监控目标水体水环境容量当量变化。
10.根据权利要求9所述的测算方法，其特征在于，所述目标容量当量为水质目标约束下，最大容纳污染物的当量；
所述容量当量占用量为一段时间内由于各类排污活动所占用目标水体的水环境容量当量；
所述容量当量警戒线为依据目标水体的历史水质及水环境管理要求而划定的水质警戒控制目标，进而测算得出的水环境容量当量。
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