CN108664647A

CN108664647A - 一种集成水环境模型的流域精细化管理***

Info

Publication number: CN108664647A
Application number: CN201810471185.2A
Authority: CN
Inventors: 白辉; 陈岩; 赵琰鑫; 王东; 赵越; 孙运海; 赵康平; 韦大明
Original assignee: CHINESE ACADEMY FOR ENVIRONMENTAL PLANNING
Current assignee: CHINESE ACADEMY FOR ENVIRONMENTAL PLANNING
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: CN108664647B

Abstract

本发明提供了一种集成水环境模型的流域精细化管理***，所述精细化管理***设置有数据库，所述数据库收录有水文、气象、污染源、水质监测数据，同时通过河网网格划分模块中存储的流域河网网格划分信息将流域划分为子计算单元，最终确定整个流域水系的子计算单元网格，利用模型计算模块模拟流域中各子计算单元网格的污染物浓度，以水环境模型为基础，构建水污染事故分析方法、污染源响应与治理项目效益分析方法、水质超标反溯影响污染源方法，从而实现了流域内污染源、项目和水质等的动态、精细化管理。

Description

一种集成水环境模型的流域精细化管理***

技术领域

本发明属于水环境监测和管理领域，具体涉及一种集成水环境模型的流域精细化管理***。

背景技术

随着互联网和计算机技术的飞速发展，信息化技术在各个行业得到了广泛的应用。其中，环境监测技术的信息化水平也在不断提高。目前，我国已形成多级环境监测站点，各个行业和部门建立的环境监测机构的数量也不断增多，在环境监测体系中，信息化技术的使用大大提高了监测工作的效率，使得跨区域合作成为可能。

除了环境监测技术，信息化技术在环境管理上同样可发挥重要作用。可以说，环境信息化水平在一定程度上代表了一个区域的环境管理综合实力和竞争力，是实现环境科学管理与决策的基本保障。

具体到水环境管理，水环境流域中的污染源、水质、水量、治理项目等多要素均处于动态变化中，且影响因子较为复杂，使得对水环境进行精细化管理存在极大的难度，在这种情况下，如何构建一个动态的、精细化程度高的水环境管理***，是现有技术尚未解决的难题，也是环境管理部门急切需要的。

发明内容

本发明解决的是现有技术对水环境进行精细化管理存在极大难度的技术问题，进而提供一种动态化的、精细化程度高的水环境管理***。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种集成水环境模型的流域精细化管理***，包括：数据库单元，所述数据库单元存储有：水文数据库，收录流域内的水文监测数据；污染源数据库，收录流域各类污染源的排放数据；流域地理信息数据库，收录流域的地理信息数据；气象、水质监测数据库，收录流域内的水质数据和气象站点对应的气象监测数据；流域社会经济数据库，收录流域社会经济和人口统计信息数据；所述流域精细化管理***还设置有水质模拟单元，所述水质模拟单元包括：河网网络划分模块，所述河网网格划分模块存储有流域的河网网格划分信息，流域先初步划分为多个非均匀流河段，再将每个河段划分为多个子计算单元，最终确定整个流域水系的子计算单元网格；系数设置模块，用于设置产排污系数、入河系数和污染物降解系数；所述水质模拟单元还设置有模型计算模块，所述模型计算模块存储有流域一维河网水动力水质模型、流域非点源产排污模型；所述模型计算模块分别与所述数据库单元、河网网络划分模块和系数设置模块连接设置；所述模型计算模块适宜调取所述数据库单元、河网网络划分模块、和系数设置模块的数据信息，模拟流域中各子计算单元网格的污染物浓度。

所述水质模拟单元还设置有：水文信息确认模块，适宜调取所述水文数据库的数据信息，用于确认所述水文数据的数据信息并下达确认指令；污染源信息确认模块，适宜调取所述污染源数据库的数据信息，用于确认所述污染源数据的数据信息并下达确认指令；

当所述水文信息确认模块和所述污染源信息确认模块均下达确认指令时，所述模型计算模块自动调取所述数据库单元、河网网络划分模块和系数设置模块的数据信息，模拟流域中各子计算单元网格的污染物浓度。

还设置有污染事故分析单元，所述污染事故分析单元设置有用于输入污染事故数值的输入模块，所述污染事故分析单元基于所述污染事故数值的输入对水质污染进行动态模拟计算，通过模拟结果查看污染事故的持续时间及影响范围。

还设置有污染源响应与治理项目效益单元，所述污染源响应与治理项目效益单元存储有污染源新建项目与治理项目方案的信息，每个污染源新建项目与治理项目方案相应设置有项目对应的污染物排放量增加数值或减少数值，通过选择不同项目方案进行水质模拟，通过模拟结果可查看污染源新建项目与治理项目对河流水质产生的环境效益。

还设置有水质超标反溯影响污染源单元，所述水质超标反溯影响污染源单元根据某年某月水质断面的监测数据进行分析，显示水质的超标状况、超标范围以及可能造成超标的污染源。

所述水质超标反溯影响污染源单元识别可能造成超标的污染源的方法为：(1)选定要分析年月的水质超标控制断面，从该超标断面开始往流域上游识别水质断面，直到无水质超标断面止；(2)确定识别的所有水质超标断面对应的控制单元；(3)根据所述选定要分析的水质超标断面的超标因子在步骤(2)确定的所述控制单元内识别排放了该超标因子的污染源；(4)在识别出的排放了该超标因子的污染源中进一步识别出超标排放的污染源，即对应为可能造成超标的污染源。

还设置有地图模块，在所述地图模块中存储有流域地图，所述地图模块分别与所述污染事故分析单元、污染源响应与治理项目效益单元、水质超标反溯影响污染源单元连接设置。

本发明所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，优点在于：

本发明所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，设置有数据库，所述数据库收录有水文、气象、污染源、水质监测数据，同时通过河网网格划分模块中存储的流域的河网网格划分信息将流域划分为子计算单元，最终确定整个流域水系的子计算单元网格，利用模型计算模块模拟流域中各子计算单元网格的污染物浓度，以水环境模型为基础，构建水污染事故分析方法、污染源响应与治理项目效益分析方法、水质超标反溯影响污染源方法，从而实现了流域污染源、项目和水质等的动态、精细化管理。

为了使本发明所述的集成水环境模型的流域精细化管理***的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。

附图说明

如图1所示是本发明所述的集成水环境模型的流域精细化管理***的示意图；

其中，附图标记为：

1-流域精细化管理***；2-数据库单元；3-水质模拟单元；31-河网网络划分模块；32-系数设置模块；33-模型计算模块；34-水文信息确认模块；4-污染事故分析单元；5-污染源响应与治理项目效益单元；6-水质超标反溯影响污染源单元；7-地图模块。

具体实施方式

本实施方式以青海湟水流域为例，提供了一种集成水环境模型的流域精细化管理***1，***的示意图如图1所示，包括：数据库单元2，所述数据库单元2存储有：水文数据库，收录流域内的水文监测数据；污染源数据库，收录流域各类污染源的排放数据；流域地理信息数据库，收录流域的地理信息数据；气象、水质监测数据库，收录流域内的水质数据和气象站点对应的气象监测数据；流域社会经济数据库，收录流域社会经济和人口统计信息数据；

所述流域精细化管理***1还设置有水质模拟单元3，所述水质模拟单元3包括：河网网络划分模块31，所述河网网格划分模块存储有流域的河网网格划分信息，河网网络划分的方法为：流域先初步划分为多个非均匀流河段，再将每个河段划分为多个子计算单元，最终确定整个流域水系的子计算单元网格；

本实施方式中，将湟水流域内56条主要干支流河流按水环境功能区划情况初步划分为134个非均匀流河段，所述非均匀流河段是指同一河段内具有相同的水力、水质参数特征，所述水力、水质参数特征包括比降、流量、流速和污染物降解系数；而各河段之间的水力、水质特性则各不相同。在此基础上，再将134个非均匀流河段划分为基本等长的、基本为1000m长的子计算单元网格；然后遍历所有的河段，看河段上是否有水质监测断面、水环境功能区节点，并在断面位置对河段再打断，最终将整个湟水河流域划分成为2820个子计算单元网格。子计算单元网格是水质模拟分析计算的基本单元。非点源和点源的入汇和出流可以在任意河段或子计算单元网格内。

对于湟水流域内划分的各计算单元网格，从湟水上游麻皮寺河源头为起点，从1开始往下游升序编号，当到达支流的时候，继续从支流源头开始往支流下游升序编号，从而将整个湟水流域所有干支流概化成一系列首尾相接的子计算单元网格。

最终确定的湟水流域河网计算单元的编号最小值(1号)单元位于湟水上游正源麻皮寺河源头，编号最大值(2719号)单元位于湟水流域出口处。咸水沟、隆治沟两条支流划分的子计算单元编号从2720至2820，两个支流单独编号。

所述水质模拟单元3还设置有系数设置模块32和模型计算模块33，其中，系数设置模块32用于设置产排污系数、入河系数和污染物降解系数；本实施方式中采用人工录入的方式向所述系数设置模块32中输入所述产排污系数、入河系数和污染物降解系数。其中产排污系数包括但不限于城镇居民生活排污系数(单位：g/人·天)、畜禽粪尿日***系数(千克/头·年)、种植业产排污系数、农村居民生活排污系数等。

本实施方式中所述的模型计算模块33存储有流域一维河网水动力水质模型、流域非点源产排污模型；所述模型计算模块33分别与所述数据库单元2、河网网络划分模块31和系数设置模块32连接设置；所述模型计算模块33适宜调取各个模块的数据信息，模拟流域中各子计算单元网格的污染负荷浓度。所述流域一维河网水动力水质模型方法包括河流恒定排污一维稳态降解水质模型。

其具体方法为：(1)提取数据库单元2中存储的数据，采用流域非点源产排污系数模型核算污染源中非点源污染物产生量；非点源包括城镇生活源、畜禽养殖源、种植业面源、农村生活面源和城市非点源；(2)采用水文计算方法确定河段的水文条件；分析河段水文气象特征，分析水文数据的可获得性，选择适用的水文插值方法：若当现有河段的上、下游有水文监测站点时，提取所述水文、气象、水质监测数据库中的流量数据，采用天然径流量还原法计算所述河段的流量；当所述河段缺少上、下游水文监测站点时，可提取所述流域的水文数据，找到水文条件基本相同的河段，采用水文比拟法估算所述河段的流量；基于所述流量，进一步推算所述河段的水面面积和水体体积；(3)基于步骤(1)、(2)的计算数据，采用流域一维河网水动力水质模型方法对子计算单元的水质进行模拟，包括：第一步，提取数据库中的污染源、排污口和取水口的位置信息，并对同一子计算单元内的相邻排污口进行概化；提取数据库中所述的各类点源排放数据，以及步骤(1)的计算成果，依据模型参数所述的入河系数，进一步计算概化后的排污口的污染物的入河污水量、污染负荷浓度；依据步骤(2)的计算成果，采用河流水动力模型方法，计算河段流速条件；所述河流水动力模型方法包括河流水位-流量关系法、曼宁公式法；第二步，采用独立数据对所述一维水质模型进行验证和率定，使所述一维水质模型的模拟精度不低于80％；采用经过验证和率定后的水质模型，计算各子计算单元网格污染负荷浓度。

其中，步骤(2)中的水文计算方法包括：

湟水流域各干支流现有16个主要水文监测站点。其中，湟水干流上主要水文站有海晏三站、湟源站、西宁站、乐都站、民和站等5个，其他支流中，北川河上主要水文站有牛场站、桥头五站、朝阳站等3个，药水河上有董家庄三站1个水文站，西纳川河有西纳川二站1个水文站，黑林河上有黑林二站1个水文站，南川河上有南川河口站1个水文站，沙塘川河上有傅家寨二站1个水文站，小南川河上有王家庄站1个水文站，引胜沟上有八里桥三站1个水文站，巴州河上有吉家堡站1个水文站。

本实施方式中，对于某河段子计算单元，若其所属的水环境功能区河段上有实际水文监测站点，则直接采用水文监测站点的实测流量值作为本段的来流流量条件。考虑到实际水文监测站点分布的不均匀特征，很多河段实际上没有实测水文数据。对于河段子计算单元，若其所属水环境功能区河段上没有实际水文监测站点，则需要依据流域内的产汇流关系，对原始水文数据进行预处理，插值还原到其他没有实测水文数据的河段。

当某子计算单元所属的水环境功能区河段上、下游有水文站时，可根据上、下游两监测站点的当月的实际监测值(Q^上、Q^下)，用内插法估算本水环境功能区河段平均流量，计算公式如下：

式中，Q为缺乏水文监测资料的某河段流量核算结果，m³/s；Q^上、Q^下分别为上、下游水文站的某月的实测流量，m³/s；A为缺乏资料站控制断面以上流域内多年平均产水量，m³；A^上、A^下分别为上、下游水文站所控制的流域内多年平均产水量，m³。

对于无资料地区，也可以采用水文比拟(类比)法。首先找出与缺乏资料流域的气候与自然地理条件相似、流域面积相差不大且有较长期实测资料的流域作为参证(类比)流域，将参证流域时段径流量的统计参数或径流过程修正后移用至缺乏资料流域，计算公式如下：

本实施方式中的所述气象数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心的中国年平均降水量数据，借助ArcGIS空间数据处理技术，截取湟水流域多年平均降水分布数据。得到湟水流域1956-2000年多年平均降雨量分布、产水径流深空间。

稳态的流量平衡方程适用于每个模拟河段，河段单元水量平衡方程为：

Q_i＝Q_i-1+Q_in,i-Q_out,i

式中，Q_i为河段i流入河段i+1的流量，m³/s；Q_i-1为上游河段i-1流入河段i的流量，m³/s；Q_in,i为河段i点源和非点源总入流量，m³/s；Q_out,i为河段i点源和非点源总出流量，m³/s。

从源头开始所有的入流量可以表示为：

其中，Q_ps,i,j是第j个点源流进河段i的流量，m³/d，psi为河段i所有点源数量，Q_nps,i,j是第j个非点源流进河段i的流量，m³/d，npsi为河段i所有非点源数量。

从源头开始所有的出流量可以表示为：

其中，Q_pa,i,j是河段i第j个点源取水口的流量，m³/d，pai为河段i所有点源取水口数量，Q_npa,i,j是河段i第j个非点源取水口的流量，m³/d，npai为河段i所有非点源取水口数量。

本实施方式中的水质模型基于质量守恒为原则，采用水位流量关系曲线法依据流量估算平均流速条件。其具体思路为，河段单元中流速与流量的关系、深度与流量的关系可用幂指数方程进行描述：

U＝aQ^b

H＝cQ^d

式中，Q为流量，m³/s；U为平均流速，m/s；H为平均水深，m；a、b、c、d为经验常数，可由断面的水位-流量关系曲线计算截距和斜率获得。

各个模型的详细说明如下：

一维河网水动力水质模型是一维平流-扩散与质量守恒方程，模型适用于树枝状河流，允许沿河多个点源废水排放、面源入汇、取水和支流流入，以分析污染物排放总量和具体排放位置对受纳水体水质的影响，模型既可以用作稳态模型，也可以用作时变的动态模型对突发水环境污染事故等进行模拟。

将河段子计算单元视为稳定状态，即河段污染物浓度仅与排污口位置有关而与时间无关，时间控制是由水力停留时间决定，而水力停留时间由河段长度和河段平均流速决定。考虑平流扩散、稀释和物质组分自身的生化反应、水质组分间的相互作用以及组分的外部源和漏对组分浓度的影响。

对于沿湟水干支流点源、非点源排污引起的水质变化，采用恒定排污一维稳态降解水质模型进行模拟分析：

对于小支流面流速变化不大的情况，公式具体如下：

C₀＝(C_pQ_p+C_hQ_h)/(Q_p+Q_h)

对于分析突发水环境风险事故排污过程后，事故排污影响下湟水干支流水质变化，对于可降解的污染物，如COD、氨氮等常规污染物、可降解的有毒有害有机污染物、酸碱类等，有公式如下：

式中，C_b为河流事故污染物的背景浓度值，mg/l；C(x,t)为距离发生风险事故距离为x，事故发生后t时刻的污染物浓度，mg/L；x为离排污口距离，m；u为断面流速，m/s；k为风险事故排放污染物综合衰减系数，1/s；；D_x为污染物纵向离散系数，m²/s；M为突发水环境风险事故污染物一次性排放的质量，g

本实施方式采用输出系数模型作为流域非点源产排污模型，核算湟水流域非点源污染物产生量。输出系数法于20世纪70年代初期在北美首先提出，其特点在于能够直接利用土地利用状况、种植业结构等资料，利用污染物输出系数来估算流域输出的面源污染负荷，是一种集总式的面源污染负荷简便估算方法。

输出系数模型则是输出系数法的一种具体体现，是利用半分布式途径来计算流域尺度上年均污染，如总氮、总磷等总负荷的数学加权公式，其实质上是一种半分布式的集总模型。由于流域的源污染负荷和流域内的土地利用类型密切相关，因此，利用相对容易得到的流域土地利用类型等数据，通过多元线性相关分析，直接建立流域土地利用类型与非点源污染输出量的关系，然后通过对不同来源污染负荷求和，得到区域污染总负荷。

其中，城镇生活污染产生量根据湟水流域内各乡镇城镇人口和城镇人口产排污系数确定，如下式所示：

W＝3.65AF

式中，W为城镇生活污染负荷量，t/a；A为城镇人口，万人；F为城镇居民生活排污系数，g/人·天。

根据《生活源产排污系数及使用说明》(2011修订版)和《青海省用水定额》(DB63T1429-2015)，并结合当地社会经济发展水平，湟水流域内西宁市区、海东市区城镇人口生活用水定额按230L/人·天，COD产污染系数取72g/人·天，氨氮产污染系数取8.06g/人·天，总磷产污染系数取0.89g/人·天；其他县城城区和一般乡镇城镇居民生活用水定额按150L/人·天，COD产污染系数取61g/人·天，氨氮产污染系数取7.41g/人·天，总磷产污染系数取0.63g/人·天。

本实施方式中，畜禽养殖业面源污染负荷计算如下式所示：

Q＝∑A_i*T_i*E_j

式中：Q为畜禽养殖业面源污染负荷排放量，吨/年，A_i为i类畜禽养殖种类的养殖存栏量，头(只)；T_i为i类畜禽养殖的产污系数，克/天；E_j为j种养殖粪污处理方式的处理效率。

参照相关研究的估算方法，将牛、猪、羊和家禽的存栏量看作当年一个相对稳定的饲养量，在未考虑饲养周期的前提下，畜禽养殖污染物产污系数(T_i)计算公式为：

畜禽污染物产生量(T_i)＝畜禽粪尿日***系数(千克/头·年)×粪尿污染物含量(克/千克)。

猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡等5种畜禽***系数、畜禽粪便中COD、氨氮、总磷等各类污染物含量参照原国家环境保护总局的推荐值和《第一次全国污染源普查：畜禽养殖业源产排污系数手册》(2009年)推荐值。

本实施方式中采用“标准农田法”估算种植业面源流失量。标准农田指的是平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为25-35kg/亩·年，降水量在400-800mm范围内的农田。

对于实际农田，需要考虑到其实际坡度、农作物种植类型、土壤性质、化肥施用量和降水量分布等因素，在标准农田基础上，对源强系数进行必要的修正：

A.坡度修正

土地坡度在25°以下，流失系数为1.0-1.2；25°以上，流失系数为1.2-1.5。研究根据流域DEM数据和土地利用数据，在ArcGIS平台下，分析耕地的平均坡度，确定对应的修正因子。

B.农作物类型修正

以玉米、高粱、小麦、大麦、水稻、大豆、棉花、油料、糖料、经济林等主要作物作为研究对象，确定不同作物的污染物流失修正系数。此修正系数需通过科研实验或者经验数据进行验证。湟水流域主要种植作物类型为小麦。

C.土壤类型修正

将农田土壤按质地进行分类，即根据土壤成分中的粘土和砂土比例进行分类，分为砂土、壤土和粘土。以壤土为1.0；砂土修正系数为1.0-0.8；粘土修正系数为0.8-0.6。针对流域土壤类型，取0.9-1.0.

D.化肥施用量修正

化肥亩施用量在25kg以下，修正系数取0.8-1.0；在25-35之间，修正系数取1.0-1.2；在35kg以上，修正系数取1.2-1.5。

E.降水量修正

年降雨量在400mm以下的地区取流失系数为0.6-1.0；年降雨量在400～800mm之间的地区取流失系数为1.0-1.2；年降雨量在800mm以上的地区取流失系数为1.2-1.5。流域平均年降水量在600～300mm，依据流域年降水量图和耕地分布图，确定降水量修正因子。

种植业负荷排放量公式如下：

式中，E_种植为流域种植业负荷排放量，吨/年；E_标准农田为流域“标准农田”种植模式的流失系数，千克/亩·年；A_{种植模式,i}为流域采用第i类种植模式的种植面积，亩；a_坡度修正为坡度修正因子，无量纲；b_{农作物类型修正}为农作物类型修正，无量纲；c_{土壤类型修正}为土壤类型修正，无量纲；d_{化肥施用量修正}为化肥施用量修正，无量纲；e_{降水量修正}为降水量修正，无量纲；

种植业产排污系数依据国务院第一次全国污染源普查领导小组办公室发布的《第一次全国污染源普查—农业污染源(肥料流失系数)》(2009)，涵盖我国主要种植区域、种植方式、耕作方式、农田类型、土壤类型、地形地貌和主要作物类型的不同种植业模式的农田肥料流失系数。

本实施方式中，湟水流域农村生活污染排放情况根据各控制子控制单元农村人口及平均农村人口污染负荷排放量确定，如下式所示：

W＝3.65AF

式中，W为农村生活面源负荷排放量，吨；A为农村人口，万人；F为农村居民生活排污系数，g/(人·天)。

根据湟水流域社会经济统计数据，2015年湟水流域12个区县共有155.8万农村人口。湟水流域农村居民生活排放系数依据《青海省用水定额(DB63T1429-2015)》，为80L/人·天，农村生活主要污染负荷产生系数参考与城镇生活系数，其COD、氨氮和总磷产生系数分别为61克/人·日、7.41克/人·日和0.63克/人·日计。

本实施方案采用标准城市产排污系数法估算城市径流面源流失量。所谓标准城市的定义为：地处平原地带，城市非农业人口在100万～200万之间，建成区面积在100km²左右，年降水量在400～800mm之间，城市雨水收集管网普及率在50～70％之间的城市，标准城市源强系数为COD 50吨/年，氨氮12吨/年。

方法考虑影响城市径流的若干因素，对照拟评估城市建成区地形特征、城镇人口、城区面积、降雨量和管网覆盖等具体情况，在标准城市的基础上进一步进行系数修正：

A.地形修正系数

将城市按地形分为平原城市、山区城市、丘陵城市3种情况，分别给出地形修正系数。其中，平原城市取地形修正系数为1；山区城市取修正系数为3.8；丘陵城市取修正系数为2.5。

B.人口修正系数

将城市非农业人口分100万人以下、100万～200万、200万～500万，500万以上4种情况，分别给出人口修正系数。其中，100万人以下取人口修正系数为0.3；100万～200万之间取修正系数为1；200万～500万之间取修正系数为2.3；500万以上取修正系数为3.3。

C.面积修正系数

将城市建成区面积分75km²以下、75～150km²、150～250km²、250km²以上4种情况，分别给出面积修正系数。其中，75km²以下取面积修正系数为0.5；75～150km²之间取修正系数为1；150～250km²之间取修正系数为1.6；250km²以上取修正系数为2.3。

D.降雨修正系数

将年降雨量分400mm以下、400～800mm、800mm以上3种情况，分别给出降雨修正系数。其中，400mm以下取降雨修正系数为0.7；400～800mm之间取修正系数为1；800mm以上取修正系数为1.4。

E.管网修正系数

将雨水收集管网覆盖率分30％以下、30～50％、50％～70％、70％以上4种情况，分别给出管网修正系数。其中，雨水收集管网覆盖率在30％以下取管网修正系数为0.6；覆盖率在30～50％之间的取修正系数为0.8；覆盖率在50～70％之间的取修正系数为1；覆盖率在70％以上的取修正系数为1.2。

城市非点源核算公式为：

E_城市＝E_标准城市×T_城市×P_城市×A_城市×R_城市×P_n城市

式中，E_城市为城市径流非点源负荷排放量，吨/年；E_标准城市为流域内定义的标准城市径流负荷排放强度，吨/年；T为城市地形修正系数，无量纲；N_城市为城市人口修正系数，无量纲；A_城市为城市面积修正系数，无量纲；R_城市为城市降水量修正系数，无量纲；P_n城市为城市雨水管网修正系数，无量纲。

本实施方式通过排污口概化解决污染源和河流水系的水陆耦合问题。点源和非点源污染负荷必须分配到对应排污口。同时模型允许单一排污口实际对应任意多个点源或非点源污染源。

点源按其实际位置确定其具体所属的子计算单元，将相邻的若干个点源排污口或取水口简化成为一个集中的排污口或取水口，合并后的排污口距上游断面的距离，可由下式计算：

式中，L为概化的排污口到距离河段上游控制断面的距离，km；Q_i为第i个排污口的水量，m³/s：C_i第i个排污口的污染物浓度，mg/L；L_i为第i个排污口距离河段上游控制断面的距离，km。

非点源排污口或取水口被概化成为河段沿程的线排放源或线取水口。模型以各非点源影响河段起始点和终点的点位作为分界线，将非点源在此区域内按距离平均分配至各单元进行水质计算。

建立的湟水流域水质模型中，对于污染源与排污口关联处理步骤如下：1)首先建立排污口-污染源属性表，确定排污口(水)-污染源(陆)关系；2)计算点源到排污口的入汇距离；3)依据入汇距离，确定入河系数；4)对某一排污口所有的污染源进行累计，得到该排污口的入河污水量、污染负荷浓度。

本实施方式对于湟水河各干支流河流源头水水质，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅱ类水考虑，其中COD源头水浓度取10mg/L，氨氮浓度取0.25mg/L。

湟水流域共布设主要水质监测断面19个，模型验证是用一组独立于参数率定时的数据对参数进行检验。本实施方式中选择2014年枯、平、丰湟水干流扎马隆-新宁桥段、小峡桥-湾子桥段、湾子桥-民和桥段等三个主要河段的水质监测断面同水期实测化学需氧量和氨氮水质浓度的平均相对误差作为误差检验指标，从模拟和验证结果看，湟水干流化学需氧量的总体平均的相对误差为7.6％，氨氮的总体平均的相对误差为11.5％，即化学需氧量的总的精度达到了92.4％，氨氮的总的精度达到了88.5％。模型参数验证结果表明，一维水质模型的模拟精度基本在85％以上，能够较为准确的反映流域污染物排放和水质的响应特征，模拟精度较高。

本实施方式中的精细化管理***还设置有水文信息确认模块34和污染源信息确认模块，所述水文信息确认模块34适宜调取所述水文数据库的数据信息，用于确认所述水文数据的数据信息并下达确认指令；所述污染源信息确认模块适宜调取所述污染源数据库的数据信息，用于确认所述污染源数据的数据信息并下达确认指令；当所述水文信息确认模块34和所述污染源信息确认模块均下达确认指令时，所述模型计算模块33自动调取各个模块的数据信息，模拟流域中各子计算单元网格的污染负荷浓度。这一设置方式提高对了对***的管理程度，使得基础数据信息在模拟运算之前能够得到进一步的确认。

本实施方式中的精细化管理***还设置有污染事故分析单元4，所述污染事故分析单元4设置有用于输入污染事故数值的输入模块，所述污染事故分析单元4基于所述污染事故数值的输入对水质污染进行动态模拟计算，通过模拟结果查看污染事故的持续时间及影响范围。

所述精细化管理***还设置有污染源响应与治理项目效益单元5，所述污染源响应与治理项目效益单元5存储有污染源新建项目与治理项目方案的信息，每个污染源新建项目与治理项目方案相应设置有项目对应的污染物排放量增加数值或减少数值，通过选择不同项目方案进行水质模拟，通过模拟结果可查看污染源新建项目与治理项目对河流水质产生的环境效益。

所述精细化管理***还设置有水质超标反溯影响污染源单元6，所述水质超标反溯影响污染源单元6根据某年某月水质断面的监测数据进行分析，显示水质的超标状况、超标范围以及可能造成超标的污染源。所述水质超标反溯影响污染源单元6识别可能造成超标的污染源的方法为：(1)选定要分析年月的水质超标控制断面，从该超标断面开始往流域上游识别水质断面，直到无水质超标断面止；(2)确定识别的所有水质超标断面对应的控制单元；(3)根据所述选定要分析的水质超标断面的超标因子在步骤(2)确定的所述控制单元内识别排放了该超标因子的污染源；(4)在识别出的排放了该超标因子的污染源中进一步识别出超标排放的污染源，即对应为可能造成超标的污染源。

本实施方式中的所述精细化管理***设置有地图模块7，在所述地图模块7中存储有流域地图，所述地图模块7分别与所述污染事故分析单元4、污染源响应与治理项目效益单元5、水质超标反溯影响污染源单元6连接设置。用于对各个单元的运算结果进行显示。

本实施方式中的各个单元和模块，可采用计算机或者服务器等现有技术中的硬件设施来实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims

1.一种集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，包括：

数据库单元，所述数据库单元存储有：水文数据库，收录流域内的水文监测数据；污染源数据库，收录流域各类污染源的排放数据；流域地理信息数据库，收录流域的地理信息数据；气象、水质监测数据库，收录流域内的水质数据和气象站点对应的气象监测数据；流域社会经济数据库，收录流域社会经济和人口统计信息数据；

所述流域精细化管理***还设置有水质模拟单元，所述水质模拟单元包括：

河网网络划分模块，所述河网网格划分模块存储有流域的河网网格划分信息，流域先初步划分为多个非均匀流河段，再将每个河段划分为多个子计算单元，最终确定整个流域水系的子计算单元网格；

系数设置模块，用于设置产排污系数、入河系数和污染物降解系数；

所述水质模拟单元还设置有模型计算模块，所述模型计算模块存储有流域一维河网水动力水质模型、流域非点源产排污模型；所述模型计算模块分别与所述数据库单元、河网网络划分模块和系数设置模块连接设置；所述模型计算模块适宜调取所述数据库单元、河网网络划分模块、和系数设置模块的数据信息，模拟流域中各子计算单元网格的污染物浓度。

2.根据权利要求1所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，所述水质模拟单元还设置有：水文信息确认模块，适宜调取所述水文数据库的数据信息，用于确认所述水文数据的数据信息并下达确认指令；污染源信息确认模块，适宜调取所述污染源数据库的数据信息，用于确认所述污染源数据的数据信息并下达确认指令；

3.根据权利要求1或2所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，还设置有污染事故分析单元，所述污染事故分析单元设置有用于输入污染事故数值的输入模块，所述污染事故分析单元基于所述污染事故数值的输入对水质污染进行动态模拟计算，通过模拟结果查看污染事故的持续时间及影响范围。

4.根据权利要求1或2或3所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，还设置有污染源响应与治理项目效益单元，所述污染源响应与治理项目效益单元存储有污染源新建项目与治理项目方案的信息，每个污染源新建项目与治理项目方案相应设置有项目对应的污染物排放量增加数值或减少数值，通过选择不同项目方案进行水质模拟，通过模拟结果可查看污染源新建项目与治理项目对河流水质产生的环境效益。

5.根据权利要求4所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，还设置有水质超标反溯影响污染源单元，所述水质超标反溯影响污染源单元根据某年某月水质断面的监测数据进行分析，显示水质的超标状况、超标范围以及可能造成超标的污染源。

6.根据权利要求5所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，所述水质超标反溯影响污染源单元识别可能造成超标的污染源的方法为：(1)选定要分析年月的水质超标控制断面，从该超标断面开始往流域上游识别水质断面，直到无水质超标断面止；(2)确定识别的所有水质超标断面对应的控制单元；(3)根据所述选定要分析的水质超标断面的超标因子在步骤(2)确定的所述控制单元内识别排放了该超标因子的污染源；(4)在识别出的排放了该超标因子的污染源中进一步识别出超标排放的污染源，即对应为可能造成超标的污染源。

7.根据权利要求6所述的集成水环境模型的流域精细化管理***，其特征在于，还设置有地图模块，在所述地图模块中存储有流域地图，所述地图模块分别与所述污染事故分析单元、污染源响应与治理项目效益单元、水质超标反溯影响污染源单元连接设置。