CN111310327A - 一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，包括如下步骤：首先对项目流域进行水利现状、水文现状、水环境现状以及污染源现状调查，根据项目区流域水质目标，核定项目区流域的水环境容量和入河污染量，确定目标削减量，通过导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出优选方案，并校核目标水质，确定最终方案。本发明可快速给出流域内污染物的最优削减方案，实现水环境达标的目的，同时将水体水质状况、污染负荷情况以及含建设费用及3～5年的运营费用的工程投资有效结合起来，建立污染物削减量与工程投资额响应体系，可有效提供最优工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其涉及一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法。
背景技术
随着我国社会化进程的加快，工业的高速发展和人口的急剧增加，导致我国的流域水环境污染和水生态破坏问题日益严重。水环境污染呈现复合性、多元性、结构性的特点，部分河段尤其是支流污染严重，水系连通性较差，水环境质量严重威胁着人体健康和生态安全。因此迫切需要加强对流域水资源、水环境和水生态的保护，并加大对流域水污染控制与水环境管理的执行力度。
2015年9月，国家颁布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)，提出流域水质目标管理需求，要求以水环境质量改善为核心，并对污染物总量控制手段进行创新。基于河流污染源与水环境质量间的响应关系，容量总量控制紧密联系水污染控制管理目标与水质目标，是目前较为科学合理的水质目标管理技术。水质目标管理(Water Quality TargetManagement)指针对不同类型河流，实施不同的水质目标管理措施，从而使不同水体满足特定的水质目标管理要求。在水环境管理方面，我国尚缺乏对整个流域水环境管理的***研究，尤其在水质目标管理技术、流域水环境***模拟等方面研究，目前仍未建立流域“水质-水量-容量-污染负荷-削减量”的动态响应关系，不能对污染物排放及主要支流水环境污染实施有效的削减和监督管理。国内基于目标总量削减控制的方法越来越不能满足当前的水环境管理需求，迫切需要开展并实施“一河一策”、“一湖一策”的流域水质目标管理技术体系应用研究。现有研究多集中在大江大河尺度，针对中小河流，因水文和历史资料的缺乏，相关研究还比较欠缺，且都是定性为主。
现有研究一般通过建立水质模型的方法计算流域河流水环境容量，并以此为基础进行水质目标管理。但水环境治理上存在以下问题：仅仅强调截污纳管、生态清淤、面源污染控制、引水活水、曝气增氧、水生态构建等技术措施，但每一项措施究竟有多少效能和性价比未见相关计算和描述，只能靠简单计算和经验来确定，不能精准给出水环境达标定量化的设计方法和治理途径。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在缺点，而提出的一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法。是对项目流域进行水利现状、水文现状、水环境现状以及污染源现状调查，根据项目区流域水质目标，核定项目区流域的水环境容量和入河污染量，确定目标削减量，通过导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出优选方案，并校核目标水质，确定最终方案。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，包括如下步骤：
S1、确定重点河段或控制单元：首先统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的***管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元；
S2、确定水质治理目标：根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标；更具体的，根据业主或相关部门水质达标要求，按照河流流域(流域或湖泊或一段河道或它们的混合体)管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程划分重点河段或流域控制单元，确定水质治理目标；
S3、确定项目区流域水环境容量和入河污染量：应用常规计算方法计算项目区流域不同控制单元污染物水环境容量和入河污染量，并依据不同控制单元占比结果，将基于历时曲线法计算得到的项目区流域水环境容量和入河污染量分摊到不同控制单元；更具体的，收集项目区流域河流出水口断面长时间序列流量数据，绘制流域河流出水口断面流量历时曲线和负荷历时曲线。同时根据流域不同流量范围，对流量历时区间进行一定的划分，计算不同流量历时区间水环境容量和入河污染量，并给出不同流量历时区间需要重点关注的特征污染因子；根据上述流域河流出水口断面流量历时曲线和负荷历时曲线，计算出水环境容量；以项目区流域污染源现状为基础，根据项目区流域水质目标，计算出入河污染量；
S4、确定项目区流域内的削减量：根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下的削减量，其中，差值如为正值则还有水环境容量，差值如为负值则需要削减污染量；将上述计算得到的目标削减量乘以安全系数，作为最终的目标削减量，综合考量工程投资含建设费用及3～5年的运营费用的相关因素，所述安全系数为1.1～1.2；
W削减＝(W-W＇)×γ安全
S5、确定最优投资方案：对于水环境容量和入河污染量差值为负值的情况，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出投资最优方案。
进一步的，在步骤S1中所述分区管理单元包括水功能区划、水环境功能区划、行政区划中的一种或者多种。
进一步的，在步骤S2中所述划分流域控制单元的具体方法包括如下步骤：
步骤1：基础资料收集；收集流域范围内各级行政边界、水系分布、水功能区划、水环境功能区划的矢量数据，地理坐标采用WGS1984，利用GIS软件，对各种基础地理信息数据进行分析，获取流域界限、行政界限；
步骤2：水系概化；全面结合流域自然汇水特征与实际管理需求，按照河流所属级别，将河流、湖库等天然水系概化成可应用水系，水系概化的对象包括干流、不同级别下相应的支流、乡镇及主要污染源所在地的小支小叉；
步骤3：汇水区确定；利用ArcGIS软件中的水文分析模块提取河流信息，并结合GPS定位加以校正，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆统筹的汇水区域单元，采用手动提取和自动提取两种方法对流域水体汇水区单元进行划分；
步骤4：控制断面选取；选取具有代表性的监测断面作为控制断面，首先主要从跨行政区交界断面、常规监测断面、重要水文站点和闸坝、重要支流汇入口、重要污染源排污口位置选取，然后根据收集到的监测断面基本信息和经纬度数据，生成GIS点位图层，最后结合谷歌等地图，校正点位经纬度信息，逐一定位确定各控制断面具***置信息；
步骤5：水质目标确定；逐一比对监测断面水质目标和所在功能区“入流”和“出流”口水质目标，按照从严要求确定水质目标；
步骤6：控制单元的初步划分；以主控断面作为控制单元的出水口，按照流域自然汇水特征，合并汇水区域，得到控制单元的初步划分结果；
步骤7：控制单元的校正；在国家控制单元划分结果的基础上，结合水生态环境功能分区结果，同时结合流域行政区划、水功能区划、水环境功能区划等现有分区管理单元，对控制单元初步划分结果进行校正，确定最终的控制单元划分结果。
进一步的，在步骤S2中所述应用常规计算方法包括水质模型法、实测法以及产排污系数法。
进一步的，用于水体污染物允许纳污量的水质模型法的计算方法主要包括零维计算模型法和一维计算模型法，具体计算方法如下：
零维计算模型法适用于污水流量较小的流域，河水与污水流量之比大于10-20，无需考虑污水进入水体的混合距离。
(1)、单点源排放时：
Wi＝0.0864D{Cil(Qi+qi)-Ci0Qi}
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；qi为第i个控制单元所涉及河段排污口排放流量，单位为m3/s。
(2)、多点源排放时：
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；n为第i个控制单元所涉及河段入河排污口的个数。
一维计算模型法适用于宽浅河段，短时间范围内污染物能够基本混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大，纵向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略；
式中，Ki为第i个控制单元所涉及河段水质降解系数，单位为d-1；Xi为第i个控制单元所涉及河段长度，单位为m；Ui为第i个控制单元所涉及河段流速，单位为m/s。
进一步的，水环境容量计算方法选定水质模型法的具体方法如下：
首先收集流域范围内所有入河排污口水质水量、不同控制单元控制断面实际监测的水文水质的基础数据，然后结合现有水质模型法的计算方法及其适用条件，同时根据不同控制单元河段实际特点，确定不同控制单元水环境容量计算方法，计算得到不同控制单元水环境容量占比情况及其不同月份、不同水期、不同季节变化特征。
进一步的，水环境污染源按照污染物排放空间方式可分为点源、非点源，按照人类社会活动影响，点源一般又包括工业污染源和城镇生活污染源；非点源又包括城镇径流污染源、畜禽养殖污染源、农村生活污染源和农田径流污染源。
进一步的，入河污染量的具体计算方法如下：
(1)、点源入河污染量具体核算方法
点源入河污染量内的工业污染源和城镇生活污染源入河污染量采用实测法进行核定；实测法是通过污染物排放浓度与流量的乘积计算得出，采用重点污染源在线监控数据进行监测，并结合实际现场调查数据进行核实确定。
工业污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi工业＝Wi工业1βi工业1+Wi工业2βi工业2
式中，Wi工业—第i个控制单元工业污染物入河量，单位为t/a；Wi工业1—第i个控制单元工业污染物直排量，单位为t/a；βi工业1—第i个控制单元直排工业污染物入河系数；Wi工业2—第i个控制单元污水处理厂处理后的工业污染物排放量，单位为t/a；βi工业2—第i个控制单元污水处理厂排放的工业污染物入河系数。
城镇生活污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi城镇＝Wi城镇1βi城镇1
式中，Wi城镇—第i个控制单元城镇生活污染物入河量，单位为t/a；Wi城镇1—第i个控制单元污水处理厂处理后的城镇生活污染物排放量，单位为t/a；βi城镇1—第i个控制单元污水处理厂排放的城镇生活污染物入河系数。
污染物直接排放入河时，产污系数与排污系数相同；点源入河系数的具体取值，可参考《全国水环境容量核定技术指南》，点源污染物入河系数具体取值按λ＝λ0×γ1×γ2计算；点源入河系数具体取值需要根据研究区域排污口分布状况、河道铺设方式以及气温等条件加以校正。
(2)、非点源入河污染量具体核算方法
非点源入河污染量内的城镇径流污染源、畜禽养殖污染源、农村生活污染源和农田径流污染源采用产排污系数法进行核定；产排污系数法即指分别计算各类污染源单位计量参数单位时间产生的污染负荷，如人口数、产品量、面积、体积等，再求和得到污染负荷总量。流域实际非点源污染物入河系数确定过程中，还需要结合流域降雨、径流和河流分布特征，确定不同类型非点源污染物入河系数取值。
城镇径流污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi＇城镇＝Wi＇城镇1β＇i城镇1
式中，Wi＇城镇—第i个控制单元城镇径流污染物入河量，单位为t/a；Wi＇城镇1—第i个控制单元城镇径流污染物排放量，单位为t/a；β＇i城镇1—第i个控制单元城镇径流污染物入河系数；
畜禽养殖污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi畜禽＝365×Ni畜禽×αi畜禽×βi畜禽/106
式中，Wi畜禽—第i个控制单元畜禽养殖污染物入河量，单位为t/a；Ni畜禽—第i个控制单元折合为猪的养殖头数，单位头；αi畜禽—第i个控制单元畜禽养殖污染物排放系数，单位为g/(头·天)；βi畜1—第i个控制单元畜禽养殖污染物入河系数；
农村生活污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi农村＝3.65×Ni农村×αi农村×βi农村
式中，Wi农村—第i个控制单元农村生活污染物入河量，单位为t/a；Ni农村—第i个控制单元农村人口数，单位为万人；αi农村—第i个控制单元农村生活污染物排放系数，单位为g/(人·天)；βi畜1—第i个控制单元农村生活污染物入河系数；
农田径流污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi农田＝15×Ai农田×αi农田×βi农田/106
式中，Wi农村—第i个控制单元农田径流污染物入河量，单位为t/a；Ai农村—第i个控制单元农作物总播种面积，单位为ha；αi农田—第i个控制单元农业污染物源强系数，单位为kg/(亩·年)；βi畜1—第i个控制单元农田径流污染物入河系数；
基于实测法、产排污系数法的流域全年现状纳污量计算如下：
W＇＝∑(Wi工业+Wi城镇+Wi＇城镇+Wi畜禽+Wi农村+Wi农田)
式中，W＇为基于实测法、产排污系数法条件下计算得到的流域全年的入河污染量，单位为t/a。
进一步的，在步骤S5中最优方案的优选方法具体如下：
步骤1：针对城市点源控制工程、内源污染控制工程、面源工程、水利调度工程、生态治理工程、流域稳定运行智慧管理工程各治理方法单元进行效能测试和模拟，即建立RMS模型，绘制出污染削减量与建设费用关系图以及某种工程措施与运维费用关系图；
步骤2：在满足目标削减量的前提下，通过RMS模型优选出投资最低的治理方案，同时根据水安全、水资源、水景观和水管理需求来微调上述治理方法；具体调整方案如下：
方案一：仅考虑水质达标，含3～5年运维费用；
方案二：水质达标的基础上，增加水安全与水景观需求；
方案三：水质达标的基础上，增加水安全、水景观与水管理需求；
方案四：其他特殊要求下的方案；
步骤3、流域或河道或湖泊或它们的混合体，主要考虑的指标为：CODCr、氨氮、总磷、溶解氧、透明度、DO，选取其中最难达标的那一个或几个指标作为特征污染因子进行调整治理方法。
进一步的，针对南方和北方、东部和西部不同地区之间存在的差异及用地情况，求出优选的最优解作为此过程的一个重要组成部分，另需进行人工复核并调整。
本发明提出的一种天然橡胶光里家用手套及其制备工艺，有益效果在于：本发明在计算出水环境容量，识别超标污染物，并诊断出受污染河段和入河污染量的基础上，快速给出流域内污染物的最优削减方案，实现水环境达标的目的，与以往研究中仅根据经验值或简单计算值采取的治理措施不同，本发明将水体水质状况、污染负荷情况以及含建设费用及3～5年的运营费用的工程投资有效结合起来，建立污染物削减量与工程投资额响应体系，可有效提供最优工程投资。
附图说明
图1为本发明实施例中关于RMS核心设计方法技术路线图；
图2为本发明实施例中关于各个控制单元信息的列表；
图3为本发明实施例中基于负荷历时曲线的不同控制单元水环境容量的列表；
图4为本发明实施例中关于不同控制单元入河污染量的列表；
图5为本发明实施例中关于不同控制单元目标削减量的列表；
图6为本发明实施例中关于污染削减量与建设费用关系示意图；
图7为本发明实施例中关于运维费用与时间关系图(3～5年)；
图8为本发明实施例中关于工程投资表(运营费指的是运营不超过三年的单年运营费用)；
图9为本发明实施例中关于三种方案工程措施削减量占比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，在考虑季节性变化影响因素的同时，分别控制各项核心指标的参数，以提高水环境达标的稳定效果。
作为本发明的一个实施案例，对于受污染的流域，流域面积＜50km2，对于大型水体或流域治理可以分片计算、设计水体，本发明提供的一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法包括以下步骤：
(1)统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的***管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元，将流域划分为若干个控制单元后，根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标。
具体地来说，根据业主或相关部门水质达标要求，按照河流流域管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程划分控制单元，确定水质治理目标。一般划分一级控制单元3-5个，在每个一级控制单元中划分二级控制单元，二级控制单元总共5-12个。将所述流域划分为一级控制单元和二级控制单元以利于对整个流域进行准确计算和准确控制，从而提高对流域的治理效果。
(2)然后计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量。
水环境容量是指在达到水质目标条件下各个控制单元可容纳的污染物量。
本发明采用模型估算方法计算各个控制单元的水环境容量，计算方法主要包括零维计算模型法和一维计算模型法。具体方法如下：
①零维计算模型法
零维计算模型法适用于河水流量与污水流量之比大于10-20，无需考虑污水进入水体的混合距离。
单点源排放时：
Wi＝0.0864D{Cil(Qi+qi)-Ci0Qi}
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染。物浓度，单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；qi为第i个控制单元所涉及河段排污口排放流量，单位为m3/s。
多点源排放时：
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染。物浓度，单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；n为第i个控制单元所涉及河段入河排污口的个数。
②一维计算模型法
一维计算模型法适用于宽浅河段，短时间范围内污染物能够基本混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大，纵向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略。
式中，Ki为第i个控制单元所涉及河段水质降解系数，单位为d-1；Xi为第i个控制单元所涉及河段长度，单位为m；Ui为第i个控制单元所涉及河段流速，单位为m/s。
③水环境容量计算方法的确定
结合现有水质模型计算方法及其适用条件，同时根据不同控制单元河段实际特点，确定不同控制单元水环境容量计算方法。
(3)以项目区流域污染源现状为基础，根据项目区流域水质目标，基于实测法、产排污系数法条件下，计算得到流域各个控制单元全年的入河污染量和流域的入河污染总量。
具体地，可以通过现场监测排污口与污染源调查，结合实测法以及产排污系数法，计算各个控制单元的入河污染量，以及流域的入河污染总量。其中，入河污染量可以包括入河点源和非点源的污染总量。需要说明的是，所述流域的入河负荷总量是指各级控制单元入河污染量之和。进一步地，在本发明中，入河污染量是指污染物的入河污染量，其可以包括但不限于COD入河污染量、TP入河污染量和氨氮入河污染量。在本发明中，所述点源是指工业污染源和城镇生活污染源，所述非点源是指分散的包括城镇径流污染源、畜禽养殖污染源、农村生活污染源和农田径流污染源在大面积上的少量水污染的分散排放。
(4)根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下目标削减量，如为正则还有水环境容量，如为负则需要削减污染量。为保证水质达标的稳定性，将上述计算得到的目标削减量乘以安全系数，作为最终的目标削减量，综合考量工程投资含建设费用及3～5年的运营费用的相关因素，所述安全系数为1.1～1.2；
W削减＝(W-W＇)×γ安全
(5)对于水环境容量为负的需要整治的情况下，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出最优方案。
实施例：以江苏省宿迁市某流域生态治理工程为例
该流域主要包含1条主河道和3条支流，水系总长度约31.26km，属于典型的城市排涝河道。3条支流污染程度相似，COD、氨氮、TP等相关指标均为劣V类标准。该流域水体特征污染因子主要考虑COD和氨氮。
具体地，采用本发明提供的用一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法进行水质提升设计。
参见图2，将流域划分为若干个控制单元，确定水质治理目标。具体地，根据业主或相关部门水质达标要求，按照河流流域管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程划分控制单元。分为6个控制单元即一级控制单元，包括主河道上游、主河道中游、主河道下游、支流1、支流2以及支流3。
以地表水环境质量标准准Ⅳ类水为设计目标，对应的COD和氨氮浓度分别为30mg/L和1.5mg/L。
参见图3，计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量：计算在水质目标条件下该流域可容纳的污染物量，利用模型计算出各个控制单元的水环境容量。各个控制单元的水环境容量。
参见图4，计算流域的入河污染总量和各个控制单元的入河污染量：在控制单元划分的基础上，通过现场监测与模型估算计算出各个控制单元的入河污染量。
参见图5，根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下目标削减量。为保证水质达标的稳定性，将上述计算得到的目标削减量乘以安全系数，作为最终的目标削减量，综合考量工程投资含建设费用及3年的运营费用的相关因素，所述安全系数为1.15。
参见图6-7，将目标削减量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子等推演出最优方案。
具体优选方法如下：
①针对6大工程措施各个治理方法，进行效能测试和模拟，建立RMS模型，绘制出污染削减量与建设费用关系图以及运维费用与时间关系图。
②在满足目标削减量的前提下，通过RMS模型优选出投资最低的治理方案。同时根据水安全、水资源、水景观和水管理要求来微调上述治理方法。
参见图8-9，三种方案不同工程措施削减量占比图如下所示：,
方案一：仅考虑水质达标
在仅考虑水质达标的前提下，该项目通过RMS模型优选出8568万元的建设费用，及750万的年运维费用。
方案二：水质达标的基础上，增加水安全与水景观需求
在水质达标的基础上，增加水安全与水景观需求，方案一的治理措施进行微调，优选出建设费用为7524万元，及528万的年运维费用。
方案三：水质达标的基础上，增加水安全、水景观与水管理需求
在水质达标的基础上，增加水安全、水景观与水管理需求，对方案二的治理措施进行微调，优选出建设费用为8380万元，及698万的年运维费用。
针对不同项目的需求选择最优方案。此处，在水质达标的基础上，根据当地可用地的实际情况及最优投资的建议，向当地主管部门推荐了方案二。
本发明提供的一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，通过将各个控制单元和流域的入河污染拟定削减量带入RMS模型计算，并结合不同的需求、南北差异，实现精确的手段控制以实现水质达标目的，可为流域治理提供较强的技术支撑。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、确定重点河段或控制单元：首先统筹考虑项目区流域水生态、水资源、水环境的***管理需求，全面分析项目区域水系自然汇水特征，初步划分流域控制单元；然后在水生态环境功能区的基础上，同时结合现有的分区管理单元，对初步划分结果进行微调，确定最终的重点河段或控制单元；
S2、确定水质治理目标：根据项目区域水环境特征，确定控制单元的水质治理目标；
S3、确定项目区流域水环境容量和入河污染量：应用常规计算方法计算项目区流域不同控制单元污染物水环境容量和入河污染量，并依据不同控制单元占比结果，将基于历时曲线法计算得到的项目区流域水环境容量和入河污染量分摊到不同控制单元；
S4、确定项目区流域内的削减量：根据控制单元的水环境容量和入河污染量差值得出该目标下的削减量，其中，差值如为正值则还有水环境容量，差值如为负值则需要削减污染量；
S5、确定最优投资方案：对于水环境容量和入河污染量差值为负值的情况，将水环境容量和入河污染量导入RMS模型，结合项目特征和污染特征因子推演出投资最优方案。
2.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S1中所述分区管理单元包括水功能区划、水环境功能区划、行政区划中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S2中所述划分流域控制单元的具体方法包括如下步骤：
步骤1：基础资料收集；收集流域范围内各级行政边界、水系分布、水功能区划、水环境功能区划的矢量数据，地理坐标采用WGS1984，利用GIS软件，对各种基础地理信息数据进行分析，获取流域界限、行政界限；
步骤2：水系概化；全面结合流域自然汇水特征与实际管理需求，按照河流所属级别，将河流、湖库等天然水系概化成可应用水系，水系概化的对象包括干流、不同级别下相应的支流、乡镇及主要污染源所在地的小支小叉；
步骤3：汇水区确定；利用ArcGIS软件中的水文分析模块提取河流信息，并结合GPS定位加以校正，用计算机确定控制单元的陆域汇水范围，得到水陆统筹的汇水区域单元，采用手动提取和自动提取两种方法对流域水体汇水区单元进行划分；
步骤4：控制断面选取；选取具有代表性的监测断面作为控制断面，首先主要从跨行政区交界断面、常规监测断面、重要水文站点和闸坝、重要支流汇入口、重要污染源排污口位置选取，然后根据收集到的监测断面基本信息和经纬度数据，生成GIS点位图层，最后结合谷歌等地图，校正点位经纬度信息，逐一定位确定各控制断面具***置信息；
步骤5：水质目标确定；逐一比对监测断面水质目标和所在功能区“入流”和“出流”口水质目标，按照从严要求确定水质目标；
步骤6：控制单元的初步划分；以主控断面作为控制单元的出水口，按照流域自然汇水特征，合并汇水区域，得到控制单元的初步划分结果；
步骤7：控制单元的校正；在国家控制单元划分结果的基础上，结合水生态环境功能分区结果，同时结合流域行政区划、水功能区划、水环境功能区划等现有分区管理单元，对控制单元初步划分结果进行校正，确定最终的控制单元划分结果。
4.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S2中所述应用常规计算方法包括水质模型法、实测法以及产排污系数法。
5.根据权利要求4所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：用于水体污染物允许纳污量的水质模型法的计算方法主要包括零维计算模型法和一维计算模型法，具体计算方法如下：
零维计算模型法适用于污水流量较小的流域，河水与污水流量之比大于10-20，无需考虑污水进入水体的混合距离；
(1)、单点源排放时：
Wi＝0.0864D{Cil(Qi+qi)-Ci0Qi}
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；qi为第i个控制单元所涉及河段排污口排放流量，单位为m3/s；
(2)、多点源排放时：
式中，Wi为第i个控制单元所涉及河段某月的水环境容量，单位为t；D为指定月份的天数，单位为d；Ci0为第i个控制单元所涉及河段起始断面污染，物浓度单位为mg/L；Ci1为第i个控制单元所涉及河段终止断面污染物浓度，单位为mg/L；Qi为第i个控制单元所涉及河段来水流量，单位为m3/s；n为第i个控制单元所涉及河段入河排污口的个数；
一维计算模型法适用于宽浅河段，短时间范围内污染物能够基本混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大，纵向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略；
式中，Ki为第i个控制单元所涉及河段水质降解系数，单位为d-1；Xi为第i个控制单元所涉及河段长度，单位为m；Ui为第i个控制单元所涉及河段流速，单位为m/s；
6.根据权利要求5所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：水环境容量计算方法选定水质模型法的具体方法如下：
首先收集流域范围内所有入河排污口水质水量、不同控制单元控制断面实际监测的水文水质的基础数据，然后结合现有水质模型法的计算方法及其适用条件，同时根据不同控制单元河段实际特点，确定不同控制单元水环境容量计算方法，计算得到不同控制单元水环境容量占比情况及其不同月份、不同水期、不同季节变化特征。
7.根据权利要求4所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：水环境污染源按照污染物排放空间方式可分为点源、非点源，按照人类社会活动影响，点源一般又包括工业污染源和城镇生活污染源；非点源又包括城镇径流污染源、畜禽养殖污染源、农村生活污染源和农田径流污染源。
8.根据权利要求7所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：入河污染量的具体计算方法如下：
(1)、点源入河污染量具体核算方法
点源入河污染量内的工业污染源和城镇生活污染源入河污染量采用实测法进行核定；
工业污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi工业＝Wi工业1βi工业1+Wi工业2βi工业2
式中，Wi工业—第i个控制单元工业污染物入河量，单位为t/a；Wi工业1—第i个控制单元工业污染物直排量，单位为t/a；βi工业1—第i个控制单元直排工业污染物入河系数；Wi工业2—第i个控制单元污水处理厂处理后的工业污染物排放量，单位为t/a；βi工业2—第i个控制单元污水处理厂排放的工业污染物入河系数；
城镇生活污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi城镇＝Wi城镇1βi城镇1
式中，Wi城镇—第i个控制单元城镇生活污染物入河量，单位为t/a；Wi城镇1—第i个控制单元污水处理厂处理后的城镇生活污染物排放量，单位为t/a；βi城镇1—第i个控制单元污水处理厂排放的城镇生活污染物入河系数；
污染物直接排放入河时，产污系数与排污系数相同；
(2)、非点源入河污染量具体核算方法
非点源入河污染量内的城镇径流污染源、畜禽养殖污染源、农村生活污染源和农田径流污染源采用产排污系数法进行核定；
城镇径流污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi＇城镇＝Wi＇城镇1β＇i城镇1
式中，Wi＇城镇—第i个控制单元城镇径流污染物入河量，单位为t/a；Wi＇城镇1—第i个控制单元城镇径流污染物排放量，单位为t/a；β＇i城镇1—第i个控制单元城镇径流污染物入河系数；
畜禽养殖污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi畜禽＝365×Ni畜禽×αi畜禽×βi畜禽/106
式中，Wi畜禽—第i个控制单元畜禽养殖污染物入河量，单位为t/a；Ni畜禽—第i个控制单元折合为猪的养殖头数，单位头；αi畜禽—第i个控制单元畜禽养殖污染物排放系数，单位为g/(头·天)；βi畜1—第i个控制单元畜禽养殖污染物入河系数；
农村生活污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi农村＝3.65×Ni农村×αi农村×βi农村
式中，Wi农村—第i个控制单元农村生活污染物入河量，单位为t/a；Ni农村—第i个控制单元农村人口数，单位为万人；αi农村—第i个控制单元农村生活污染物排放系数，单位为g/(人·天)；βi畜1—第i个控制单元农村生活污染物入河系数；
农田径流污染源入河污染量具体计算方法如下：
Wi农田＝15×Ai农田×αi农田×βi农田/106
式中，Wi农村—第i个控制单元农田径流污染物入河量，单位为t/a；Ai农村—第i个控制单元农作物总播种面积，单位为ha；αi农田—第i个控制单元农业污染物源强系数，单位为kg/(亩·年)；βi畜1—第i个控制单元农田径流污染物入河系数；
基于实测法、产排污系数法的流域全年现状纳污量计算如下：
W＇＝∑(Wi工业+Wi城镇+Wi＇城镇+Wi畜禽+Wi农村+Wi农田)
式中，W＇为基于实测法、产排污系数法条件下计算得到的流域全年的入河污染量，单位为t/a。
9.根据权利要求1所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：在步骤S5中最优方案的优选方法具体如下：
步骤1：针对城市点源控制工程、内源污染控制工程、面源工程、水利调度工程、生态治理工程、流域稳定运行智慧管理工程各治理方法单元进行效能测试和模拟，即建立RMS模型，绘制出污染削减量与建设费用关系图以及某种工程措施与运维费用关系图；
步骤2：在满足目标削减量的前提下，通过RMS模型优选出投资最低的治理方案，同时根据水安全、水资源、水景观和水管理需求来微调上述治理方法；具体调整方案如下：
方案一：仅考虑水质达标，含3～5年运维费用；
方案二：水质达标的基础上，增加水安全与水景观需求；
方案三：水质达标的基础上，增加水安全、水景观与水管理需求；
方案四：其他特殊要求下的方案；
步骤3、流域或河道或湖泊或它们的混合体，主要考虑的指标为：CODCr、氨氮、总磷、溶解氧、透明度、DO，选取其中最难达标的那一个或几个指标作为特征污染因子进行调整治理方法。
10.根据权利要求9所述的基于削减量模型的水环境达标定量化设计方法，其特征在于：针对南方和北方、东部和西部不同地区之间存在的差异及用地情况，求出优选的最优解作为此过程的一个重要组成部分，另需进行人工复核并调整。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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