一种流域水环境综合治理方法与流程

1.本发明涉及环境治理领域，具体涉及一种流域水环境综合治理方法。


背景技术：

2.随着我国社会经济的快速发展，与之带来的水环境污染、水生态退化等问题越来越受到国家重视。河湖水环境状况是反应广大群众居住环境满意度的“晴雨表”，保护江河湖泊事关人民群众福祉。
3.河湖位于流域的最低处，是流域低地生态空间单元，是维持流域水生态系统质量与稳定性的关键要素。河湖水系是流域内物质流、物种流、信息流的传输载体，为水沙输移、污染物迁移扩散和生物迁徙洄游提供了重要的传输通道，河湖的水环境状况是流域内自然状况变化和社会经济活动叠加影响的最直接反映。水环境问题实质反映的是流域面上的问题，河湖问题是表象，真正的根子全在流域。但目前，河湖水环境治理大部分工作仅针对污染表象，并未将流域内污染的源头、过程和表象联合进行考虑，导致流域内部分水体出现反黑反臭等问题，水环境治理长期不达标。目前尚缺乏治理方法来对流域整体的河湖水环境治理工作进行指导。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种考虑流域整体的流域水环境综合治理方法。
5.为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
6.提供一种流域水环境综合治理方法，其包括正向分析、反向设计和正向实施三部分，其中：
7.正向分析部分为：估算流域中各控制单元的污染负荷，并通过污染负荷确定流域污染关键源区；
8.反向设计部分为：利用综合水动力水质模型计算各控制单元的水质响应系数，根据各控制单元的水质响应系数对各控制单元的污染物削减量进行分配；
9.正向实施部分为：建立对流域污染关键源区的治理方法列表，并根据各控制单元的污染物削减量确定治理方法，整合流域内各控制单元的治理方法得到流域水环境治理方案。
10.进一步的，使用arcgis工具对流域中各控制单元进行确定，其具体方法包括：
11.利用arcgis工具的水文分析模块对流域水系格局进行水文分析，识别得到流域边界和各级子流域边界；
12.利用arcgis工具的相交模块将子流域边界和行政区划边界进行叠加相交，得到若干控制单元；
13.收集目标流域的关键控制节点，关键控制节点包括：土地利用现状、点源入河排污口、水质控制断面和支流入河口；
14.利用arcgis工具的合并模块对控制单元中的关键控制节点进行调整，使得每个控制单元中仅包括一个关键控制节点。
15.进一步的，流域中各控制单元的污染负荷包括点源污染负荷和面源污染负荷；其中：
16.点源污染负荷w＝c
·
q；其中，c为入河排污口出口处污染物浓度；q为入河排污口流量；
17.面源污染负荷包括农业生活污染源、农田污染源、分散式畜禽养殖污染源和城镇地面径流污染源；
18.当面源区域内有源强系数、流失系数和入河系数时，面源污染负荷的估算采用源强系数法；当面源区域内有长序列气象数据、水文数据和水质监测数据时，面源污染负荷的估算采用面源模型法。
19.进一步的，流域污染关键源区的确定方法包括：
20.进一步的，流域内包括n个污染源和m个控制单元，综合水动力水质模型计算得到第i，i∈[1，2，3...，n]个污染源对第j，j∈[1，2，3...，m]个控制单元的水质响应系数s
ij
；
[0021]
对污染物削减量的分配需满足如下约束条件：
[0022][0023][0024]
其中，wi为第i个污染源的入河负荷量；p
ij
为第j个控制单元的水质响应系数矩阵；sbj为背景值浓度；stj为水质目标浓度；
[0025]
第j个控制单元的限制排污量其中，ri为第j个控制单元的分配权重；则第j个控制单元污染物削减量k＝wi'-mac；wi'为第j个控制单元的实际入河污染量。
[0026]
进一步的，污染物削减总量为水环境容量与水域纳污能力之差；水环境容量与水域纳污能力均通过数学模型法得到；
[0027]
对各控制单元进行污染物削减量分配时，权重系数影响因子包括：人口数量、耕地面积、gdp总量；且权重系数影响因子与权重系数成正比例。
[0028]
进一步的，将流域污染关键源区内的控制单元划分为源头控制单元、过程控制单元和末端控制单元；
[0029]
当控制单元的关键控制节点为土地利用现状时，控制单元为源头控制单元；对源头控制单元使用的治理方法包括：污水处理设施提标改造和分散式生活污水处理；
[0030]
当控制单元的关键控制节点为点源入河排污口或水质控制断面时，控制单元为过程控制单元；对过程控制单元使用的治理方法包括：构建自然型多功能湿地/湖滨带；
[0031]
当控制单元的关键控制节点为支流入河口时，控制单元为末端控制单元；对末端控制单元使用的治理方法包括：流域水系闸坝群水质水量水生态联合调度和河湖水环境原
位治理；
[0032]
利用选择/确定的治理方法建立对流域污染关键源区的一级治理方法列表。
[0033]
进一步的，还包括对非流域污染关键源区内的控制单元的治理方法的二级治理方法列表；所述二级治理列表的权重低于一级治理方法列表；流域内所有的一级治理方法列表和二级治理方法列表共同为流域水环境治理方案。
[0034]
进一步的，治理方法的相关参数根据分配给控制单元的关键控制节点的污染物削减量进行设置，并且使用流域水文模型、城市管网模型或水动力水质模型作为预测模型对采用治理方法后的流域污染进行预测，当预测结果未达到水质目标时，调节治理方法的相关参数，使治理力度加大，并再次带入预测模型，直到预测结果达到水质目标，保留达到水质目标的治理方法的相关参数作为治理方案。
[0035]
本发明的有益效果为：
[0036]
本发明以系统论为核心，提出正向分析、反向设计和正向实施三部分协同得到流域水环境治理方案。通过划分控制单元，将污染负荷削减量分配至各控制单元，并结合控制单元建立治理方法清单，有利于落实责任主体，更具有操作性。同时使用基于河湖水质控制断面的水质响应系数矩阵对污染负荷削减量进行分配，更具有针对性。根据建立的技术清单以及对治理方法进行调节，使得得到的环境治理方案更具有科学性。为流域水生态文明建设提供借鉴。
附图说明
[0037]
图1为本发明的流程结构示意图。
具体实施方式
[0038]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0039]
如图1所示，一种流域水环境综合治理方法，其包括正向分析、反向设计和正向实施三部分，其中：
[0040]
正向分析部分，是估算流域中各控制单元的污染负荷，并通过污染负荷确定流域污染关键源区；
[0041]
使用arcgis工具对流域中各控制单元进行确定，其具体方法包括：
[0042]
利用arcgis工具的水文分析模块对流域水系格局进行水文分析，识别得到流域边界和各级子流域边界；
[0043]
利用arcgis工具的相交模块将子流域边界和行政区划边界进行叠加相交，得到若干控制单元；
[0044]
收集目标流域的关键控制节点，关键控制节点包括：土地利用现状、点源入河排污口、水质控制断面和支流入河口；
[0045]
利用arcgis工具的合并模块对控制单元中的关键控制节点进行调整，使得每个控制单元中仅包括一个关键控制节点。arcgis工具为美国环境系统研究所公司开发维护的
arcgis软件。
[0046]
流域中各控制单元的污染负荷包括点源污染负荷和面源污染负荷；其中：点源污染负荷通过对收集的流域入河排污口数据和环评环保验收数据进行估算得到；面源污染负荷包括农业生活污染源、农田污染源、分散式畜禽养殖污染源和城镇地面径流污染源；
[0047]
当面源区域内有源强系数、流失系数和入河系数时，面源污染负荷的估算采用源强系数法；当面源区域内有长序列气象数据、水文数据和水质监测数据时，面源污染负荷的估算采用面源模型法。
[0048]
流域污染关键源区的确定方法包括：
[0049]
反向设计部分，是计算得到水质响应系数矩阵，并利用水质响应系数矩阵，根据流域中的各支流口纳污能力对各控制单元的污染物削减量进行分配；
[0050]
流域内包括n个污染源和m个控制单元，综合水动力水质模型计算得到第i，i∈[1，2，3...，n]个污染源对第j，j∈[1，2，3...，m]个控制单元的水质响应系数s
ij
；
[0051]
对污染物削减量的分配需满足如下约束条件：
[0052][0053][0054]
其中，wi为第i个污染源的入河负荷量；p
ij
为第j个控制单元的水质响应系数矩阵；sbj为背景值浓度；stj为水质目标浓度；
[0055]
第j个控制单元的限制排污量其中，ri为第j个控制单元的分配权重；则第j个控制单元污染物削减量k＝wi'-mac；wi'为第j个控制单元的实际入河污染量。
[0056]
污染物削减总量为水环境容量与水域纳污能力之差；水环境容量与水域纳污能力均通过数学模型法得到；
[0057]
对各控制单元进行污染物削减量分配时，权重系数影响因子包括：人口数量、耕地面积、gdp总量；且权重系数影响因子与权重系数成正比例。
[0058]
正向实施部分，建立对流域污染关键源区的治理方法列表，并根据污染物削减量调节治理方法的参数，从而得到流域水环境治理方案。
[0059]
将流域污染关键源区内的控制单元划分为源头控制单元、过程控制单元和末端控制单元；
[0060]
当控制单元的关键控制节点为土地利用现状时，控制单元为源头控制单元；对源头控制单元使用的治理方法包括：污水处理设施提标改造和分散式生活污水处理；
[0061]
当控制单元的关键控制节点为点源入河排污口或水质控制断面时，控制单元为过程控制单元；对过程控制单元使用的治理方法包括：构建自然型多功能湿地/湖滨带；
[0062]
当控制单元的关键控制节点为支流入河口时，控制单元为末端控制单元；对末端控制单元使用的治理方法包括：流域水系闸坝群水质水量水生态联合调度和河湖水环境原
位治理；
[0063]
利用选择/确定的治理方法建立对流域污染关键源区的一级治理方法列表。还包括对非流域污染关键源区内的控制单元的治理方法的二级治理方法列表；所述二级治理列表的权重低于一级治理方法列表；流域内所有的一级治理方法列表和二级治理方法列表共同为流域水环境治理方案。将流域中的治理清单分为两级，实现多级处理，能够在解决流域内污染问题的同时，降低污染治理的成本。
[0064]
治理方法的相关参数根据分配给控制单元的关键控制节点的污染物削减量进行设置，并且使用流域水文模型、城市管网模型或水动力水质模型作为预测模型对采用治理方法后的流域污染进行预测，当预测结果未达到水质目标时，调节治理方法的相关参数，使治理力度加大，并再次带入预测模型，直到预测结果达到水质目标，保留达到水质目标的治理方法的相关参数作为治理方案。
[0065]
当治理方法为建立植被缓冲带时，使用流域水文模型中的swat模型对采用建立植被缓冲带方法后的流域污染进行预测，植被缓冲带的建立参数即为相关参数；
[0066]
当治理方法为建立生物滞留池时，使用流域水文模型中的swmm模型对采用建立生物滞留池方法后的流域污染进行预测，生物滞留池的建立参数即为相关参数；
[0067]
当治理方法为建立植草河道时，使用水动力水质模型对采用建立植草河道方法后的流域污染进行预测，植草河道的建立参数以及水质指标的讲解系数即为相关参数。