[發(fā)明專利]一種基于人工降雨實驗的北方平原農田區(qū)非點源污染負荷估算方法

有效

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• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103020424A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉瑞民;陳磊;石劍寒;沈珍瑤;鐘雨岑
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于人工降雨實驗的北方平原農田區(qū)非點源污染負荷估算的方法，包括如下步驟：

1)?田間尺度數據庫建立

a)?人工降雨實驗：結合地區(qū)降雨量空間分布和土地利用類型種類，選定具有代表性實驗點，進行人工降雨模擬實驗。實驗過程中，記錄降雨徑流量、徑流總量、采樣間隔時間。根據收集水樣，采用國家標準方法測定徑流中污染物質含量，分析測定農田土壤水分及理化性質，掌握研究區(qū)當地農田在不同降雨強度、施肥及植被覆蓋自然條件下地表徑流特征及其氮磷污染物輸出狀況。

b)?確定輸出系數，建立輸出特征數據庫：根據步驟a)結合實驗數據，確定本地化輸出系數，包括產流時間、徑流量、污染物次降雨徑流平均濃度(EMC)、污染物多場降雨徑流平均濃度(SMC)；建立本地化的非點源輸出特征數據庫，所述數據庫包括徑流系數(a)及輸出系數(E)。

2)?流域尺度非點源負荷估算

c)?建立模型數據庫：基于雨量站降雨數據，通過克里格空間插值方法獲得流域降水量分布圖；利用降水量等值線圖與徑流深圖疊加的方式獲取地表徑流系數圖；利用遙感影像數據獲取流域內土地利用類型的種類、數量極其空間分布。在此基礎上，為流域尺度模擬建立數據庫。

d)?非點源污染負荷模型估算：按照產生-入河-受納水體的關系建立本地化的輸出系數模型，進行流域尺度非點源污染的模擬，得到該區(qū)域農田區(qū)非點源污染物的負荷量，并結合GIS確定污染的空間分布情況。

本發(fā)明中，步驟a)中的人工降雨模擬實驗根據該地區(qū)氣象站點歷年實測降雨監(jiān)測統(tǒng)計資料，設置大、中、小三個梯度的降雨強度及不同降雨歷時。

本發(fā)明中，步驟b)中污染物次降雨徑流平均濃度EMC的計算公式為：

EMC=M0V0=∫0tCtQtdt∫0tQtdt=ΣCtQtΔtΣQtΔt]]>

式中：M₀表示整個徑流過程中污染物的總量，單位為g；V₀表示總徑流量，單位為m³；C_t表示t時刻污染物的濃度，單位為mg/L；Q_t表示t時刻徑流流量，單位為m³/min；△t表示采樣時間間隔，單位為min。

SMC的公式為：SMC=Σj=1nVj×EMCj/Σj=1nVj]]>

式中：SMC表示多場降雨徑流平均濃度，單位為mg/L；V_j表示第j場降雨徑流量，單位為m³；EMC_j表示第j場降雨的次降雨徑流平均濃度，單位為mg/L；n表示降雨場次。

本發(fā)明中，步驟b)中徑流系數a的公式為：a＝V₀/V

式中：a表示徑流系數，為無量綱常數；V₀表示總徑流量，單位為m³；V表示總降雨量，單位為m³。

污染物輸出系數E_j的公式為：Ej=Σj10-2a·W·SMCj]]>

式中：j為不同農田類型種類；a表示當地多年平均地表徑流系數，為無量綱常數；W表示當地實測年降雨量，單位為mm；SMC_j表示當地某類農田類型多場降雨徑流污染物平均濃度，單位為mg/L；10^-2為單位轉換系數。

本發(fā)明中，步驟d)中根據下面的公式進行該區(qū)域農田區(qū)非點源污染物的荷量估算，并確定污染物的空間分布情況。

其中，農田非點源污染產生負荷：

按公式L0=ΣjEj·Aj]]>計算

式中：L₀表示不同農田類型非點源污染物輸出負荷，單位為kg/a；j為農田類型種類；E_j表示不同農田類型的非點源污染物輸出系數，單位為kg/(ha·a)；A_j表示第j類農田類型面積。

農田污染物入河負荷：

按公式L₁＝μ_A·L₀計算

式中：L₁表示該農田非點源污染入河負荷(kg)；μ_A為某類型農田非點源污染入河系數，為無量綱參數，范圍0～1。

農田污染物進入受納水體：

按公式L₂＝ζ_A·L₁計算

式中：L₂表示農田非點源污染進入受納水體負荷(kg)；ζ_A為河道遷移系數，為無量綱參數，范圍0～1。