[發(fā)明專利]一種基于水功能區(qū)水質(zhì)目標的河流水環(huán)境容量確定方法

有效

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• 申請日: 2020-08-01
• 公開（公告）號: CN111898273B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何斐;張洪玲;李維新;徐斌;劉莊;晁建穎;解宇峰;莊巍;杜涵蓓;李建
• 申請（專利權(quán)）人: 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/0637;G06Q50/26;G01S19/42;G06F111/10
• 代理公司: 北京卓澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11766
• 代理人: 白海燕;李國華

本發(fā)明涉及一種基于水功能區(qū)水質(zhì)目標的河流水環(huán)境容量確定方法，用計算機確定水功能區(qū)內(nèi)的河流匯水范圍；得到各河流近年的水質(zhì)變化趨勢；根據(jù)所述污染源響應(yīng)參數(shù)和分散的排污點的當前風(fēng)險可控容量，構(gòu)建污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型；以所述污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型是否存在最優(yōu)解作為判斷依據(jù)，根據(jù)分散的排污點的當前風(fēng)險可控容量，確定分散的排污點的最大允許排放容量。本發(fā)明方法簡單、精度高，可確定考慮河流各個排污點的水環(huán)境允許排污容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水環(huán)境管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于水功能區(qū)水質(zhì)目標的河流水環(huán)境容量確定方法。

背景技術(shù)

目前，水環(huán)境容量的計算方法主要分確定性方法和不確定性方法兩大類。

其中，確定性方法以機理性水質(zhì)模型為主要工具，主要包括解析公式法、模型試錯法、和模擬優(yōu)化法，不確定性因素通過限制性條件引入，表達對安全及控制風(fēng)險的要求，計算結(jié)果為定值。解析公式法采用穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型直接計算，工作量小，應(yīng)用最廣，但精度較低且不能用于計算動態(tài)水環(huán)境容量。模型試錯法采用動態(tài)水質(zhì)模型反復(fù)測算，計算精度高，但計算效率相對較低。基于規(guī)劃理論的模擬優(yōu)化方法，將模擬方法與優(yōu)化方法有機結(jié)合，方法靈活，能夠大幅度提高效率和精度，但其容量與總量的概念幾乎為同義語，不同于國內(nèi)水環(huán)境容量的內(nèi)涵，它更強調(diào)污染物總量分配。

不確定性方法從不確定性角度分析與計算某種可信度水平下的水環(huán)境容量或容量的取值范圍，其中以確定性模型為基礎(chǔ)的水質(zhì)隨機過程方法、隨機微分方程模型法和灰色(參數(shù))水質(zhì)規(guī)劃法，由于區(qū)間取值對分配的限制和數(shù)學(xué)處理的復(fù)雜性等原因，應(yīng)用并不廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種計算簡單、精度高并且可以對分散的排污點進行污染物排放分配。具體技術(shù)方案為：

一種基于水功能區(qū)水質(zhì)目標的河流水環(huán)境容量確定方法，包括以下步驟：

(1)利用ArcGIS軟件及GPS定位校正的實際河流數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，用計算機確定水功能區(qū)內(nèi)的河流匯水范圍；

(2)收集河流近年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用綜合污染指數(shù)法對水功能區(qū)內(nèi)的河流進行水質(zhì)評價，并按河流進行現(xiàn)狀分析；采用spearman秩相關(guān)系數(shù)對水質(zhì)進行趨勢分析，得到各河流近年的水質(zhì)變化趨勢；

(3)獲取污染源響應(yīng)參數(shù)，其中，所述污染源響應(yīng)參數(shù)包括流域各指標污染物的排污量、分散的排污點在流域中的位置和計量周期內(nèi)排污量，以及污染源的排污位置、污染物排污量和污染物種類；所述的所述污染物包括COD、NH₃-N和TP水質(zhì)指標；

(4)根據(jù)所述污染源響應(yīng)參數(shù)和分散的排污點的當前風(fēng)險可控容量，構(gòu)建污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型；

(5)以所述污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型是否存在最優(yōu)解作為判斷依據(jù)，根據(jù)分散的排污點的當前風(fēng)險可控容量，確定分散的排污點的最大允許排放容量。

步驟(4)中所述污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型包括：目標函數(shù)和約束；

所述目標函數(shù)為流域的自凈能力；

所述約束包括流域生態(tài)功能約束、污染源排污總量約束、污染源排污需求量約束和流域環(huán)境安全約束。

步驟(5)，包括以下子步驟：

(5.1)求解所述污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型；

(5.2)若所述污染源優(yōu)化水質(zhì)數(shù)值模型存在最優(yōu)解，則將分散的排污點的當前允許容量調(diào)整為分散的排污點的當前風(fēng)險可控容量；

(5.3)若調(diào)整后的允許容量與調(diào)整前的允許容量的差值的絕對值小于或等于預(yù)設(shè)安全閾值，則將調(diào)整后的允許容量確定為分散的排污點的最大允許排放容量。

步驟(5)還包括以下子步驟：