[發明專利]面向水污染控制的城市人工湖水域面積值域計算方法

有效

• 申請號: 202110080346.7
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112942230B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 霍東權;張東馳;吳思敏
• 申請（專利權）人: 中城（廣州）城鄉規劃設計有限公司
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;E03F1/00;E03F5/10;G06T17/05
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

1.面向水污染控制的城市人工湖水域面積值域計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、收集DEM高程數據；

步驟2、在人工湖選址地，繪制匯水分區單元界線與范圍；

步驟3、計算匯水單元水環境污染總負荷；

所述匯水單元水環境污染總負荷包括生活污水直排負荷、工業廢水直排負荷、污水處理廠尾水污染負荷、城市面源污染負荷、補水水源污染負荷；

所述生活污水直排負荷測算方法如下：

查詢城市國土空間規劃、相關專項規劃、地方標準及行業手冊獲取相關指標，計算生活污水直排負荷W₁及水量Q₁：

W₁＝N×D₁×(1-m₁)×n₁ (1)

Q₁＝N×E₁×(1-m₁)×n₁ (2)

式中，W₁為生活污水直排負荷；Q₁為生活污水直排水量；N為匯水單元服務人口；D₁為人均污染物排放當量；E₁為人均污水量指標；m₁為生活污水收集率；n₁為生活污水入河系數；

所述工業廢水直排負荷測算方法如下：

查詢城市國土空間規劃、相關專項規劃、地方標準及行業手冊獲取相關指標，計算工業廢水直排負荷W₂及水量Q₂：

W₂＝Q₂×D₂ (3)

Q₂＝q₂×(1- m₂)×n₂ (4)

式中，W₂為工業廢水直排負荷；Q₂為工業廢水直排水量；D₂為相應產業類型的工業廢水均值濃度；q₂為工業廢水預測量；m₂為工業廢水收集率；n₂為工業廢水入河系數；

所述污水處理廠尾水污染負荷測算方法如下：

計算污水處理廠尾水污染負荷W₃：

W₃＝Q₃×D₃ (5)

式中，W₃為污水處理廠尾水污染負荷；Q₃為污水處理廠設計處理規模；D₃為污水處理廠設計尾水出水濃度；

所述城市面源污染負荷測算方法如下：

計算城市面源污染負荷W₄及水量Q₄：

W₄＝∑(Y_i×M_i×P_i×q₄) (6)

Q₄＝∑(M_i×P_i×q₄) (7)

式中，W₄為城市面源污染負荷；Q₄為城市面源污染水量；Y_i為第i個地塊的污染負荷濃度；M_i為第i個地塊的總面積；P_i為第i個地塊的綜合徑流系數；q₄為初期雨水污染控制降雨深度；

補水水源污染負荷值方法如下：

通過查詢城市國土空間規劃、相關專項規劃、地方標準及行業手冊獲取相關指標，計算補水水源污染負荷W₅及水量Q₅：

W₅＝Q₅×D₅ (8)

上式中，W₅為湖泊人工補水流量、山水基流、跨流域調水的污染負荷值；Q₅為湖泊人工補水流量、山水基流、跨流域調水的穩定水量，D₅為補水水源污染濃度；

入湖污染總負荷W總及總流量Q總的測算：

W_總＝W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ (9)

Q_總＝Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅ (10)

式中，W_總為匯水單元入湖污染總負荷值，Q_總為進入湖泊總流量；

步驟4、確定水質目標等級及對應的水質負荷濃度；

步驟5、計算滿足環境容量下的人工湖的水域面積下限值域；

根據沃倫威德爾模型：

設置初始條件t＝0，C＝C₀，則：

在時間趨于無窮，流量及污染物質進出穩定的情況下，達到平衡濃度：

式中，V為水域的體積；K₁為污染物質在水中的降解速度常數；C為污染負荷濃度；Q_總為水系的排出流量；

保持穩定的湖泊水量體積V是式(14)實現的前提條件，即須保證流入湖泊水量不得小于湖泊損失及流水的水量，水系的排出流量與進入湖泊總流量相等；

以COD作為對照指標，其濃度須滿足：

C_COD≥C_平衡 (15)

由式(14)、(15)得：

即人工湖體積值域需滿足：

式中，W_總COD為COD總負荷；

由(17)式求出人工湖體積的下限值V_min，進而計算人工湖水域面積下限值：

式中，S_min為人工湖水域面積下限值；V_min為(17)式計算的人工湖體積下限值；h為人工湖設計枯水期的常年平均水深，其深度范圍為1.0-2.0m；

步驟6、計算滿足枯水期水量平衡的人工湖的水域面積上限值域；

計算人工湖水量平衡條件，得到：

F×H×P+Q₅≥S×R+S×G (19)

其中：

P＝[∑(M_i×P_i)]/F (21)

式中，F為人工湖匯水面積，H為多年年均最低月降雨量，P為人工湖匯水分區單元的綜合徑流系數，S為人工湖水域面積，R為最低月降雨量的多年年均蒸發量，G為人工湖的下滲系數，與土壤性質及防滲措施相關，M_i為第i個地塊的總面積；P_i為第i個地塊的綜合徑流系數；

綜上，計算出枯水期水量平衡的人工湖的水域面積上限值域：

式中，S_max為人工湖水域面積上限值；

根據步驟5和步驟6，面向水污染控制與水環境目標保障的人工湖水域面積值域為：

S_p＝[S_min，S_max] (23)

式中，S_p為人工湖水域面積值域。