[發明專利]一種基于徑流路徑的多尺度面源污染物入河系數測算方法

有效

• 申請號: 202110652352.5
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113361114B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 李思思;張亮;劉宏斌;莊艷華;杜耘;夏必青
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/06;G06Q50/26;G06F111/08;G06F113/08
• 代理公司: 武漢市首臻知識產權代理有限公司 42229
• 代理人: 高琴

一種基于徑流路徑的多尺度面源污染物入河系數測算方法，該方法先根據流域基礎地理數據確定柵格地塊、子流域、流域的計算單元，并識別出流域內各柵格地塊至子流域出口的徑流路徑，再計算中小雨、大雨、暴雨三種典型降雨事件的發生概率，獲取三種典型降雨事件下流域內典型土地利用地塊的地表徑流污染物平均濃度和污染物平均截留速率，然后確定流域內各柵格地塊在三種典型降雨事件下的平均地表徑流深以及地表徑流流經各柵格地塊的遷移時間，接著計算三種典型降雨事件下各柵格地塊的面源污染發生量和入河量，最后依次確定各柵格地塊、各子流域以及流域的面源污染物入河系數。本設計實現了面源污染物入河系數準確、高效地確定。

技術領域

本發明屬于流域水資源水環境技術領域，涉及面源污染物入河系數的測算方法，尤其涉及一種基于徑流路徑的多尺度面源污染物入河系數測算方法。

背景技術

造成水環境惡化的污染物，按照來源可分為點源污染和面源污染。隨著工業廢水、城鎮生活污水的規模化收集處理，點源污染逐步得到有效控制，通過降雨徑流驅動的面源污染，成為改善水環境質量的重點和難點。我國在污染普查工作中基于大量污染源的監測調查工作，已經對面源污染的源頭發生量有了較好的測算，但面源污染的輸移過程復雜，尤其受水文過程時空異質性的影響，使面源污染入河量的測算方法存在較大困難和爭議。規劃和污染普查工作中，常用入河系數表示污染物入河量與源頭發生量的比值，但由于徑流路徑和水文過程的時空異質性，入河系數在不同地塊之間，以及地塊、子流域、流域等不同尺度上具有明顯的差異性。因此，能反映徑流路徑及水文過程異質性，而又便捷、可靠的多尺度面源污染物入河系數測算方法，對于準確評估面源污染對水環境的影響及流域水資源水環境管理政策和措施的制定具有重要意義。

目前，入河系數的常用計算方法主要包括以下幾種方法：

1、機理模型法，如SWAT可計算面源污染物的坡面輸出量和子流域、流域出口輸出量，從而計算坡面到子流域、流域尺度的入河系數。模型模擬方法結果較可靠，但對資料要求高、參數多、率定困難，且SWAT等常用機理模型對地塊尺度到子流域尺度的坡面水文傳輸過程表征不足，難以表達不同地塊徑流路徑的差異性對污染物入河系數的影響。

2、指標評價法，定量評估污染物輸移過程中降雨、地形、地表徑流、地下蓄滲、植被覆蓋等影像因素，并建立入河系數與上述指標因子的關系。該方法的結果受到所選取的指標因子及其賦值方法、權重設置的影響，具有一定的主觀性和不確定性。

3、實測法，通過不同污染源下墊面、河道上下游的全面監測，獲取源頭發生量和入河量實測數據，計算入河系數。實測法人力、物力成本較大，僅適用于污染源組成簡單、匯水路徑明確的小流域，難以在較大范圍內推廣。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供一種更為準確、高效的基于徑流路徑的多尺度面源污染物入河系數測算方法。

為實現以上目的，本發明的技術方案如下：

一種基于徑流路徑的多尺度面源污染物入河系數測算方法，依次包括以下步驟：

步驟一、根據流域基礎地理數據確定柵格地塊、子流域、流域三個尺度的計算單元，并識別出流域內各柵格地塊至子流域出口的徑流路徑；

步驟二、依據降雨數據時間序列計算中小雨、大雨、暴雨三種典型降雨事件的發生概率，獲取三種典型降雨事件下流域內典型土地利用地塊的地表徑流污染物平均濃度和污染物平均截留速率；

步驟三、采用降雨-徑流模型計算流域內各柵格地塊在三種典型降雨事件下的平均地表徑流深，并基于徑流路徑的分布式匯流算法確定三種典型降雨事件下地表徑流流經各柵格地塊的遷移時間；

步驟四、依據三種典型降雨事件下典型土地利用地塊的地表徑流污染物平均濃度和污染物平均截留速率、各柵格地塊的平均地表徑流深和遷移時間計算三種典型降雨事件下各柵格地塊的面源污染發生量和入河量；