[发明专利]流域污染控制单元分区方法

说明书

本发明涉及流域污染控制单元分区方法，包括对研究流域进行子流域分区划分、水生态功能分区划分、结合乡镇行政区划分析污染源构成与污染负荷；采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，计算流域污染负荷的空间分布，结合乡镇行政区划，计算乡镇行政分区的污染负荷空间分布；基于子流域分区、水生态功能分区、乡镇行政区划和污染负荷空间分布进行污染控制单元划分。本发明的方法考虑不同土地利用、不同土壤类型下水文过程与污染物转化的差异，连续模拟各子流域径流和点源、非点源综合作用下河流水质，进而计算各子流域向河道的污染输出负荷，并结合乡镇行政区划，合并具有相似污染源构成和污染负荷的乡镇分区，划分污染控制单元。

技术领域

本发明涉及流域水文与水环境领域，尤其涉及流域污染削减和水环境修复的污染控制单元分区方法。

背景技术

流域污染物流失涉及复杂的水文输移和生物地球化学转化过程。由于污染源、土地利用、气象水文、农业管理措施的空间差异，污染物流失呈现较大的空间变化。流域污染精准减排方案制定和水质管理依赖于对流域自然地理特征、气象水文、污染源构成与输移特征及其空间分布的科学认识。我国流域水质管理技术始于20世纪70年代，相继在水环境容量计算、水质模型、流域非点源计算、水环境功能区划、水环境质量标准、水生态功能分区、流域水污染综合防治及排污许可制度等诸多领域进行了探索和实践。在总结并借鉴西方发达国家先进的水污染管理经验，尤其是美国TMDL(Total Maximum Daily Loads-最大日负荷总量)管理体系的基础上，我国学者提出了小流域综合治理，以水生态分区为基础，按照“分区、分类、分级、分期”的理念，提出了“控制单元的总量控制技术”。例如，方玉杰(2015)将赣江流域划分为17个1级控制单元，并进一步划分为57个2级控制单元，将锦江流域直接划分为4个控制单元。目前，大部分研究以流域对应的自然汇水区为基础划分污染控制单元。如深圳市水污染物总量控制中污染单元的划分是根据水系和对应的流域相对完整、水域功能和水质保护目标相同、行政区域划分相对统一、经济现状和发展水平相对一致的原则将深圳市划分为10个水污染控制单元(郭宏飞，倪晋仁等，2003)。王伟，冯海波，臧志雪等根据河北省污染物排放现状，结合全省海河流域7大水系污染状况、行政区划和地形地貌，对河北省海河流域进行控制区、控制单元的划分。流域污染控制单元的科学划分是流域水污染防治和水环境修复的基础，但目前污染控制单元分区时大都采用排放系数法计算不同污染源的排放量，没有考虑污染物随水文路径的输移在输移过程的降解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流域污染控制单元分区方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种流域污染控制单元分区方法，包括：

对研究流域进行子流域分区划分、水生态功能分区划分、结合乡镇行政区划分析污染源构成与污染负荷，所述的污染物包括总氮、总磷、氨氮、化学需氧量；

采用基于过程的流域半分布式水文与污染物输移耦合模型，计算流域污染负荷的空间分布，结合乡镇行政区划，计算乡镇行政分区的污染负荷空间分布；

基于子流域分区、水生态功能分区和乡镇行政区划，依据乡镇污染源构成和污染负荷分析结果，合并具有相似污染源构成和污染负荷、且包含于同一子流域和水生态功能区的乡镇，划分污染控制单元。

作为本发明的进一步改进，所述子流域分区的划分方式为：采用ArcGIS导入原始的数字地形高程模型，应用水文分析工具Arc Hydro对数字地形高程模型依次进行填洼处理，计算流向，生成水流累积量，概化河网，结合水文水质监测断面，划分集水域和子流域分区。在划分子流域时考虑水文水质监测站点位置，将其作为出口定义相应的子流域，这样做的目的在于模拟流域水文与污染物输移时，依据这些子流域的水文水质观测数据，对水文与污染物输移转化过程参数进行敏感性分析和率定，进行模型验证。

进一步的，概化河网时，默认阈值为最大河网累积量的1％，对应产生河流的径流区面积阈值