[发明专利]一种基于形状控制反问题的河流水质过渡区长度确定方法

说明书

本发明公开了一种基于形状控制反问题的河流水质过渡区长度确定方法，包括以下步骤：进行水文频率分析，判断河流水流为恒定均匀流还是非恒定均匀流；计算获得水质过渡区长度；判别水流流向，若水流为单向流，将水质过渡区长度L确定问题转化求解形状反问题，建立基于形状反问题的水质过渡区长度反演模型，确定水质过渡区长度；若水流为双向感潮河流，则转向下一步骤；采用如下步骤计算双向感潮河流的水质过渡区长度。本发明为河流型水源地二级保护区水域范围的划分提供关键技术支撑和科学依据，可推广应用于水源地保护、水功能区划、水环境综合整治、水安全格局优化以及水资源有效保护和合理利用等规划设计与研究管理工作。

技术领域

本发明属于水环境规划与管理技术领域，涉及河流饮用水源保护区范围划分技术，具体涉及一种基于形状控制反问题的河流水质过渡区长度确定方法。

背景技术

饮用水源安全问题，是关系到人民群众身体健康和生命安全，关系社会稳定，关系民生的一件大事。水源保护区设置已成为当前国内外应用得较多的一种地表水源规划管理技术。饮用水水源保护区可按水体特征分为地表水源保护区和地下水源保护区，地表水源保护区又可分为水库水源保护区、湖水水源保护区及河流水源保护区，划分的模式和经验多取自地下水源保护区。由于国外饮用水源以地下水为主，地下水水源保护区的划分研究得相对比较充分，然而在我国地表水水源占有较大比重，尤其在平原地区，地表水源是主要的供水水源。由于地表水源保护区的划分研究成果相对较少，可资借鉴的国外经验较为缺乏，因而目前我国地表水源保护区划分存在划分随意、科学性较差的特点，大多没有经过科学计算，保护区作用不能得到充分发挥。为此，国家环保总局于2007年颁布了《饮用水水源保护区划分技术规范》(以下简称《规范》)，统一了地表水饮用水源保护区和地下水饮用水源保护区划分的基本方法。根据该《规范》，河流型保护区设置了不同要求的三类保护区，即一级、二级和准保护区，如图1所示。其中一级保护区的范围规定较明确，而准保护区根据需要设置，范围确定方法可参照二级保护区的划分方法，同时由于保护区的宽度在《规范》中有较明确的规定，因此二级保护区的水域长度没有明确的规定，需要研发相关划分技术。关于河流型水源二级保护区的水域长度确定的主要依据有：

(1)水域长度范围内水质应满足GB3838-2002Ⅲ类水质标准的要求，并保证流入一级保护区的水质不得低于一级保护区水质标准的要求；

(2)二级保护区上游侧边界到一级保护区上游边界的距离应大于污染物从GB3838-2002Ⅲ类水质标准浓度水平衰减到Ⅱ类水质标准浓度所需的距离。

(3)一般河流水源地，二级保护区长度从一级保护区的上游边界向上游延伸不得小于2000m，下游侧外边界距一级保护区边界不得小于200m。

可见，进行二级保护区划分，应首先确定Ⅲ类水质过渡到Ⅱ类水质所需的距离，该距离不妨称为水质过渡区长度，以保证流入一级保护区的水质不低于Ⅱ类。理论上讲，保护区的范围划的越大，对水源地的保护作用就越明显，但是由于受土地利用、经济发展等因素的制约，地方政府希望划定的保护区的范围尽可能小。因而实际划定的保护区范围常常依据满足水质过渡要求的最小范围。可见水质过渡区距离的计算是水源二级保护区范围确定的基础性工作，是水源二级保护区长度确定的重要依据。对于单向河流，下游水质不会影响上游水质，二级保护区长度主要是确定二级保护区Ⅰ的长度，即二级保护区上游侧边界到一级保护区上游边界的距离，故只需要计算取水口一级保护区上游的水质过渡区长度。而对于感潮河流，由于水流是双向的，则需要分别确定一级保护区上游和下游的水质过渡区长度，参照图2。因此，需要根据河流水文特性的差异提出相应的水质过渡区长度确定方法。

水源保护区设置已成为当前国内外应用得较多的一种地表水源规划管理技术。河流型水源是我国平原地区主要的供水水源类型，尽管《饮用水水源保护区划分技术规范》对二级保护区划分提出了“二级保护区上游侧边界到一级保护区上游边界的距离应大于污染物从GB 3838-2002Ⅲ类水质标准浓度水平衰减到Ⅱ类水质标准浓度所需的距离”等技术要求，但在实际划分中很少应用。究其原因，主要在于实际河流的水流条件复杂，难以确定水质过渡区的长度，缺少有效的技术方法。