[发明专利]一种基于动态水系连通度计算的城市水系水质改善方法

说明书

本发明公开了一种基于动态水系连通度计算的城市水系水质改善方法，属于水质改善领域，首先在于通过建立一维水动力‑水质模型，模拟水位、流量以及污染物质分布，根据水动力模拟结果，构建动态的河流网络，计算水系连通度，结合水系连通度评价指标以及污染物分布，按照水质要求制定水系调控方案；该方法和目前多数利用水系连通方法改善河网水系的连通性的方法相比，充分考虑了河网水系结构的时空特征，以及污染物质的分布状况，具有结合现实、易于操作、有实际应用价值的优点。

技术领域

本发明涉及水质改善领域，尤其涉及一种基于动态水系连通度计算的城市水系水质改善方法。

背景技术

城市河网水系作为我国经济发展的重要支柱，也是水资源供需矛盾最为突出的区域。由于城市河流特殊的地理位置，容易被人类过度利用。随着城市的迅速发展，人口急剧扩张，导致城市河流水系的水环境恶化，严重影响到了城市河流自然和社会功能的发挥。城市水系河流网络水动力条件差、水质污染严重，容易造成水体发臭、水生态破坏。城市河道呈现出横断面单一、河道数量减少、城市河网水系结构主干化的趋势，水系连通性越来越弱。城市水生态建设、水环境改善、水安全保障对河湖水系的连通性提出了极大的需求。

通过改变水系连通度来改善水质的关键问题为水系连通度的计算，目前针对河流水系连通度的计算方法将河网水系定义为静态的、一成不变的水系网络。此方法并不能动态展示连通性变化，在空间尺度上的河流分级以及连通性比较也不明显。《基于水流阻力与图论的河网连通性评价》(徐光来，2012)中通过加入水流阻力倒数来改进图论方法，运用水流阻力表表征水量交换。其中水流阻力倒数由河道断面和水深推导得出，没有模型模拟，因此不够准确。《基于改进图论和水文模拟的河网水系连通度计算方法》(高玉琴，2017)这篇专利中通过构造连通因子ωij将图论邻接矩阵与河网各节点处出现的流量极大值相耦合，生成改进邻接矩阵，运用HEC-HMS水文模型计算降雨、蒸发等水文过程对水量的影响，考虑了河流通道的承载能力。但是由于模型计算仅在静态的河网结构的节点位置加入最大流量特征，仍然无法动态展示河流水系连通度的时空变化。对于实际河网来说，河道“连而不通”情况普遍存在，进而引发了大量水体黑臭等水质问题，为了改善河道连通度，引入动态的河流水系连通度计算是很有必要的。

目前通过水系连通方法进行水质改善主要有建设水动力控导工程，在现有工程体系下，充分利用活水水源，使城市河涌内的水体与外江水体充分交换，增加城市河涌与外江水体的连通性，从而改善水质。水动力控导工程利用潮汐作用进行水体交换可能会因为潮汐的顶托作用，导致污染物在河道内长期往复，滞留时间长，无法迁移和降解。以及《基于生态恢复目标的平原区城市河网水循环调控方法》(胡勇，2019)通过调控城市河网水系现有的闸、坝、泵等工程系统，优化现有工程体系调度。明确补水水源类型，包括城镇污水厂尾水、雨水调蓄池出水、外调水；按照现有水系连通情况，确定活水口门位置及补水量分配。而调控现有的工程体系的方法需要较好的工程条件。以上两种方法均无法展现出污染物质在河网水系中的时空分布特征，对工程条件要求过高，无法准确体现出变化的河网水系结构。

发明内容

本发明为解决上述问题，而提出的一种基于动态水系连通度计算的城市水系水质改善方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于动态水系连通度计算的城市水系水质改善方法，包括如下步骤：

S1：对城市河流网络基本情况进行调查；根据研究区域高程数据以及遥感影像图确定河网水系分布，调研河网水动力条件，调查河流横、纵断面、水闸、泵站位置、河网排污口位置及水量、污染物类型和浓度等污染源情况以及研究区域水质现状；

S2：关键污染因子筛选；利用综合污染指数法对水质现状进行评价；针对水质问题，对监测断面的常规指标进行分析，识别造成水质不达标的关键污染因子；根据排污口位置以及关键污染因子分布，识别污染的主要河段；