[发明专利]一种河流水环境容量分配方法

说明书

本发明公开的一种河流水环境容量分配方法，具体包括以下步骤：步骤1、根据目标河流的水环境功能区划资料进行河流控制断面的划分，得到多个控制断面；建立目标河流一维的水动力模型控制方程及水质数值模型；步骤2、利用步骤1得到的水动力模型控制方程及水质数值模型计算点源或支流与控制断面之间的污染物响应系数，建立响应矩阵；步骤3、建立目标河流得优化目标函数，并结合步骤2所得到的响应矩阵得出各支流或点源的污染物最大排放浓度。通过建立点源或支流与控制断面之间的污染物响应矩阵，并结合线性规划模型，实现河流水环境容量的优化分配，得到点源及支流的污染物允许排放量，为管理部门提供科学依据。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种河流水环境容量分配方法。

背景技术

水环境容量是指水体在规定的环境目标下所能容纳的最大污染物总量，反映了污染物在环境中的迁移、转化规律，它是衡量水体的水环境承载能力的一个重要指标。一般情况下，某一水体的水环境容量的大小主要取决于水体特性、水质目标和污染物的特性等因素。通过研究水体的水环境容量来实现对水体的水环境质量的控制，已经成为了现代水环境保护和规划的依据。现有的河流水环境容量研究主要关注于河流水环境容量的评估计算，未涉及到水环境容量的定量优化分配。

发明内容

本发明的目的是提供一种河流水环境容量分配方法，能得到支流或点源的最优分配排放污染物的量。

本发明所采用的技术方案是，一种河流水环境容量分配方法，具体包括以下步骤：

步骤1、根据目标河流的水环境功能区划资料进行河流控制断面的划分，得到河流控制断面；建立目标河流一维的水动力模型控制方程及水质数值模型；

步骤2、利用步骤1得到的水动力模型控制方程及水质数值模型计算点源或支流与控制断面之间的污染物响应系数，建立响应矩阵；

步骤3、建立目标河流的优化目标函数，并结合步骤2所得到的响应矩阵得出各支流或点源的污染物最大排放浓度。

本发明的特点还在于，

步骤1中，水动力模型控制方程为：

水质模型控制方程为：

上式中，K为流量模数，n为曼宁系数，R为水力半径，t为时间坐标，x为空间坐标，Q为断面的流量，u为断面平均流速，g为重力加速度，z为控制断面的平均水位，q为单位河长侧向入流量，流入为正，流出为负，A为过流断面面积，B为水面宽度，K₁为污染物降解系数，C_s为控制断面浓度，S为源汇项，E_x为纵向扩散系数；

步骤2的具体步骤如下：

先依次分别在每个点源或支流j处进行单位浓度的污染物排放，再对步骤2中的河流一维的水动力模型控制方程和水质模型控制方程求解计算出各控制断面i的浓度值C_si，根据公式

C_si＝C_pα_ij (4)；

可知C_si即为污染物响应矩阵中α_ij的值，最终，可得到目标河流控制断面j 对点源或支流i的污染物响应矩阵α_ij：

式(5)中，i＝1，…，M，M为控制断面数量，j＝1，…，N，N为点源或支流数量。

步骤2中：河流一维的水动力模型控制方程和水质模型控制方程求解方法为有限差分法或有限体积法。

步骤3的具体步骤如下：