[发明专利]一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法

权利要求书

1.一种基于水质模型与污染物消减机理的水质断面污染贡献率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过因子分析方法提取河道主要污染因子，并定性识别污染源；

因子分析方法为：从具有错综复杂关系的变量中提取少数几个不可观测的共性因子的多变量统计分析，对变量进行有效地降维；根据变量间的相关性进行分组，并从变量组内提取少数的潜在因子来反映本组变量的基本信息，从而使这些因子能够概括和归纳原有观测变量的大部分信息，解释变量的基本结构；

S2、构建一维水质模型，在水质模型中添加污染源，模拟得到河道中每个断面的污染物浓度；在一维水质模型中，针对某个浓度为C_i的物质在河段中i的平衡方程可表示为公式(1)

式中，C_i为第i河段物质组分浓度(mg·L^-1)，Q_i-1为河段i的流入流量(m³·s^-1)，Q_i为河段i的流出流量(m3·s-1)，Q_out，i为河段i的取水量(m³·s^-1)，V_i为河段i的体积(L)，E_i为河段间的弥散系数(L·d^-1)，W_i为河段i的外源负荷量(mg·d^-1)，S_i为因化学反应或物质交换的负荷量(mg·L^-1·d^-1)，E_hyp，i为河段i的底质交换系数(L·d^-1)，t为时间(s)；

污染物贡献比例计算方式为基于一维水质模型，将干流划分为多个河段，进入某个河段i的污染物负荷包括点源负荷和面源负荷，其中点源负荷包括汇入该河段的支流点源负荷和排入河段i的污水负荷.进入河段i的污染物负荷计算公式如式(2)～(3)所示，

式中，W_i为河段i的污染源负荷；W_nsp，i，j为河段i的非点源负荷量；N_ps，i为流入河段i的点源个数；N_nps，i为流入河段i的非点源个数；C_ps，i，j为点源j污染物浓度(mg·m^-3)；C_nps，i，j为非点源j的污染物浓度(mg·m^-3)；Q_ps，i，j为点源j的流量(m³·d^-1)；Q_nps，i，j为非点源j的流量(m³·d^-1)；L_i，j为非点源j流入河段i的长度(m)；ΔX_i，j为河段i和非点源j重叠部分的长度(m)；

河段i(i＝1，2，……n)的消减量(K_i)见式(4)，

S3、基于污染物消减机理，按照公式1-4计算每个污染源的污染物在河道运行过程中的消减量K_i；一维水质模型将河流干流概化成若干长度不等的河段，河段作为其最小计算单元，污染物以点源或面源的方式输入或输出干流河段，一维水质模型把河流水文模型、BOD-DO耦合模型、营养物质转化模型和藻类生长动力学模型结合起来，采用有限差分法求解其数值解，同时采用遗传算法对参数进行全局优化；

S4、计算水质断面处所有污染源的消减量；

S5、计算水质断面处污染源的污染物通量组成；

S6、用污染源在断面通量除以断面的总的通量，就是断面的污染贡献；河段i(i＝1，2，……n)对特定断面的贡献比例计算公式如式(5)～(6)所示，

式中，ζ_{ps，i，j，n}为河段i中第j个点源对目标河段n的污染贡献率；ζ_{nps，i，j，n}为第i个河段中所涉及的第j个面源的直接污染负荷量对目标河段n的污染贡献率；Q_out，i-1为河段i-1的出流量(m³·s^-1)，Q_out，0代表源头水流量；Q_out，i为河段i的出流量(m³·s^-1)；Q_out，i-1为河段i输出污染物浓度(mg·L^-1)；C_out，i为河段i的输出污染物浓度(mg·L^-1)，C_out，0代表源头水污染物浓度；Q_out，n为研究目标河段的出流量(m³·s^-1)；C_out，n为研究目标河段的污染物浓度(mg·L^-1)。