[发明专利]一种小流域河湖污染物反向精准溯源方法及系统

权利要求书

1.一种小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1.划分控制单元；所述控制单元是将汇水区内不同水功能区的水域向陆域延伸并细化划分而成的若干个控制单元；

S2.根据调查计算得到污染源负荷和水量，利用污染物分布特征算法，得到每个控制单元作用下污染物的浓度场；

S3.以出境考核断面水质为基础，计算得到各排污口的响应系数场、各控制单元的污染分担率及正常状态下的水环境容量；

S4.以出境考核断面目标水质作为基础，通过步骤S3求得的响应系数场和污染分担率计算出各控制单元的水环境容量；

S5.基于控制单元，对正常状态条件和目标水质条件下的水环境容量进行对比，识别水体污染物的来源，实现污染物反向精准溯源。

2.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述控制单元的划分方法为：

K1：综合考虑流域汇水区划分、行政区划、土地利用规划、水体治理措施等空间布局规划，结合自身水系分布、地形地势特点，重要支流入河口等关键控制节点，形成ArcGIS空间基础数据库；

K2：根据DEM数据对流域汇水区进行划分；

K3：叠加相关区划成果，针对评估水体，识别每条河流的汇水范围，形成控制单元边界；在无评估水体区域，根据现有水系规划和行政区边界，划分控制单元范围；

K4：结合现有土地利用现状，根据每个汇水区土地利用和人类活动强度空间异质性特征，对控制单元进行细化和微调。

3.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S5中，识别出水体污染物的来源之后，根据目标水质制定以断面水质达标为导向的排污口最优化及河湖污染物削减措施体系布局。

4.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述方法还包括步骤：

S6.突发污染事件时，以出境考核断面水质为基础，通过步骤S3求得的响应系数场、污染分担率等计算出各控制单元的水环境容量；

S7.基于控制单元，对正常状态条件和突发污染事件条件下的水环境容量进行对比，快速精准的判断污染物的关键源区，并进行应急方案布置。

5.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述的污染物分布特征算法为：

式中：Q为流量，x为距离，Z为水位，t为时间，q为旁侧单位长度入流流量，α为断面不均匀系数；A为过流断面面积，B为水面宽度，C为谢才系数，R为水力半径，g为重力加速度；

上式中：A为过水断面面积，C为污染物质的断面平均浓度，t为时间坐标；Q为断面平均流量，x为空间坐标；E_x为紊动扩散系数；dC/dt为生化反应项；S为污染物的排放量。

6.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述的响应系数场算法为：

C_i＝α_iQ_i

式中：C_i某一源强值所形成的浓度场，α_i为响应系数，表征流域水质和某个点源的响应关系，Q_i若干个单位源强值。

7.根据权利要求1所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述的污染物分担率算法为：

式中：C(x，y)n个污染源共同作用下所形成的浓度场，C_i(x，y)为第i个控制单元污染源Qi的单独浓度场，(x，y)为空间点坐标。

8.根据权利要求3所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述的排污口最优化及河湖污染物削减措施体系布局包括排污口最优化、均匀处理最优化或区域污水处理最优化。

9.根据权利要求8所述的小流域河湖污染物反向精准溯源方法，其特征在于：

(一)排污口最优规划模型如下：

目标函数：

约束条件：

式中，Ci(η_i)为第i小区的污水处理费用；η_i为第i小区的污水处理效率；U、V为河流BOD与DO的响应矩阵；为河流各断面的BOD约束和DO约束；为输入河流；

(二)均匀处理最优规划模型如下：

目标函数

约束条件

Q_i，q_i≥0

Q_ji，Q_ij≥0

式中，C_i(Q_i)为第i个污水处理厂的费用，它是污水处理规模Q_i的单值函数；C_ij(Q_ij)为由地点i输往地点j的输水管道的费用，它是污水输送流量的函数；q_i为在地点i收集的污水量；Q_i为在地点i处理的水量；

(三)区域污水处理最优规划模型如下：

目标函数

约束条件

Q_ji，Q_ij≥0

式中，C_i(Q_i，η_i)为污水处理厂的费用。