[发明专利]基于SPARROW模型的河流污染评估方法

摘要

本发明涉及河流污染评估技术领域，是一种基于SPARROW模型的河流污染评估方法，第一步，根据目标河网的拓扑关系确定目标河流的仿真子流域，第二步，获取最小二乘法估算模型参数，第三步，确定并输入基于最小二乘法估算模型的河流污染源的自变量和因变量，第四步，建立目标河流仿真子流域化学需氧量的SPARROW模型，第五步，对河流水质污染负荷预测模型参数进行校验，第六步，确定水质类型。本发明旨在得出目标河流流域中各子流域和各控制单元中污染源构成组分和污染负荷定量分布，得到目标流域中不同污染源组成特征对流域水体污染状况的宏观影响，实现对干旱区内陆流域地表水水污染进行有效的评估，实现对目标河流流域地表水水资源的有效保护和科学管理。

主权项

1.一种基于SPARROW模型的河流污染评估方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，根据目标河网的拓扑关系确定目标河流的仿真子流域，基于目标河流的子流域数字高程模型数据，利用ArcHydro工具集按照洼地填平、流向分析、汇水计算、河网定义及分割、流域矢量化获取仿真河网水文数据；第二步，获取最小二乘法估算模型参数，模型参数包括空间属性数据、污染源数据和水文监测数据；所述空间属性数据包括河网密度、降水、坡度、温度、土地利用、人口数据和土壤渗透率，空间属性数据用于计算流域的空间特征；所述污染源数据包括点源污染物和非点源污染物，点源污染物包括工业源污染数据，非点源污染物包括农业源污染数据和生活源污染数据；工业源污染数据按照相应工厂所在经纬度坐标填入对应子流域，汇总子流域内的工业源污染数据；计算各子流域耕地面积在相应行政区耕地中所占比例，将各行政区农业源污染总量乘以相应的耕地比例，得到各子流域的农业源污染量，生活源污染量以生活源污染统计数据乘以各子流域人口在相应行政区人口中所占比例计算得到；水文监测数据包括水质数据和流量数据；水质数据为根据野外监测点位连续采样和实验的数据；流量数据为根据子流域各自的面积乘以相对应的月平均径流深，得到每个河流断面的平均流量；第三步，确定并输入基于最小二乘法估算模型的河流污染源的自变量和因变量，以河流监测点位的水位监测数据的污染物通量作为因变量；河网水文数据、空间属性数据和污染源数据作为自变量；第四步，建立目标河流仿真子流域化学需氧量的SPARROW模型作为河流水质污染负荷预测模型，SPARROW模型原理的表达式及其变量含义如下：其中，F_i为河段i内的污染物负荷；n为污染源编号索引；J(i)为包含河流的河道i在内的其上游所有河流的河道的集合；S_n,j为水体j所在小流域中的污染源n产生污染物的量；β_n为污染源n的系数；exp(‑α'Z_j)表示传递到水体j的有效营养物质的比例；为在水体j中产生并传输到水体i的比例，作为河流中的一阶过程衰减函数；为在水体j中产生并传输到水体i的比例，作为湖库中的一阶过程衰减函数；ε_i为误差范围；第五步，对河流水质污染负荷预测模型参数进行计算和校验，包括以下过程：(1)依据对污染物的路径与传输过程以及河流传输过程所产生的损失量进行估算，添加污染源数据的权重，计算得出仿真流域的化学需氧量拟合结果和均方根误差；(2)将进入河流的河道的上游污染物量作为模型的因变量对河流水质污染负荷预测模型进行校正；第六步，根据检验结果，获取目标河流流域的化学需氧量污染负荷评估，以化学需氧量浓度作为评价因子，对目标河流的流域河段水质进行分析，确定水质类型。