一种湖泊流域低污染水量及其负荷量计算集成方法

一种湖泊流域低污染水量及其负荷量计算集成方法
【专利摘要】本发明属水污染控制与生态修复【技术领域】。公开了一种湖泊流域低污染水量及其负荷量计算集成方法。在多个大型湖泊低污染水的调查和研究基础上，针对湖泊流域低污染水的三大主要类型（污水处理厂尾水、农村农田径流、城镇地表径流），提炼形成一种较为系统的湖泊流域低污染水水量和污染负荷计算的集成方法，从而科学、合理地评估湖泊流域不同类型低污染水的分布特点与规律，为制定湖泊流域低污染水污染负荷的控制措施提供基础。该计算方法具体明确、可操作性强。
【专利说明】一种湖泊流域低污染水量及其负荷量计算集成方法

【技术领域】
[0001] 本方法提供了湖泊流域三大主要类型（污水处理厂尾水、农村农田径流、城镇地 表径流）的低污染水量和低污染负荷的计算方法，从而科学、合理地评估湖泊流域不同类 型低污染水的分布特点与规律，为制定湖泊流域低污染水污染负荷的控制措施提供基础。 本方法属水污染控制与生态修复【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国湖泊治理力度的加强和湖泊治理新理念的提出，低污染水带来 的污染问题越来越受到关注，低污染水治理已经成为湖泊流域点源和面源污染控制之后又 一新的挑战。在《湖泊富营养化控制的理论、方法与实践》书中提出了低污染水包括经污水 处理设施处理后但对湖泊水体来讲仍为污染源的尾水、地表径流以及污染物浓度较低的农 田排水、雨季村落地表径流等，湖泊流域低污染水主要包括污水处理厂二级处理尾水、城镇 地表径流、农田排水（含村落地表径流）等3种主要类型。目前关于低污染水的研究，主要 集中于低污染水治理技术，其中包括人工湿地技术、自然湿地技术、生态浮床技术、缓冲带 技术等，还有针对低污染水去除效率的材料及工艺等方面的研究。但在进行有效治理前，应 先了解低污染水量及污染负荷，根据流域不同类型低污染水的产生量、污染负荷量及其空 间分布，分析湖泊流域低污染水的特点与规律，进而科学、合理地提出低污染水治理措施。 目前，针对湖泊流域低污染水量和污染负荷量的计算方法还未见报道。本方法在近年来主 要湖泊研究实践的基础上，通过对多个湖泊流域低污染水量和污染负荷量计算的积累，凝 炼形成一种较为系统的计算湖泊流域低污染水量及其负荷量的计算方法。


【发明内容】

[0003] 本发明在抚仙湖、洱海、星云湖、杞麓湖、长寿湖等多个大型湖泊开展的低污染水 的调查和研究基础上，针对湖泊流域低污染水的三大主要类型（污水处理厂尾水、农村农 田径流、城镇地表径流），提出湖泊流域低污染水量和低污染负荷量的具体计算方法，主要 包括如下几方面内容：污水处理厂尾水量与污染负荷量计算；农村农田径流低污染水量与 负荷量计算、城镇地表径流水量与污染负荷量计算。该计算方法具体明确、可操作性强。
[0004] 1、水量计算
[0005] 湖泊流域低污染水总水量为污水处理厂尾水、农村农田径流和城镇地表径流的水 量总和。计算公式为：
[0006] Q = Qff+QN+Qc
[0007] 三种类型低污染水量Qw、QN、Q。的计算方法具体如下：
[0008] (1)污水处理厂尾水
[0009] 根据已建或在建的污水处理厂的数量和处理规模，计算污水处理厂二级处理尾水 水量Qw。
[0010] ⑵农村农田径流 toon] 本方法采用根据降雨期农田产流量和灌溉期农田排水量计算和根据稻季径流水 量计算2种方法，将计算结果进行对比和验证分析，以准确计算流域农田径流产生的水量， 农村农田径流水量的计算公式如下所示。
[0012] Qn = max (Qj, QG)
[0013] Qj = R*A*a* 10-3
[0014] QG = MG · A · b
[0015] QN = D · A
[0016] 式中：QN为农田径流排水量，m3/a处降雨期农田产流量，m 3/a ;Qe为灌溉期农田排 水量，m3/a ;R为降雨量，mm ;A为农田面积，m2 ;a为农田产流系数，％ ;MG为农田平均灌溉 用水量，m3/m2 ;D为稻季径流水量，m3 · hnT2 ;b为灌溉水利用系数。
[0017] (3)城镇地表径流
[0018] 本方法采用先计算城镇范围的总降雨量，再根据初期径流的比例计算，城镇地表 径流水量的计算公式如下所示。
[0019] Qc = AXPXc
[0020] 式中：Qc为城镇地表径流量，m3/a ;A为城镇建成区面积，km2 ;P为城镇年降雨量， mm ;c为初期径流比例。
[0021] 2、污染负荷量计算
[0022] 湖泊流域低污染水污染负荷总量为污水处理厂尾水、农村农田径流和城镇地表径 流污染负荷量的总和。计算公式为：
[0023] L = Lffi+LNN+LCi
[0024] 三种类型低污染水污染负荷量LWi、LNi、La的计算方法具体如下：
[0025] (1)污水处理厂尾水
[0026] 按照GB18918-2002中一级B标准计算污染负荷量，污水处理厂尾水污染负荷量计 算公式如下所示。
[0027] Lffi = QffXCffi
[0028] 式中：LWi为i污染物污水处理厂尾水污染负荷，t/a ;QW为流域城镇污水处理规模， m3/a ;CWi为城镇污水处理厂出水中i污染物的质量浓度，mg/L，本方法取相应GB18918-2002 中一级B标准。
[0029] (2)农村农田径流
[0030] 本方法采用年均流失量框定范围值，并通过全国污染源普查的系数方法进行数据 的具体化，在实际计算中进行系数修正以避免偏差。农田径流污染负荷的计算公式如下所 示：
[0031] LNi = QNXCNi
[0032] 式中：LNi为i污染物农田径流污染负荷，m3/a ;CNi为农田径流i污染物的质量浓 度，mg/L〇
[0033] (3)城镇地表径流
[0034] 城镇地表径流污染物量的计算有2种方法，一种为按水量与浓度计算，另一种采 用单位负荷法。
[0035] 按水量与浓度城镇地表径流污染负荷计算公式：
[0036] LCi = QcXCCi
[0037] 式中：Lei为城镇地表径流污染负荷量，m3/a ;Q。为城镇地表径流量，m3/a ;Cei为城 镇地表径流i污染物的质量浓度，mg/L。城镇地表径流污染物的质量浓度值可参照不同城 市的地表路面径流污染物浓度。
[0038] 采用单位负荷法计算方法详见《湖泊富营养化控制和管理技术》第18页。

【具体实施方式】
[0039] 洱海流域地处云南省大理白族自治州境内，流域面积2565km2。洱海流域低污染水 主要包括污水处理厂尾水、农村农田径流和地表径流三大类。按上述方法分别计算其低污 染水量与负荷量，进而计算洱海流域低污染水总水量和污染负荷总量。
[0040] 1、污水处理厂尾水
[0041] 根据洱海流域已建或在建的污水处理厂的数量和处理规模，计算污水处理厂二级 处理尾水水量；根据GB 18918-2002中一级B标准计算污染负荷量。洱海流域已经逐步建 立城镇、集镇两级污水收集处理系统，其中城市污水处理厂主要处理大理市市区和洱源县 县城的生活污水，共计有3座，已经运行和正在建设的集镇污水处理厂有10座。经计算，洱 海流域城镇污水处理厂处理能力可达3193万t/a，其中城市生活污水处理厂为2445万t/ a，集镇污水处理厂为748万t/a，达标排放尾水中总氮负荷量为639t/a，总磷负荷量为48t/ B 〇
[0042] 2、农村农田径流
[0043] 根据降雨期农田产流量与灌溉期农田排水量的计算方法，洱海流域每年农田径 流排水量在降雨期为1. ox 108t/a，农业灌溉产生量为0. 7X 108t/a，则洱海流域每年农田 径流排水估算为1. 7X 108t/a ;根据稻季径流水量计算，洱海流域每年农田径流排水量为 1. 4X 108t/a。将两方法所得结果对比分析后，洱海流域农田径流排水取1. 5X 108t/a。
[0044] 农田降雨径流污染负荷量估算采取年均流失量方法估算，参考滇池流域农田污染 物年均流失量，总氮那为5. 07?113. 16kg/hm2,总磷为0. 15?10. 14kg/hm2,总氮负荷量为 128-2866t/a，总磷负荷量为3. 8-256t/a，采用第一次全国污染源普查系数研究，通过修正 农田氮磷流失系数，总氮为661t/a，总磷为18t/a。
[0045] 3、城镇地表径流
[0046] 洱海流域城镇面源来源于大理市市区、洱源县县城、大理经济技术开发区和大理 古城（大理镇）、凤仪镇、喜洲镇、上关镇等乡镇人口聚居区，面积约71km 2。根据调查资料城 镇平均年降雨量为1〇48_，得出流域城镇范围的总降雨量为7.5X10Tt/a。在一场降雨过 程中，占总径流20%或25%的初期径流，冲刷排放了约50%的总径流污染负荷，按照25% 的初期径流比例进行计算，因此城镇地表径流水量为1. 875 X 107t/a。
[0047] 参照下关镇人口密度，城镇人口密度按1500人/km2计，洱海流域城镇地表径流水 量为1.875X 107t/a。采用水量与水质计算方法中浓度值参照北京市、上海市、西安市和天 津城区的地表路面径流污染物浓度的研究分析，城镇地表径流中按照总氮为8mg/L和总磷 为0. 6mg/L计算，按公式计算得出总氮为150t/a，总磷为llt/a ;采用单位负荷法计算，参考 《湖泊富营养化控制和管理技术》，总氮取l〇kg/cm/km2,总磷取2. 5kg/cm/km2,按公式计算得 出总氮为144t/a，总氮为20t/a。两种方法计算得到的数值比较一致，考虑科学性，取2种 计算结果均值最终确认总氮为147t/a，总磷为15t/a。
[0048] 综上所述，计算得出洱海流域低污染水总水量为2. 0086X 108t/a，总氮为1447t/ a，总磷为81t/a。
【权利要求】
1. 一种湖泊流域低污染水量及其负荷量计算集成方法。在多个大型湖泊低污染水调查 和研究基础上，针对湖泊流域低污染水的三大主要类型（污水处理厂尾水、农村农田径流、 城镇地表径流），凝炼形成一种较为系统的湖泊流域低污染水水量和污染负荷计算的集成 方法，该方法主要包括如下几方面内容：污水处理厂尾水水量与污染负荷量计算；农村农 田径流低污染水量与负荷量计算、城镇地表径流水量与污染负荷量计算，该计算方法具体 明确、可操作性强。
2. 根据权利要求1所述的方法，湖泊流域低污染水总水量和污染负荷总量由污水处理 厂尾水、农村农田径流、城镇地表径流三大类型低污染水量和污染负荷量组成。
3. 根据权利要求1所述的方法，湖泊流域低污染水总水量根据污水处理厂尾水、农村 农田径流、城镇地表径流三大类型低污染水量的总和计算得出。
4. 根据权利要求1所述的方法，湖泊流域低污染水污染负荷总量根据污水处理厂尾 水、农村农田径流、城镇地表径流三大类型低污染水负荷量的总和计算得出。
5. 根据权利要求1所述的方法，污水处理厂尾水的水量根据已建或在建的污水处理厂 的数量和处理规模进行计算，污水处理厂尾水污染负荷量按照流域城镇污水处理规模和城 镇污水处理厂出水污染物的质量浓度进行计算。
6. 根据权利要求1所述的方法，农村农田径流水量根据降雨期农田产流量和灌溉期农 田排水量计算或根据稻季径流水量计算，将两种计算结果进行对比和验证分析，计算流域 农田径流产生的水量，农村农田径流污染负荷量计算采用年均流失量框定范围值，并通过 全国污染源普查的系数方法进行数据的具体化，在实际计算中进行系数修正以避免偏差。
7. 根据权利要求1所述的方法，城镇地表径流水量采用先计算城镇范围的总降雨量， 再根据初期径流的比例计算，城镇地表径流污染负荷量采用按水量与浓度计算或者按照单 位负荷法计算。
【文档编号】G06F19/00GK104217102SQ201410392782
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】胡小贞, 蒋丽佳, 庞燕, 白献宇 申请人:中国环境科学研究院