一种陆海氮磷负荷归趋估算方法

本发明涉及污染物管理领域，特别是涉及一种陆海氮磷负荷归趋估算方法。

背景技术：

1、溶解态无机氮（dissolved inorganic nitrogen，din）和溶解态无机磷（dissolved inorganic phosphorus，dip）是支持浮游植物生长繁殖和维持水生态系统稳定的主要营养物质，但是超量氮磷负荷的输入容易引起河口海岸水体富营养化。随着沿岸城市社会经济的飞速发展，高强度的人类活动为下游河口水域输出了大量的氮磷等营养物质，陆源氮磷输出负荷已成为河口海岸水域营养物质循环最主要的外部贡献源，因此估算陆源氮磷输出负荷对下游水生态管理保护尤为重要。

2、陆源氮磷输出负荷的估算方法一般分为两种：一是测量法，根据相关环境监测原则，在河流的不同位置设置参照点和控制点，甚至是在排污口设置监测点，根据监测数据计算河流的营养物质输出负荷，该方法能够实现日尺度甚至是更细尺度的氮磷浓度数据，但是经济或人力成本较高；二是模型法，该方法可以根据统计资料进行数学建模或借助已有模型估算氮磷输出负荷，时间经济成本较低，应用广泛。根据模型复杂度可分为经验模型如ecm（export coefficient model），概念模型如global news 2 (global nutrient exportfrom watersheds 2)、marina (model to assess river inputs of nutrients to seas)，机理模型如swat（soil and water assessment tool）等。

3、陆源氮磷负荷入海后的生物化学趋势通常包括水平方向上的迁移扩散、垂直方向上的移动、水体-沉积物界面上的沉积埋藏与释放、微生物反硝化、参与初级生产等，对促进生物地球化学物质循环和维持水生态系统稳定具有重要意义。由于过程繁多且计算复杂，通常借助数值模拟模型实现，数值模拟模型是将现实环境的物理现象公式化，更适用于大尺度区域研究，应用更为广泛。代表数值模拟模型有fvcom、efdc和mike等，计算原理大抵相同，均以结构化或非结构化网格为计算单元，求解水动力水质方程。

4、cn113933372a，该发明公开了一种流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的定量辨识方法，包括以下步骤：（1）同位素溯源的样品采集与分析；（2）流域中入河硝态氮来源的贡献比例的计算；（3）流域出口径流监测及硝态氮样品的采集与分析；（4）流域出口硝态氮总入河负荷的计算；（5）流域硝态氮来源入河负荷及入河系数的计算。

5、cn103106347a，该发明公开了一种基于土壤属性空间分布的农业面源磷污染估算方法，该方法有三大步骤：（1）土壤属性空间分布与面源污染负荷响应关系的建立，包含典型小研究区域选择、土壤属性空间分布、典型区面源污染swat模型模拟和土壤属性与面源污染负荷空间分布响应关系建立；（2）待估算区域土壤样品采集与检测；（3）农业面源污染负荷估算。

6、cn110826920a，该发明公开了一种海岸带污染物负荷估算方法，主要由两个步骤组成：（1）污染源及主要污染物确定，根据研究区域污染物形成特点及数据可获取情况，确定点源污染源和非点源污染源；根据污染物含量的统计，确定主要污染物；点源污染包括工业废水；非点源污染是指各类污染物在大面积降水和径流冲刷作用下汇入受纳水体而引起的水体污染；（2）污染负荷估算，包括点源污染负荷估算和非点源污染源负荷估算；主要污染物为总氮、总磷、化学需氧量、氨氮四类。

7、cn104951986a，公开一种流域农业面源污染物入湖负荷估算方法，包括：获取目标流域中典型小流域数据，构造典型小流域swat，根据swat获取典型小流域中loadlr及loadlo；获取典型小流域各子流域的种植业源、畜禽养殖业源、水产养殖业源和农村生活源产排污系数，结合基本信息调查数据，获取典型小流域中loadls；根据loadls和loadlr获取目标流域农业面源污染物沟渠削减系数factorcr；根据水系数据获取lengthlr；根据loadlr、loadlo和lengthlr，获取目标流域农业面源污染物河道削减系数factorrr；获取目标流域农业面源氮磷排放负荷和目标流域内河道总长度lengthbr；根据目标流域农业面源氮磷排放负荷、factorcr和factorrr及lengthbr，获取目标流域农业面源污染物入湖负荷。

8、mayorga等人建立了全球尺度（分辨率为1°×1°）的流域氮磷输出负荷模型（global news 2），污染物分为点源和扩散源，根据地理信息模型划分流域边界，再由水文模型模拟得到流域的水文信息，营养物质输入和相关参数取自不同数据库以及文献，有效估算了全球主要流域的溶解态无机和有机氮磷输出负荷。

9、strokal等人根据中国流域特征进一步完善了global news 2模型，提出了marina模型，针对中国流域的特征进行了相关参数的修正和数据来源的更新，补充了没有连接污水系统的人类排泄物所贡献的氮磷输出负荷，成功实现了中国六大流域在子流域尺度上的氮磷入海负荷估算以及未来情景下的氮磷入海负荷预测。

10、秦昊通过实地采样以及实验室分析得到辽河口湿地沉积物中toc、tn、tp的含量和降解系数，采用mike模型耦合内置eco lab模块对辽河口湿地进行了水动力-水质模拟，结果对比了辽河口湿地不同水文时期toc、tn、tp在沉积物表层和底层的时空分布和迁移归趋。

11、一般氮磷负荷估算经验模型为黑箱模型，难以对结果进行机理解释，而机理模型数据需求量大，当气候和土壤数据库不完备时，许多参数难以获取和确定，需要投入较多时间经济成本，性价比不高；传统入海氮磷负荷的生物化学趋势模拟往往没有将陆源氮磷负荷的产汇过程纳入计算，割裂了上游流域与下游河口海岸的紧密联系，无法评估陆源氮磷负荷输出至河口海岸水域后迁移转化过程和潜在的生态影响；此外，类似的，采用实地采样或文献资料作为数值模拟模型输入，无法解析入海氮磷负荷的来源和模拟结果的主要贡献源。

12、因此，需要一种能够便捷高效地实现陆源氮磷负荷输出-入海口汇流-河口海岸水环境归趋的全过程负荷估算和动态模拟的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种陆海氮磷负荷归趋估算方法，可便捷高效地实现陆源氮磷负荷输出-入海口汇流-河口海岸水环境归趋的全过程负荷估算和动态模拟。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种陆海氮磷负荷归趋估算方法，包括：

4、获取不同数据类型的统计数据；所述数据类型包括土地利用部分、经济部分、人口部分、农业部分、畜牧业部分、流域信息和水库信息；

5、根据所述统计数据利用氮磷负荷灵活估算模型确定入海总氮磷负荷；

6、对所述入海总氮磷负荷进行时间尺度转换得到各入海口的氮磷浓度；

7、根据所述各入海口的氮磷浓度利用河口海岸数值模拟模型确定陆源氮磷输出负荷入海后的时空分布和生物化学趋势。

8、可选地，所述根据所述统计数据利用氮磷负荷灵活估算模型确定入海总氮磷负荷，具体包括：

9、根据所述统计数据利用所述氮磷负荷灵活估算模型量化营养物质从扩散源和点源输出到地表水体的负荷量；

10、根据所述统计数据利用所述氮磷负荷灵活估算模型量化营养物质从地表水体输出到子流域出口的负荷量；

11、根据所述统计数据利用所述氮磷负荷灵活估算模型量化营养物质从子流域出口输出到河口的负荷量；

12、根据所述营养物质从扩散源和点源输出到地表水体的负荷量、所述营养物质从地表水体输出到子流域出口的负荷量和所述营养物质从子流域出口输出到河口的负荷量确定入海总氮磷负荷。

13、可选地，所述对所述入海总氮磷负荷进行时间尺度转换得到各入海口的氮磷浓度，具体包括：

14、根据所述入海总氮磷负荷和流域日入海流量数据确定入海氮磷浓度；

15、将所述入海氮磷浓度按照径流占比进行分配，得到各入海口的氮磷浓度。

16、可选地，所述河口海岸数值模拟模型为mike 21 fm模型。

17、可选地，所述时空分布为溶解态无机氮和溶解态无机磷在不同时刻不同位置的浓度；所述生物化学趋势为溶解态无机氮和溶解态无机磷参与的浮游植物的生长繁殖过程。

18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

19、本发明获取不同数据类型的统计数据；所述数据类型包括土地利用部分、经济部分、人口部分、农业部分、畜牧业部分、流域信息和水库信息；根据所述统计数据利用氮磷负荷灵活估算模型确定入海总氮磷负荷；对所述入海总氮磷负荷进行时间尺度转换得到各入海口的氮磷浓度；根据所述各入海口的氮磷浓度利用河口海岸数值模拟模型确定陆源氮磷输出负荷入海后的时空分布和生物化学趋势。通过氮磷负荷灵活估算模型和河口海岸数值模拟模型从而能够便捷高效地实现陆源氮磷负荷输出-入海口汇流-河口海岸水环境归趋的全过程负荷估算和动态模拟。