一种基于年入河污染负荷的流域水污染治理方法与流程

本发明涉及一种基于年入河污染负荷的流域水污染治理方法，属于生态环境水污染治理的。

背景技术：

1、在水污染治理工作中，通常是以流域为治理单元。为实现治理目标，需合理估算流域范围内的入河污染负荷，方能采取针对性的治理措施。因此估算流域年入河污染负荷是开展水污染治理工作的重要内容之一。在流域范围内生产、生活产生的污染物若未经收集、汇集进入河流水体，会造成水污染问题。入河污染物可以分为点源污染和面源污染。针对不同的行政区划及土地利用类型，点源污染可以分为城镇点源污染和农村点源污染，其中城镇点源污染可以进一步分为工业点源污染和生活点源污染；农村点源污染主要是生活污染。面源污染也可分为城镇面源污染和农村面源污染，其中城镇面源污染为晴天道路、屋顶和绿地累积的污染物在雨天冲刷进入天然水体，污染水环境；农村面源污染可以进一步分为农业种植污染、畜禽养殖污染、水产养殖污染。

2、流域的水污染治理需要有现实的事实根据，传统的治理方式为发现一处污染治理一处，有一种事后干预，且具有明显的滞后性和盲目性，甚至会出现治理过量，破坏生态平衡，不能科学、合理预测流域的水污染负荷，以及流域的水环境容量。

3、面对环境治理的更高要求，实现环境友好，且治理资源不过量，不增加环境的负担，也不过渡干预环境的自净能力，实现环境污染和子净化容量的科学预判，合理治理，是当下水环境治理方面亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种流域水污染治理过程中的年入河污染负荷估算方法，其具体技术方案如下：

2、一种基于年入河污染负荷的流域水污染治理方法，包括以下步骤：

3、步骤1：流域水污染治理设施统计

4、统计流域范围内城镇区域的水污染治理设施建设现状，包括雨污分流率，合流管道的截流倍数，评估流域污染物收集和处理设施的能力；

5、步骤2：流域土地利用统计

6、统计流域范围的土地利用现状，包括城镇建成区(道路、屋顶、绿地)、农业种植、畜禽养殖、水产养殖用地面积，识别入河面源污染的组成和分布；

7、步骤3：流域人口数量及分布统计

8、统计流域范围内人口的数量以及分布，识别不同区域的生活污染负荷，并结合流域现有污染收集和处理设施的能力，识别入河生活污染的分布；

9、步骤4：流域排污企业及其污染处理设施统计

10、统计流域范围内排污企业的数量、分布范围以及企业现有的污染处理设施，识别入河工业污染的分布；

11、步骤5：计算流域年入河污染负荷wi

12、流域年入河污染负荷wi包括城镇工业污染负荷、城镇生活污染负荷、农村生活污染负荷、城镇面源污染负荷、畜禽养殖污染负荷、水产养殖污染负荷、种植面源污染负荷；

13、根据流域实际的污染类型，以及流域范围内的对应污染类型的污染负荷计算结果，估算流域年入河污染负荷为：

14、

15、其中，wi为流域范围内污染物i的年入河污染量，kg；wki为流域范围内不同土地利用类型的污染物i的年入河污染量，kg；n为污染类型的数量；

16、步骤6：流域年水环境容量ei计算

17、水环境容量即水体在符合水质目标(流域水污染治理目标)条件下单位时间(年)内所能容纳的污染物总量，是不影响水体正常功能时的最大纳污能力，是确定特定水域允许排入污染物的依据，根据流域范围内河流的流量、流速和水质采用传统的一维水质模型进行计算，公式如下：

18、

19、ei＝31536(cs-c2)(q+q)

20、其中，c1为河流上游断面的污染物浓度，mg/l，通过河流水质监测获取；c2为距离上游断面l距离(正向)的水体污染物浓度，mg/l，通过河流水质监测获取；u为年平均流量下河道断面的平均流速，m/s；k为该污染物综合衰减系数，通过c1和c2实测值的率定获取；ei为河流年水环境容量，kg；q为河流年平均流量，m3/s；q为年平均入河污水量，m3/s，计算水环境容量时该参数仅考虑入河的水量，与入河污水水质无关；cs为河流水质目标，mg/l；

21、步骤7：比较流域年入河污染负荷wi和流域年水环境容量ei

22、当流域年入河污染负荷wi大于流域年水环境容量ei，表明流域无法通过水体的自我净化能力，使得水体的水质达到要求的目标，需要采用相应的水污染治理措施，进入步骤8；当流域年入河污染负荷wi小于流域年水环境容量ei表明流域可通过水体净化入河污染负荷，使得水体的水质达到要求的目标；

23、步骤8：水污染治理措施

24、采用外源治理(如完善水污染治理设施)、内源治理(河道清淤)、生态修复(海绵城市，河岸缓冲带削减面源污染)、管理管控(加强监管及宣传等)等措施削减入河污染负荷，使其小于水环境容量ei，满足治理目标。

25、进一步的，所述步骤5中城镇工业污染负荷的计算过程为：

26、针对直排的工业企业，从流域范围内的各企业的工业生产总值aj(万元/年)以及不同企业的单位生产总值用水量bj(m3/万元)估算出该企业工业污染的排放量qj＝ajbj，m3；各工业企业排放的污染物i的浓度为ωij，kg/m3；对于某一企业而言，其工业生产总值及用水量可从统计数据获取，其污染物的浓度较为稳定，不需长期监测。则工业污染物i的年直排量w1i估算为：

27、

28、其中，w1i为城镇工业污染物i年入河量，kg；n表示流域内污水自排企业的数量。

29、进一步的，所述步骤5中城镇生活污染负荷的计算过程为：

30、合流制的排水体制的设计是按照截流倍数确定的，根据合流制排水系统的设计截流倍数n0，转换成合流制排水管网可截流的设计降雨径流强度rd，mm/小时；根据流域内的年实测降雨数据，计算其实际降雨强度rs，mm/小时；当rs＞rd时，合流制排水系统将会产生溢流污染，统计其持续时间tj，小时；在该期间，合流排水系统中新增的生活污染全部溢流排出；则：

31、

32、其中，w2i为城镇生活污染物i年入河量，kg；qd为设计综合生活污水量(l/s)，根据流域内合流制区域人口和城镇居民生活用水定额计算；tj为单次降雨溢流污染持续时间，s；ηi为生活污水中污染物i的浓度(mg/l)，根据研究区域的生活污水中污染物平均浓度确定；n表示一年中产生溢流污染的次数。

33、进一步的，所述步骤5中农村生活污染负荷的计算过程为：

34、农村地区的生活污染是直排进入自然水体，农村分散生活污染包括日常洗浴、洗涤所用过的水，按以下方式估算：

35、w3i＝qp×ηi

36、其中，w3i为农村生活污染物i年入河量，kg；qp为流域内年分散生活废水的排放量(m3/年)，由流域内农村人口及其用水定额确定；ηi为农村生活污水中污染物i的浓度，kg/m3。

37、进一步的，所述步骤5中城镇面源污染负荷的计算过程为：

38、城镇面源污染是晴天沉积在地表的污染物在雨天被冲刷进入水体，包括固体废物碎屑、车辆排放物、空气沉降，根据城镇区的地表类型可以分为道路、屋顶和绿地三种考虑污染物的累积和冲刷，需要引入污染物的累积模型和冲刷模型，累积模型采用：

39、

40、其中：ptij为上次降雨后经过t天晴天时j类型地面的i种污染物的累积量，kg/hm2；p0ij为上次降雨结束时j类型地面的i种污染物的残余量，kg/hm2；pmij为j类型地面的i种污染物的最大累积量，kg/hm2；k1为污染物的累积系数，d-1；te为晴天累积天数，d；

41、冲刷模型采用：

42、

43、其中，ptij为降雨前j类型地面的i种污染物的累积量，kg/hm2，是通过累积模型计算得到的累积量；k2为污染物的冲刷系数，mm-1；rt为单次降雨的总径流量，mm；p0ij为降雨冲刷结束后j类型地面的i种污染物的残积量，作为后续沉降的初始值；

44、通过以上分析，每次降雨冲刷排放的流域内城镇地表污染物量为：

45、

46、其中，aj为流域范围内j类型地面面积，hm2；qij为单次降雨j类型地面污染i的排放量，kg；

47、通过计算年的降雨数据，求得污染物i的污染总量为：

48、

49、其中：w4i为城镇面源污染物i年入河量，kg；n为表示场地类型数量；m表示年降雨场次，不同场次的降雨径流量不同，计算得到的qij也不同。

50、进一步的，所述步骤5中畜禽养殖污染负荷的计算过程为：

51、畜禽养殖是农村地区的重要生产活动，大规模畜禽养殖的污染排放能得到有效的控制，但是对于以家庭单位为主的农村畜禽养殖，由于分散式的养殖特点，大部分的畜禽养殖污染物直接是排放至地表，降雨冲刷后会进入自然水体，其污染物排放按下式估算：

52、

53、其中：w5i为农村畜禽养殖污染物i年入河量,kg；nj为畜禽j的年养殖数量，根据养殖规模和养殖周期换算成年养殖数量，只；δj为畜禽j个体的年排污量,kg；ξij为畜禽j的排污中i污染物的平均含量；m为畜禽的种类数。

54、进一步的，在水产养殖中，饲料是促进水产动物生长的主要物质，但是饲料投放至水体中，被水生动物吸收利用率不高，大部分饲料直接在水中分解，或者通过水产动物的排泄物进入水体，水产养殖的污染物排放量按下式估算：

55、w6i＝s×c×κ×βi

56、其中，w6i为农村水产养殖污染物i年入河量，kg；s为流域内水产养殖面积，hm2；c为水产养殖单位面积的饲料用量，kg/hm2；κ为水生动物对饲料的吸收率；βi为饲料中i污染物的平均含量。

57、进一步的，所述步骤5中种植面源污染负荷的计算过程为：

58、对种植面源污染来源于农业种植过程中不合理使用而流失的化肥和农药，其估算方法为：

59、

60、其中，w7i为种植面源污染物i年入河量，kg；aj农作物j的种植面积，hm2；qj为农作物j的化肥使用量，kg/hm2；λj为农作物j的化肥使用流失系数；χi为化肥中污染物i的含量。

61、本发明的工作原理是：

62、目前水污染治理正常是按照流域进行治理单元的划分。本专利以流域为单元，进行水环境治理。在水污染治理之前需要识别流域范围的内的污染特征(污染负荷及分布)，为此需要正确计算流域范围内的污染负荷大小(这个是最关键的，因为只有正确估算出流域的入河污染负荷，才能制定相应的措施，确保水污染治理目标的实现)，然后结合流域的水环境容量，提出具体的水污染治理措施(工程措施+管理措施)，实现流域范围内的水质达标。

63、本发明的有益效果是：

64、本发明能够合理估算出流域内的各种来源的入河污染，在水污染治理工作中，为实现治理目标，需调查并计算清楚流域范围内的污染负荷，方能采取针对性的治理措施。因此估算流域年入河污染负荷是开展相关工作的重要前提。