本發(fā)明屬于水環(huán)境管理與水污染防治綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種流域污染控制單元的劃分技術(shù)。

背景技術(shù)：

自20世紀(jì)80年代以來，我國流域水污染防治工作雖然取得階段性進展，但隨著經(jīng)濟高速發(fā)展和城市化進程加快，流域水污染問題也日趨嚴(yán)重。為應(yīng)對我國流域水污染防治嚴(yán)峻的形勢，更加合理地解決流域分區(qū)的問題，提倡有重點、有區(qū)別地制定流域水污染防治策略，提高流域水環(huán)境保護工作的效率，已成為我國流域水環(huán)境管理所面臨的重大挑戰(zhàn)。

流域污染控制單元劃分是我國編制流域水污染防治規(guī)劃的重要內(nèi)容，也是我國流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的第一步。其目的是使復(fù)雜的流域水環(huán)境問題分解到各控制單元內(nèi)，將規(guī)劃的目標(biāo)和任務(wù)逐級細(xì)化，并突出重點，從而實現(xiàn)整個流域的水環(huán)境質(zhì)量改善。

流域污染控制單元是影響受損水體的污染源空間范圍，為流域水質(zhì)目標(biāo)管理或TMDL(Total Maximum Daily Loads)實施的基本單元，其中TMDL是指在滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的條件下水體能夠接受某種污染物的最大日負(fù)荷量。進行污染控制單元劃分，實現(xiàn)從污染源到入河排污口到水體水質(zhì)之間的響應(yīng)，建立由水體到污染源的負(fù)荷消減方案，逐步改善和恢復(fù)水質(zhì)。目前，國際上做的較好的是美國，已經(jīng)建立了完整的TMDL管理體系，而我國這方面的研究才剛剛起步，特別是針對流域的面向TMDL管理的污染控制單元劃分方案。針對湖域特征和水質(zhì)目標(biāo)管理的要求，探討流域污染控制單元劃分技術(shù)，并選擇兼有平原和丘陵山區(qū)的典型流域進行案例研究，以便為流域水質(zhì)目標(biāo)管理提供支撐。因此，科學(xué)劃定流域污染控制單元，對于制定和落實流域水污染防治規(guī)劃的目標(biāo)和任務(wù)具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種流域污染控制單元的劃分方法，適用于陸域河流、湖泊、沼澤、塘庫等地表水體，在全面考慮流域自然地理、地貌、水文、行政區(qū)以及相關(guān)區(qū)劃方案的基礎(chǔ)上，以有利于污染控制單元劃分為目的，將流域劃分為一系列相對同質(zhì)、均勻的單元，為編制流域水污染防治規(guī)劃和制定流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系提供基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種流域污染控制單元的劃分方法，其特征在于，基于污染控制單元劃分的目的與原則，進行流域基礎(chǔ)調(diào)查評價；根據(jù)實地水文調(diào)查，咨詢當(dāng)?shù)氐乃膶＜?，利用GIS技術(shù)對流域數(shù)字高程模型(DEM)進行數(shù)字地形分析，得到流域的模擬河網(wǎng)和流域匯水圖，從而概化流域水系，劃分集水區(qū)；識別流域內(nèi)特征污染物，計算污染物的排放量，根據(jù)污染源類型和影響范圍，對污染控制單元的最基本單元-集水區(qū)進行合并，確定初步流域污染控制單元；根據(jù)行政邊界調(diào)整流域污染控制單元，最終確定流域污染控制單元，生成流域污染控制單元圖。

所述的流域污染控制單元的劃分方法，主要通過以下幾個步驟來實現(xiàn)：

(1)明確劃分目的與原則

流域污染控制單元劃分的目的是，綜合水文單元完整性、行政單元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于水生態(tài)功能水質(zhì)水生態(tài)質(zhì)量要求的污染控制單元劃分技術(shù)方法，為滿足水生態(tài)功能分區(qū)保護目標(biāo)下的水質(zhì)目標(biāo)管理，提供技術(shù)支持，以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

流域污染控制單元劃分的原則：根據(jù)流域水生態(tài)功能的要求，同時考慮行政區(qū)劃、流域特征和污染源分布特點等，將污染源所在區(qū)域與受納水域劃分為若干水污染控制單元。

(2)進行流域基礎(chǔ)調(diào)查評價

主要包括流域自然社會經(jīng)濟狀況調(diào)查、流域污染源調(diào)查和評價以及流域水質(zhì)監(jiān)測和評價。

(3)識別流域特征污染物

根據(jù)歷史調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測，識別確定流域特征污染物。所述的特征污染物至少包括COD和氨氮，還可以包括總磷、總氮等。

(4)概化流域水系，劃分集水區(qū)

利用GIS技術(shù)對流域數(shù)字高程模型(DEM)進行數(shù)字地形分析，得到流域的模擬河網(wǎng)和流域匯水圖，從而概化流域水系，劃分集水區(qū)；以集水區(qū)作為污染控制單元的最基本單元。

劃分集水區(qū)可根據(jù)實地水文調(diào)查，并咨詢當(dāng)?shù)氐乃膶＜业囊庖娺M行調(diào)整。

(5)合并集水區(qū)，形成初步污染控制單元

根據(jù)污染源排放量調(diào)查數(shù)據(jù)，計算污染物的排放量，并對各集水區(qū)進行賦值；根據(jù)污染源類型和影響范圍，對污染控制單元的最基本單元-集水區(qū)進行合并。

集水區(qū)某種污染物排放量計算公式：

式中S為集水區(qū)內(nèi)某種污染物排放量；xi為該集水區(qū)內(nèi)第i種污染源的某種污染物排放量；n為該集水區(qū)內(nèi)污染源的總數(shù)。

對污染控制單元的合并包括以下三種方式之一：

A、對于相鄰的污染控制單元(集水區(qū))，如果污染源類型相同，則可以把它們合并成一個較大污染控制單元。

B、對于集水區(qū)面積大的區(qū)域，如果污染源影響范圍較小，則可以把影響區(qū)域作為污染控制單元。

C、同一行政區(qū)內(nèi)污染源影響范圍超過兩個或多個集水區(qū)，則可以把它們合并成一個污染控制單元。

(6)調(diào)整初步污染物控制單元，確定污染控制單元邊界，生成最終流域污染控制單元圖

根據(jù)行政邊界調(diào)整污染控制單元，并綜合當(dāng)?shù)卣?、有關(guān)部門和專家意見，考慮與其他規(guī)劃的協(xié)調(diào)性和可操作性，最終確定污染控制單元邊界，生成流域污染控制單元圖。

有益效果：本發(fā)明的流域污染控制單元的劃分方法，能夠根據(jù)流域水生態(tài)功能的要求，同時考慮行政區(qū)劃、流域特征和污染源分布特點等，將污染源所在區(qū)域與受納水域劃分為若干水污染控制單元。本發(fā)明方法在綜合水文單元完整性、行政單元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于水生態(tài)功能水質(zhì)水生態(tài)質(zhì)量要求的污染控制單元劃分技術(shù)方法，為滿足水生態(tài)功能分區(qū)保護目標(biāo)下的水質(zhì)目標(biāo)管理，提供技術(shù)支持，以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

附圖說明

圖1本發(fā)明的流域污染控制單元的劃分方法的流程示意圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明方法形成的太湖流域水質(zhì)目標(biāo)管理污染控制單元圖。

具體實施方式

以太湖流域為例，結(jié)合附圖1和附圖2對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

根據(jù)本發(fā)明的流域污染控制單元的劃分方法，其流程如附圖1所示，包括如下步驟：

(1)明確流域污染控制單元劃分目的與原則

流域污染控制單元劃分的目的：綜合水文單元完整性、行政單元完整性以及流域污染控制可操作性等因素基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于水生態(tài)功能水質(zhì)水生態(tài)質(zhì)量要求的污染控制單元劃分技術(shù)方法，為滿足水生態(tài)功能分區(qū)保護目標(biāo)下的水質(zhì)目標(biāo)管理，提供技術(shù)支持，以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

流域污染控制單元劃分的原則：根據(jù)流域水生態(tài)功能的要求，同時考慮行政區(qū)劃、流域特征和污染源分布特點等，將污染源所在區(qū)域與受納水域劃分為若干水污染控制單元。

流域污染控制單元的劃分，受以下原則的約束：

(i)可持續(xù)發(fā)展原則：

水污染控制單元劃分應(yīng)與區(qū)域水資源開發(fā)利用規(guī)劃及社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合，保障水體健康和保護水生態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能，促進社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(ii)保護飲用水水源地原則

對含有飲用水水源地的污染控制單元要更加重視，優(yōu)先治理和管理。

(iii)污染控制單元完整性原則

水污染控制單元在空間上具有連續(xù)性和完整性。

(iv)管理可操作性原則

劃分工作考慮行政邊界，依據(jù)行政邊界調(diào)整污染控制單元。

(v)數(shù)據(jù)可得性原則

人口等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和污染源數(shù)據(jù)等通常只能從鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級得到；水質(zhì)監(jiān)測的指標(biāo)選擇易測得的指標(biāo)。

(2)進行流域基礎(chǔ)調(diào)查評價

根據(jù)流域污染控制單元劃分目的與原則，對流域以下幾方面進行基礎(chǔ)調(diào)查評價：

I、流域自然社會經(jīng)濟狀況調(diào)查：了解太湖流域整體情況，包括自然、經(jīng)濟和社會狀況。獲取所需的資料，主要包括太湖流域空間地形資料、土地利用資料、土壤資料、水文資料、水質(zhì)監(jiān)測資料、氣象資料和歷年社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料等。

II、流域污染源調(diào)查和評價：通過獲取的資料、報告以及野外調(diào)查確認(rèn)污染源類型(點源、非點源、自然背景)、數(shù)量、排污量和空間位置和對水體的影響程度。對污染源進行評估，為污染排放負(fù)荷的計算提供依據(jù)。污染源調(diào)查和評價，根據(jù)流域尺度確定調(diào)查精度，分別為市、縣(鎮(zhèn))、鄉(xiāng)。

與本發(fā)明的流域污染控制單元劃分相關(guān)，污染源調(diào)查和評價的內(nèi)容、方法或數(shù)據(jù)來源主要包括：

1、工業(yè)污染源

工業(yè)污染源主要參數(shù)及基本情況來源于企業(yè)申報、環(huán)境統(tǒng)計和實地監(jiān)測，可根據(jù)實際情況進行適當(dāng)修正。

2、城市生活污染源

在《城市生活污染源調(diào)查表》中，獲得各區(qū)、縣非農(nóng)業(yè)人口數(shù)和調(diào)查了解全市非農(nóng)業(yè)人口的廢水排放情況，以及全社會非生產(chǎn)用水總量情況，確定城市污染源排放情況。

人均綜合用水量：即全社會非生產(chǎn)用水總量與非農(nóng)業(yè)人口之比。在這里的非農(nóng)業(yè)人口指生活污水排入城市生活下水管網(wǎng)的人群數(shù)量。

人均綜合排水量：根據(jù)城市周邊河流分布情況、城市下水管網(wǎng)分布情況和《環(huán)境統(tǒng)計手冊》所提供的排水系數(shù)(65％)，確定人均排水量，即人均綜合排水量＝0.65×人均綜合用水量。

通過全市典型生活污水排污口實測得來生活污水平均濃度(COD、氨氮的城市平均排放濃度、鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均排放濃度)。《城市生活污染物排放量表》中生活污染物排放量為：生活污水排放平均濃度×人均綜合排水量×非農(nóng)業(yè)人口數(shù)。

人均每日生活污染物排放量：城市生活污染物排放量÷城市非農(nóng)業(yè)人口數(shù)÷天數(shù)。根據(jù)《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》中提供的人均每日生活排污系數(shù)為COD 60-100g/人.日，氨氮為4-8g/人·日?？蓳?jù)此進行校正。

3、農(nóng)業(yè)生活污染源

農(nóng)村除農(nóng)業(yè)灌溉用水之外，所有用水量為綜合用水量，農(nóng)村人均用水量＝綜合用水量÷農(nóng)業(yè)人口數(shù)。人均廢水排放量＝人均綜合用水量×排水系數(shù)(排水系數(shù)為0.65)

從各縣區(qū)上報的調(diào)查表中得知各縣區(qū)畜禽養(yǎng)殖量，并將所有畜禽換算為豬，換算關(guān)系如下：30只蛋雞折合為1頭豬，60只肉雞折合為1頭豬，3只羊折合為1頭豬，5頭豬折合為1頭牛?！掇r(nóng)村生活污染物排放量表》中，農(nóng)村生活污染物排放系數(shù)如下：人COD產(chǎn)生量40g/天、氨氮4g/天；豬產(chǎn)生污染物量為COD50g/天、氨氮10g/天。

農(nóng)村人均綜合用水量為90升/人.年，在人均用水標(biāo)準(zhǔn)80-160升/人.年之內(nèi)。

4、農(nóng)田徑流污染源調(diào)查

《農(nóng)田基本情況表》中的農(nóng)田面積、土地坡度、農(nóng)作物類型、土壤類型、化肥施用量、年降水量通過各縣區(qū)的上報資料獲得。

標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是指平原、種植作物為小麥、土壤類型為壤土、化肥施用量為25-35公斤/畝.年，降雨量在400-800mm范圍內(nèi)的農(nóng)田。標(biāo)準(zhǔn)源強系數(shù)為COD10kg/畝.年，氨氮2kg/畝.年。

根據(jù)農(nóng)田情況對源強系數(shù)修正，依據(jù)為：

坡度修正：土地坡度在25°以下，流失系數(shù)為1.1；25°以上，流失系數(shù)為1.3。

土壤類型修正：根據(jù)土壤類型查得修正系數(shù)。

化肥施用量修正：化肥畝施用量在25公斤以下，修正系數(shù)為0.8；在25-35之間修正系數(shù)為1.0；在35公斤以上，修正系數(shù)為1.5。

降雨量修正：根據(jù)降雨量查得修正系數(shù)。

源強系數(shù)是各修正系數(shù)的乘積。

5、禽畜養(yǎng)殖污染源調(diào)查與計算

在《畜禽養(yǎng)殖污染物調(diào)查表》中“養(yǎng)殖數(shù)量”欄，將各種畜禽數(shù)量都折合為豬的數(shù)量。

畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量：按照經(jīng)驗系數(shù)核定，豬：COD50g/頭.天，氨氮10g/頭.天計算。

6、城市徑流污染源調(diào)查與計算

標(biāo)準(zhǔn)城市是指地處平原地帶，城市非農(nóng)業(yè)人口在100萬-200萬之間，建成區(qū)面積在100平方公里左右，年降水量在400-800mm之間，城市雨水收集管網(wǎng)普及率在50-70％之間的城市。根據(jù)城市徑流的幾個因素進行系數(shù)修正。

地形修正系數(shù)：2.5。

人口修正系數(shù)：100萬人以下取人口修正系數(shù)為0.3。

面積修正系數(shù)：市轄區(qū)面積在75-150平方公里，修正系數(shù)為1。其它地區(qū)都在75平方公里以下，修正系數(shù)為0.5。

降雨修正系數(shù)：降雨量為400-800mm，故降雨系數(shù)為1。

管網(wǎng)系數(shù)修正：根據(jù)管網(wǎng)覆蓋率查得管網(wǎng)系數(shù)。

7、礦山污染源調(diào)查與計算

礦山徑流所帶入河道中的主要污染物為重金屬，COD、氨氮排放量可視為零。

8、城市污水處理設(shè)施建設(shè)情況

城市污水處理設(shè)施主要參數(shù)及基本情況來源于企業(yè)申報、環(huán)境統(tǒng)計和實地監(jiān)測，可根據(jù)實際情況進行適當(dāng)修正。

III、流域水質(zhì)監(jiān)測和評價

設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點位，具體方法如下：對匯水單元中的河流分別在其流入該匯水區(qū)及流出時設(shè)立兩個點位，依據(jù)污染源的調(diào)查結(jié)果，針對污染源多且集中的地方在河流上方和下方各設(shè)立點位監(jiān)測。最終，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測資料，按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)對水質(zhì)現(xiàn)狀進行評價，部分特殊指標(biāo)應(yīng)參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行評價。采樣點選取的時間具有代表性。豐水期、枯水期各一次。

(3)識別流域特征污染物

根據(jù)歷史調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測，識別并確定流域特征污染物。國內(nèi)流域的共性污染物為COD，此外，污染控制單元劃分后需進行TMDL計劃，計算水體納污能力，目前中國對一般性河流水體納污能力計算通常采用傳統(tǒng)的一維模型，而且研究主要以COD和氨氮為主控因子；對于富營養(yǎng)化的水體，可選總磷、總氮為輔助指標(biāo)。

(4)概化水系，劃分集水區(qū)

利用數(shù)字高程模型(DEM)概化區(qū)域水系，劃分集水區(qū)。基于數(shù)據(jù)可得性和管理可操作性，劃分污染控制單元不應(yīng)小于鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，依據(jù)由下向上路線，作為污染控制單元的最次級單元，集水區(qū)大小應(yīng)小于或相當(dāng)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)大小。

把污染源在行政區(qū)劃和集水區(qū)兩個層面上進行匯總、評價和分析。利用GIS空間分析中的疊加分析(Overlay)功能，可以確定集水區(qū)相對應(yīng)的行政單元。

(5)合并集水區(qū)，形成初步流域污染控制單元

污染控制單元劃分從小到大，可適當(dāng)合并；根據(jù)污染源排放量調(diào)查數(shù)據(jù)，計算污染物的排放量，對各集水區(qū)進行賦值。對于相鄰的污染控制單元，如果污染源類型相同，則可以把它們合并成一個較大污染控制單元。

對于集水區(qū)面積大的區(qū)域，如果污染源影響范圍較小，則可以僅把影響區(qū)域作為控制單元，而不必把集水區(qū)設(shè)為污染控制單元。

同一行政區(qū)(分縣或分鎮(zhèn))內(nèi)污染源影響范圍超過兩個或多個集水區(qū)，則可以把它們合并成一個污染控制單元。

集水區(qū)某種污染物排放量計算公式：

式中S為集水區(qū)內(nèi)某種污染物排放量；xi為該集水區(qū)內(nèi)第i種污染源的某種污染物排放量；n為該集水區(qū)內(nèi)污染源的總數(shù)。

(6)調(diào)整初步污染物控制單元，生成最終流域污染控制單元圖

根據(jù)行政邊界調(diào)整污染控制單元，綜合當(dāng)?shù)卣⒂嘘P(guān)部門和專家意見，考慮與其他規(guī)劃的協(xié)調(diào)性和可操作性，最終確定污染控制單元邊界，生成流域污染控制單元圖?？梢愿鶕?jù)不同類型污染源劃分不同類型的污染控制單元(如農(nóng)村面源、農(nóng)田面源、工業(yè)源、城鎮(zhèn)點源、綜合源等)。

對于地勢平坦的區(qū)域，可以直接基于行政區(qū)域劃分污染控制單元。基于不同尺度范圍，根據(jù)分級管理原則，污染控制單元可以劃分不同等級。

對于污染控制單元劃分工作需統(tǒng)一規(guī)范、分級控制。制定統(tǒng)一的工作程序，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源、統(tǒng)一操作平臺、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等。在每個控制單元內(nèi)，污染物排放清單應(yīng)齊全，水域水質(zhì)控制斷面應(yīng)有常規(guī)監(jiān)測資料。