一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法与流程
本发明涉及城市流域黑臭治理领域，具体为一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法。
背景技术：
随着社会发展和人民生活水平不断提高，人民群众对干净的水、清新的空气、安全的食品、优美的环境等的要求越来越高，生态环境在群众生活幸福指数中的地位不断凸显，环境问题日益成为重要的民生问题。环境治理是一个系统工程，必须作为重大民生实事紧紧抓在手上。
城市流域黑臭水体的治理具有系统性、复杂性和持续性，包括防洪排涝、截污治理、生态修复等多项子工程。目前，污染水体的修复技术主要是以某项子工程为基础的环境治理，无法产出长期稳定的整体流域治理效果，各专业配合不利难以保证各单项技术的运行效果，也无法实现系统的长期稳定，并且我国黑臭河体水环境治理的综合技术体系尚未形成，各项技术的集成能力较弱，治理方案缺乏科学性、系统性。
因此，我国流域水环境治理陷入“反复治理、反复污染”的僵局。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法，要解决现有技术黑臭水体消除方法不稳定的技术问题；并解决现有技术运行成本高、治理效果差的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法，其特征在于：包括以下步骤；
s1、了解流域水质基础现状：对流域范围内水文地质调查、污染源普查、气象资料调查、水质水量测量、社会经济状况调查和人口调查，以摸清流域水质基础现状；
s2、确定流域主要污染物控制标准值：在确定流域主要污染物前提下，采用统计学方法计算流域主要污染物控制标准值或以劣五类黑臭水体指标值作为主要污染物控制标准值；
s3、建立水质、水动力模型：以步骤s2得到的流域主要污染物控制标准值作为治理目标，基于mike21、swmm或swat模型算法建立水质、水动力模型，在建立模型过程中流域控制单元划分采取便于模拟计算的四边形或三角形；
s4、验证水质、水动力模型：通过对实际监测点进行取样获取实际参数，验证水质、水动力模型，若水质、水动力模型参数与实际监测点参数偏差大于10％，则通过重复步骤s3对模型进行参数调整，直至所建立水质、水动力模型参数与实际监测点参数偏差不大于10％；
s5、得到主要污染物控制总量：根据步骤s4验证后的水质、水动力模型，结合线性规划法，计算得到主要污染物控制总量；
s6、得出各排污口污染物拟定消减总量：将主要污染物控制总量加权分配至各排污口，将各排污口实际监测污染物量扣减分配后的污染物控制总量，得出各排污口污染物拟定消减总量；
s7、采取措施对流域进行污染物总量消减：采用控源截污、内源治理、生态修复和活水保质的措施对排污口及流域进行污染物总量消减；
s8、对消减后的排污口及流域水质进行检测：对排污口及流域水质进行检测，检测实测水质主要污染物参数是否达到步骤s2中主要污染物控制标准值，未达到则重复步骤s7直至达到步骤s2中主要污染物控制标准值，即表明成功消除黑臭水体。
进一步优选地，所述步骤s2中采用统计学方法计算流域主要污染物控制标准值主要采用以下计算方式：
s21：收集河流水质控制点历史数据，并将数据进行分组统计；
s22：确定步骤s21得出的数据组个数，假设n个样本容量确定分成k个组数，其计算公式为：
k＝1.87(n-1)2/5
s23：计算极差rn，其计算公式为：
rn＝max(x1，x2，…，xn)-min(x1，x2，…，xn)
s24：确定组距d，其计算公式为：d≈rn/k，d的取值为整数倍的最小测量单位。
s25：确定各组端点数值，其计算公式为ak＝ao+dk(k＝0，1，...n)，其中ao＜min{x}，an＜max{x}，ao取值为小于半个测量单位的最小值数据；
s26：统计各组频数ni，原始数据落入各个小组范围内的个数就是各组频数，记为ni；
s27：计算频率fi，其公式为fi＝ni/n；
s27：计算累计频率fi，其公式为
进一步地，所述步骤s3中采用mike21、swmm或swat模型算法，建立排污口与河流水质监测点之间的动态响应关系，之后设定满足主要污染物控制标准的最大允许排放量z为目标函数，约束方程为各水质控制点均满足主要污染物控制标准，表达式为:
目标函数
约束方程
式中：z表示整个流域的污染总量，i为水质控制点序号；j为排污口序号；aj为各个排污口流量；cj为各个排污口浓度；xij为响应系数矩阵；coi为主要污染物控制标准；cuj为排污口浓度上限值(也为主要污染物控制值)；λ为排污口浓度不得低于河流污染物浓度的λ倍，该值根据排污口流量占总入流量的比例值确定。
进一步地，所述步骤s7中控源截污包括源头截污工程、面源污染控制和河道截污工程。
进一步地，所述源头截污工程为在排口普查基础上，根据现状管渠的分布，对存在旱流污水的排口进行重点溯源式管网排查，排水明渠直接向上游排查，找出污染源，排水管道通过撬井盖及借助rtk、管线探测仪和地质雷达找出隐蔽污染源。
进一步地，所述面源污染控制为在排污单位全面普查的基础上，重点对工业开发区、城中村、农村地区直接或间接向河道排放污水及污染严重的初期雨水的单位或场所进行调查。
进一步地，所述河道截污工程包括：
晴天时所截留的旱季污水直接进入污水管网或污水处理厂处理；
降雨时所截留的旱季污水和初期雨水送入污水管网或进入污水处理厂处理，当污水处理厂来不及处理或污水管网来不及排放时进入调蓄池储存，初雨收集完成，后期雨水直接排放到自然水体；
降雨停止后污水处理厂有富余处理能力时将调蓄池中的水通过泵站返回到污水处理厂处理；
在合流制污水管渠流量较大的地方设置溢流井，而小管径的合流管道和污水管道直接接入截污干管，截流的污水通过污水主干管输送至污水处理厂。
进一步地，所述步骤s7中内源治理的主要措施为河道清淤。
此外，所述步骤s7中生态修复是在截污、活水补给措施的基础上，通过人工增氧、微生态系统构建和水生态系统修复，改善水循环、增强水体自净能力和恢复内河水生态系统。
更加优选地，所述步骤s8活水保质包括：
采取自然生态补水，在河道上游，新建蓄水工程，以提高河道基流，保障生态用水；
人工生态补水：
通过人工方式，抽取附近优质水源，置换内河水体，从而改善水环境。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明中根据城市流域黑臭河道的历史实际水生态用统计学方法计算的主要污染物控制指标，不再简单根据国家地表水劣五类水体评价标准制定水质目标，有效避免主要污染物控制标准值过于宽泛与现场实际不符的情况，同时亦可采用国家地表水劣五类水体评价标准作为依据。
本发明首先根据现有流域水质状态采用统计学方法计算流域主要污染物控制标准值或以劣五类黑臭水体指标值作为主要污染物控制标准值，以上述主要污染物控制标准值为作为治理目标，根据主要污染物控制总量加权分配至各排污口，将各排污口实际监测污染物量扣减分配后的污染物控制总量，得出各排污口污染物拟定消减总量，之后根据各排污口污染物拟定消减总量采取相对于的具体措施，对流域黑臭水体进行治理，使得水体的治理效果突出，成果良好，且处理的标的物范围较广，适应较多不同的水体，是一种基于流域生态承载力的集防洪排涝、截污治污和生态修复于一体、可长期稳定运行、运行成本低、治理效果好的生态综合修复治理方法。
附图说明
图1为本发明一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
一种基于城市流域水生态承载力的黑臭水体消除方法，其特征在于：包括以下步骤；
s1、了解流域水质基础现状：对流域范围内水文地质调查、污染源普查、气象资料调查、水质水量测量、社会经济状况调查和人口调查，以摸清流域水质基础现状；
s2、确定流域主要污染物控制标准值：在确定流域主要污染物前提下，采用统计学方法计算流域主要污染物控制标准值或以劣五类黑臭水体指标值作为主要污染物控制标准值；
采用统计学方法计算流域主要污染物控制标准值主要采用以下计算方式：
s21：收集河流水质控制点历史数据，并将数据进行分组统计；
s22：确定步骤s21得出的数据组个数，假设n个样本容量确定分成k个组数，k得取值范围为0～n，k最大值可取n，其计算公式为：
k＝1.87(n-1)2/5
s23：计算极差rn，其计算公式为：
rn＝max(x1，x2，…，xn)-min(x1，x2，…，xn)
s24：确定组距d，其计算公式为：d≈rn/k，d的取值为整数倍的最小测量单位。
s25：确定各组端点数值，其计算公式为ak＝ao+dk(k＝0，1，...n)，其中ao＜min{x}，an＜min{x}，，ao取值为小于半个测量单位的最小值数据，ao为原始端点数值，an＜max{x}意为最大的原始端点数值必须小于原始数据；
s26：统计各组频数ni，原始数据落入各个小组范围内的个数就是各组频数，记为ni；
s27：计算频率fi，其公式为fi＝ni/n；
s27：计算累计频率fi，其公式为
s3、建立水质、水动力模型：以步骤s2得到的流域主要污染物控制标准值作为治理目标，基于mike21、swmm或swat模型算法建立水质、水动力模型，在建立模型过程中流域控制单元划分采取便于模拟计算的四边形或三角形；
步骤s3中采用mike21、swmm或swat模型算法，建立排污口与河流水质监测点之间的动态响应关系，之后设定满足主要污染物控制标准的最大允许排放量z为目标函数，约束方程为各水质控制点均满足主要污染物控制标准，表达式为:
目标函数
约束方程
式中：z表示整个流域的污染总量，i为水质控制点序号；j为排污口序号；aj为各个排污口流量；cj为各个排污口浓度；xij为响应系数矩阵；coi为主要污染物控制标准；cuj为排污口浓度上限值(也为主要污染物控制值)；λ为排污口浓度不得低于河流污染物浓度的λ倍，该值根据排污口流量占总入流量的比例值确定。
s4、验证水质、水动力模型：通过对实际监测点进行取样获取实际参数，验证水质、水动力模型，若水质、水动力模型参数与实际监测点参数偏差大于10％，则通过重复步骤s3对模型进行参数调整，直至所建立水质、水动力模型参数与实际监测点参数偏差不大于10％；
s5、得到主要污染物控制总量：根据步骤s4验证后的水质、水动力模型，结合线性规划法，计算得到主要污染物控制总量；
s6、得出各排污口污染物拟定消减总量：将主要污染物控制总量加权分配至各排污口，将各排污口实际监测污染物量扣减分配后的污染物控制总量，得出各排污口污染物拟定消减总量；
s7、采取措施对流域进行污染物总量消减：采用控源截污、内源治理、生态修复和活水保质的措施对排污口及流域进行污染物总量消减；
采用控源截污、内源治理、生态修复、活水保质等工程技术措施进行污染物总量消减。
(1)、控源截污；
源头截污工程：点源污染控制，主要在排口普查基础上，根据现状管渠的分布，对存在旱流污水的排口进行重点“溯源”式管网排查，排水明渠直接向上游排查，找出污染源；排水管道通过撬井盖及借助rtk、管线探测仪、地质雷达等专业勘测技术找出隐蔽污染源。面源污染控制，主要在排污单位全面普查的基础上，重点对工业开发区、城中村、农村地区直接或间接向河道排放污水及污染严重的初期雨水的单位或场所进行调查。本发明污染源控制工作的重点是污水直排，管网混接漏接，垃圾任意堆放，餐饮、洗车修车行业、农贸市场排污情况，开发区内偷排漏排现象的排查。在污染源处实施源头错接改造工程，将污水截入市政排水官网。
河道截污工程：晴天时所截留的旱季污水直接进入污水管网或污水处理厂处理；降雨时所截留的旱季污水和初期雨水送入污水管网或进入污水处理厂处理，当污水处理厂来不及处理或污水管网来不及排放时进入调蓄池储存，初雨收集完成(调蓄池储水已满)，后期雨水直接排放到自然水体；降雨停止后污水处理厂有富余处理能力时将调蓄池中的水通过泵站返回到污水处理厂处理。在合流制污水管渠流量较大的地方设置溢流井，而小管径的合流管道和污水管道直接接入截污干管，截流的污水通过污水主干管输送至污水处理厂。
(2)、内源治理
污染严重河道由于受周边排污影响导致大量的外源污染进入河道，然后污染物沉积在河道底部，形成黑臭底泥。这部分底泥主要以有机污染物为主。固本发明中，内源治理具体措施为河道清淤；
(3)、生态修复
本发明中水生态修复工程是在截污、活水补给等措施的基础上，通过人工增氧、微生态系统构建、水生态系统修复等工程，改善水循环、增强水体自净能力、恢复内河水生态系统，解决水体黑臭问题；
(4)、活水保质
本发明中活水保质主要采取自然生态补水：在河道上游，新建蓄水工程，以提高河道基流，保障生态用水。或者通过其他措施提高河道补水量；人工生态补水：通过人工方式，抽取附近优质水源，置换内河水体，从而改善水环境；
s8、对消减后的排污口及流域水质进行检测：对排污口及流域水质进行检测，检测实测水质主要污染物参数是否达到步骤s2中主要污染物控制标准值，未达到则重复步骤s7直至达到步骤s2中主要污染物控制标准值，即表明成功消除黑臭水体；步骤s8活水保质包括：
采取自然生态补水，在河道上游，新建蓄水工程，以提高河道基流，保障生态用水；
人工生态补水：
通过人工方式，抽取附近优质水源，置换内河水体，从而改善水环境以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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