[发明专利]一种湖库灰水足迹评估方法及其应用

说明书

本发明属于水环境保护领域，具体涉及一种湖库灰水足迹评估方法及其应用。本发明充分考虑了污染物在湖库中的混合与衰减效应，基于零维水质模型的湖库稳态反应，定量化了污水排放产生的湖库灰水足迹；本发明提出了一种新的灰水足迹的评估方法：能够反映具体污染源对特定湖库的水环境影响程度，使得小尺度湖库单元排污产生的灰水足迹的评估结果更加可靠。

技术领域

本发明属于水环境保护领域，具体涉及一种湖库灰水足迹评估方法及其应用。

背景技术

灰水足迹(GWF,Gray Water Footprint)是与水污染有关的指标，表征经济社会排污过程对河湖等水体的环境影响。灰水足迹一般被定义为以自然本底浓度和现有的环境水质标准为基准，将一定污染负荷稀释至满足特定环境水质标准所需淡水的体积。因而，灰水足迹评估可定量化评价污水排放引起的自然水体纳污能力的消耗，即对水环境的压力效应。水足迹评估将污水排放对水体的影响量化为水量，能较直观的反映水污染对水资源水环境的胁迫程度。依据国家水足迹网络出版的《水足迹评估手册》(The Water FootprintAssessment Manual)，水污染的程度和规模可以通过稀释污染物至无害所需的新鲜水量来反映，具体评估公式如下：式中，GWF为灰水足迹(m³年)；Load为排污量(kg/年)；ρ_s为污染物的水质标准浓度(kg/m³)；ρ_n为受纳水体的自然本底水质浓度(kg/m³)。然而，该灰水足迹评估方法主要针对大尺度流域/区域，如全球、国家、省市、大尺度流域层面，使得灰水足迹的评价结果仅停留在宏观层面，无法有效量化如特定湖库等小尺度空间单元内污水排放的灰水足迹；而且该评估方法将灰水足迹表征为将污染物稀释至水质标准允许下的最大浓度时所需的淡水水量，与实际情况有较大出入，无法有效指导具体区域水环境保护工作落实。因此，许多学者针对实际情况对灰水足迹的评估方法进行了改进，如王丹阳等(王丹阳,李景保,叶亚亚,谭芬芳.一种改进的灰水足迹计算方法[J].自然资源学报,2015,30(12):2120-2130.)将污染物分解到不同水体，计算各水体的灰水足迹，再求和得到总灰水足迹，能够使计算结果更加准确，并反映不同水体的污染情况。现有技术中虽然针对不同实际情况对传统的灰水足迹计算公式进行了改进，但是目前并没有将污染物与水体不断混合并反应降解的过程纳入考虑。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的灰水足迹评估中没有考虑污染物在水体中充分混合与反应降解过程的缺陷，从而提供一种湖库灰水足迹评估方法及其应用。

为此，本发明的技术方案如下：

一种湖库灰水足迹评估方法，包括以下步骤：

(1)构建待评估湖库零维水质模型：

式中，V为湖库中水的体积，m³；Q为平衡时流入与流出湖库的流量，m³/a；Ce为流入湖库的水量中水质组分浓度，g/m³；C为湖库中水质组分浓度，g/m³；γ(c)为水质组分在湖库中的反应速率。

(2)计算水质组分在湖库中的反应速率γ(c)：

反应符合一级反应动力学衰减反应时：γ(c)＝-365kC，式中，k是一级反应速率常数，即污染物一级反应衰减系数，1/d。

(3)当待评估湖库处于稳态时，零维水质模型为：

令C＝C_L；

则QC_e-QC_L-365kC_LV＝0

式中，C_L为当湖库水质浓度处于稳定状态时的污染物浓度，g/m³。