[发明专利]一种水库流域尺度面源有机碳负荷的快速估算方法

说明书

本发明公开了一种水库流域尺度面源有机碳负荷的估算方法，针对现有水电站水库流域缺少面源有机碳负荷观测资料的情况，利用观测的径流中有机碳和TN、TP之间的数学关联，提供一个有机碳面源污染输出系数法模型，从而快速估算流域尺度有机碳面源负荷。该估算方法针对流域尺度现有面源污染负荷估算只针对TN和TP而缺少针对有机碳流失入河入库的情况，本发明选择通过先估算TN和TP负荷，然后分别根据径流水质中有机碳与TN和TP的数学关系，将TN和TP负荷分别代入对应构建的数学模型，分别得到基于TN的有机碳负荷量和基于TP的有机碳负荷量，分别赋予二者不同的权重，得到流域尺度有机碳面源污染负荷量。

技术领域

本发明涉及水库的碳源计算领域，具体涉及一种水库流域尺度面源有机碳负荷的估算方法。

背景技术

目前，面源污染的研究对象主要还是针对TN和TP两个指标，大量的地面观测和面源污染模型也都是针对TN、TP等指标。在面源污染负荷模型计算中，基于长时间序列研究区土地利用方式和地面水质、面源污染负荷观测结果而构建的输出系数法模型是一种简便的集总式面源污染负荷估算方法，与机理模型所需参数众多不同，在缺失大量观测数据的区域，可以通过借鉴类似流域或相近区域面源污染的输出系数，快速计算得到流域尺度面源污染负荷量。

与传统的研究面源污染-水质响应关系不同，面源污染形式迁移转换的有机碳流失是流域尺度甚至区域尺度碳循环的重要组成部分，尤其对于水电站修建形成的水库，估算面源有机碳入库量是水电站形成的新水库碳“源”、“汇”属性评估的重要过程，也是评判水电能源绿色属性的重要一环，但由于水体水质标准中没有有机碳等指标，有机碳也不是水体富营养化的标准，以往的研究中，以有机碳为研究对象的流域尺度面源负荷几乎没有。因此，如何通过借鉴流域范围内研究相对较多的TN、TP负荷估算方法，尤其是可以快速估算流域尺度负荷的输出系数法模型，运用到流域尺度面源有机碳负荷估算中，是本发明的主要目标。

现有的流域尺度面源有机碳负荷量估算方法很少，传统的流域尺度有机碳估算主要是通过水土流失通用方程或在此基础上拓展的其它水土流失模型开展运算，水土流失过程和面源污染过程虽然都是随着降雨产生地表径流而发生，但水土流失过程主要关注于颗粒态物质的运移，而面源污染过程不但关注颗粒态物质运移，同样关注可溶性物质随水流的入河入库过程。

因此，在缺乏有机碳面源污染形式的研究和监测区域，利用有限的资料，快速运算得到流域尺度有机碳入河入库量意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水库流域尺度面源有机碳负荷的快速估算方法，针对现有水电站水库流域缺少面源有机碳负荷观测资料的情况，利用观测的径流中有机碳和TN、TP之间的数学关联，提供一个有机碳面源污染输出系数法模型，从而快速估算流域尺度有机碳面源负荷。

为达到上述目的，本发明的技术方案一种水库流域尺度面源有机碳负荷的估算方法，包括如下步骤：

步骤(1)选定感兴趣的水库流域边界文件为研究区域，提取研究区域的土地利用方式数据，收集研究区域面源污染输出系数法里的牲畜数据，收集研究区域地表径流以及降水的水质数据，包括总氮、总磷和有机碳浓度，收集研究区域降水量数据。

步骤(2)研究区域的面源污染总氮TN、总磷TP负荷估算，具体采用如下方式：

通过面源污染输出系数法模型运算得到流域尺度总氮TN、总磷TP负荷，面源污染输出系数法中面源污染负荷包括三个部分，第一部分来自遍历步骤(1)中不同土地利用方式单元产生的面源污染负荷，第二部分来自遍历步骤(1)中畜牧数据的畜禽排泄量产生的面源污染负荷，第三部分来自降水本身产生的面源污染负荷。

步骤(3)有机碳TOC与总氮TN、总磷TP数据关联：遍历步骤(1)中的地表径流的水质观测数据，基于单变量回归分析，分别得到水质有机碳TOC和总氮TN、总磷TP的数学关系。