[发明专利]一种基于虚拟联系的平原河网面源污染水质响应计算方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟联系的平原河网面源污染水质响应计算方法，该方法根据平原河网下垫面特征，采用在计算区域与河道间设置“虚拟联系”的方法，分别建立圩区和非圩区的污染物质量平衡方程以及“虚拟联系”过流方程，联立求解得到面源污染随降雨径流的汇集过程。对于圩区面源污染的汇流过程，需要考虑“虚拟联系”在不同水情条件下的调度原则，对于非圩区，“虚拟联系”始终敞开。本发明实现了平原河网区面源污染物向河道汇集过程的计算，提高了该地区面源污染物从源头发生‑河网迁移过程的模拟精度。该方法解决了现有面源污染模型无法模拟平原河网区降雨产污汇流的问题，易于在具有同类水系特征地区的降雨产污水质响应计算中推广应用。

技术领域

本发明属于环境领域，尤其涉及一种基于虚拟联系的平原河网面源污染水质响应计算方法。

背景技术

在发达国家，随着工业和生活污染源等点污染源的有效控制，面源污染己成为水体污染的主要因素。近年来，随着我国对水环境治理力度逐渐加强，点源污染基本得到了有效控制，面源污染对水环境的影响逐渐凸现出来。面源加剧了各类水体的污染，加速了湖泊的富营养化。平原河网地区河道纵横交错、池塘星罗棋布、水体交换频繁，河网水质对随降雨径流迁移的面源污染响应也更为显著和敏感。因此，预测降雨产污过程对河网水质的影响，对于评估不同土地利用方式和管理措施的水环境响应具有重要意义。

为了预测降雨产污对河网水质的影响，需要确定污染负荷向河道的汇流过程，该过程从空间上又可分为坡面汇流和河道汇流两个阶段。在降雨产污模型中，坡面汇流通常采用假设汇流单位线的方法，河道汇流通常采用马斯京根法。但是马斯京根法主要适用于流域上游山丘区，在流域下游，特别是平原河网区，受上游来流和下游潮位顶托的联合作用，马斯京根法的前提条件不成立。加之平原河网区的河道密度高，采用求解动力学方程计算全部河道汇流过程的方法也不现实。此外，平原河网区地势较低，容易遭受洪涝灾害侵袭，为了保护人民生命财产安全，建设了大量的圩堤、闸、泵等工程，将堤坝内的土地与外部河道隔离开，形成圩区，利用闸、泵对圩区水量进行调控，圩区内面源污染入河过程与非圩区存在显著差异。因此，平原河网区降雨产污汇集过程计算需要考虑下垫面特征的差异，然而现有面源污染模型无法模拟平原河网区降雨产污汇集过程。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于虚拟联系的平原河网面源污染水质响应计算方法。通过提出描述平原河网区面源污染物向河道迁移过程的“虚拟联系”法，实现圩区和非圩区面源污染物向周边河道的汇集过程计算，进而解决随降雨径流迁移的面源污染物对平原河网水质影响的计算问题。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于虚拟联系的平原河网面源污染水质响应计算方法，其步骤为：

(1)绘制河网多边形结构图；

(2)在河网多边形内引入“虚拟联系”，建立圩区和非圩区的“虚拟联系”；

(3)根据质量守恒定律，分别建立圩区和非圩区的污染物质量平衡方程；

(4)计算圩区和非圩区面源污染出流过程；

(5)计算圩区和非圩区面源汇流过程；

(6)计算平原河网降雨产污水质响应。

其中，在步骤(1)中，绘制河网多边形结构图方法如下：根据计算区域的水系图，对河网进行概化处理，绘制河网多边形结构图。

其中，在步骤(2)中，在河网多边形内引入“虚拟联系”，建立圩区和非圩区的“虚拟联系”方法如下：对于圩区，“虚拟联系”相当于带有闸门和泵站的宽顶堰；对于非圩区，“虚拟联系”仅相当于宽顶堰，堰的宽度等于与河道相连的所有支浜、沟渠宽度之和；对于每个河网多边形，“虚拟联系”的数量等于构成河网多边形的河道数量。

其中，在步骤(3)中，建立圩区和非圩区的污染物质量平衡方程如下：