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多要素耦合的控制单元划分技术

多要素耦合的控制单元划分技术,供应,水专项,管理技术

多要素耦合的控制单元划分技术

技术详情
应用领域:流域汇水区域明确
技术应用形成:;
技术成熟度:推广应用;
知识产权形式:自主研发/优化集成

技术简介/摘要

 一、技术原理

        基于控制断面空间分布确定子流域划分尺度,明确陆域汇水区与水质断面的空间对应关系;通过水质管理主体和污染源分布特征,确定管理单元的划分尺度,明确污染源的产生、排放、入河特征;通过空间叠加技术,将子流域与管理单元进行拆分,得到具有子流域汇水特征和管理特征的控制区;通过空间聚类技术,将具有相同汇水特征和污染源管理特征的区域确定为水质目标管理的控制单元。
 
二、技术内容或工艺路线(如图)
 
        控制单元划分技术主要包括以下7个工作内容: 
 
        1、控制断面     确定明确水质控制断面的空间分布。

        2、子流域划分   依据数字高程模型(DEM)进行流域地表水文分析,获取包含空间拓扑信息的河网与子流域分割信息,识别出控制断面对应的子流域汇水区。

        3、管理单元空间尺度确定和划分  根据管理政策、措施实施主体的特点,确定管理单元 的空间尺度。
 
        4、子流域与管理单元叠加分析   子流域与管理单元进行空间叠加,得到具有流域产汇流特征和污染源产排特征的控制区。
 
        5、控制区聚类分析   将具有统一管理属性的控制区进行聚类,得到具有污染产排特征的水质目标管理单元。
 
        6、控制单元划分结果合理性检验和校正  对划分结果进行分析和校正,确保控制单元管理主体明确,污染控制措施科学。

三、关键技术方法

控制单元划分技术主要包括3项关键技术:划分原则、子流域识别和划分、子流域与行政区域。

1、确定划分原则

(1)等级性原则:根据流域特征的不同,控制单元可以逐级划分。

(2)优先保护高功能水体(清洁边界隔离)原则:以清洁边界为控制单元划分的边界,优先保护高功能区水质目标,实现相邻河段之间水质目标的协调,消除单元之间的边界纠纷。

(3)汇水区边界隔离原则:控制区以流域或子流域界作为控制单元之间的隔离边界,确保污染物核定方法科学。

(4)行政管理隔离原则:充分考虑到行政区边界,尽可能维持行政区完整,确保管理措施的落实和实施。原则上控制单元不跨省级行政区范围。

(5)水体类型隔离原则:将河流-湖泊、河流-水库、河流-河口的交界断面作为控制单元的边界,以便于不同类别水体水质目标管理方案的衔接。

(6)其他隔离原则:有利于简化污染源管理便于明确环境质量责任人的原则。

2、子流域识别和划分

基于数字高程模型(DEM),利用Arc/Info软件进行流域地表水文分析,获取控制断面对应的、含空间拓扑信息的子流域汇水区。

3、子流域与管理区域叠加和聚类分析

子流域与管理单元叠加,划分控制区,在此基础上进行管理特征聚类分析,获得污染核算科学、管理主体明确的控制单元。

四、技术创新点

1、解析控制单元的内涵,确定控制单元划分的原则,提出控制单元划分的技术方法和步骤,解决以往控制单元划分标准不统一,难以实施的困难。

2、综合考虑行政区污染源分布和目标水体控制断面的空间分布,在以往单纯空间尺度划分的基础上,扩展了充分考虑污染源与水质因子相互作用的功能性划分,从而确定控制单元的空间尺度和控制类型。

推广应用案例


应用单位:中国环境科学研究院
实际应用案例介绍:
以大辽河水系为例进行控制单元划分案例研究。依据控制单元划分原则和技术,得到以下划分结果。
 
        1、一级控制区
 
        按清洁边界隔离原则和分水岭隔离原则,将大辽河水系划分为3个一级控制区(图2),分别为大辽河、浑河和太子河控制单元。大辽河三岔口断面水质目标为Ⅳ类,以此作为约束,可保证浑河和太子河与大辽河交界处段Ⅴ类功能区水质目标的实现,各控制单元可独立进行容量总量计算。

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2、二级控制区 

在一级控制区基础上,综合考虑各项原则,进一步划定二级控制区。以浑河为例,在一级控制单元基础上,沿着干流进一步划分得到3个二级控制区,一为浑河大伙房水库及上游抚顺段控制区,二为浑河大伙房水库下游抚顺段控制区,三位浑河下游沈阳至鞍山段控制区。

浑河大伙房水库及上游抚顺段控制区与浑河大伙房水库下游抚顺段控制区的边界,主要考虑清洁边界隔离原则,以大伙房水库作为节点。浑河大伙房水库及上游抚顺段控制区出境Ⅱ类水质目标可满足节点下游Ⅲ类功能区水质目标。故两个控制区均可进行独立的容量总量计算,不存在纠纷问题。浑河大伙房水库下游抚顺段控制区与浑河下游沈阳至鞍山段控制区之间的边界,主要考虑清洁边界隔离原则和行政区隔离原则,该边界为抚顺市和沈阳市行政边界,交界断面的功能区水质目标均为Ⅲ类,亦不会导致跨界纠纷问题。

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3、控制单元

       在二级控制区划分的基础上,进行控制单元划分,主要考虑行政区隔离原则,既能科学估算污染源,又能切实落实水污染管理措施和政策。以浑河大伙房水库及上游抚顺段控制单元为例,进一步划分得到3个控制单元:浑河上游抚顺市清源县控制单元;浑河上游抚顺市新宾县控制单元;浑河上游抚顺市抚顺县控制单元。

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工艺流程图:

 
联系方式
  • 联系人:雷坤
  • 电话:
  • 单位:中国环境科学研究院
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