平原季节性河流水质与污染物输入响应模拟技术,供应,水专项,海河流域,徒骇河、马颊河流域水污染防治与水质改善技术集成
技术简介/摘要
一、技术简介
徒骇河、马颊河流域属于北方典型平原河流,径流量季节变化明显,大部时间水流平缓或者断流,河流狭窄,河流水质变化在城市段主要受工业源和生活源的影响,在农村河段主要受农业面源和农村生活面源的影响,输入到河流的污染物随河水稀释、扩散、降解。徒骇河、马颊河干流断面水质受点源、面源、稀释、扩散降解等因素的影响。本技术利用流域模拟和河流模拟相结合的方法;利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)流域模型为河流模型提供入河流量和面源污染入河量;利用河流水质模型模拟徒骇河、马颊河水质变化。通过该套技术得到了徒骇河、马颊河河流断面水质与流域面源、点源的污染物输入的响应关系,为制定河流水污染控制策略提供技术支撑。
二、模拟过程(工艺流程)
1、将实测河道断面高程数据和卫星高程数据进行融合,得到包含河流高程的流域DEM(数字高程),为流域模型和河流模型提供水深地形条件;
2、利用SWAT模型模拟徒骇河和马颊河流域的水文过程和面源污染过程,模拟结果为河流模型提供河流径流和入河污染物量;
3、通过流域水资源和污染物时空分析为模型准备边界输入条件;
4、以丹麦水动力学软件Mike模型模拟河道水流和污染物的输运,得到徒骇河、马颊河河道内水质-水量的时空分布,并利用河道断面监测数据对模型进行验证;
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、利用验证的模型分析控制断面的水质与污染物输入的响应关系。为制定区域污染控制策略提供支持。
三、技术创新点及主要技术经济指标
1、建立了徒骇河-马颊河流域地理信息数据库
为方便流域和河流建模,本技术通过实际调查结合模型数据、卫星遥感数据及统计年鉴数据建立了徒骇河-马颊河流域地理信息数据库,包括流域数字高程、土地、土壤类型、水质、水量现状、流域气象、农业生产、流域面源污染等;利用“原位观测”方法得到了COD、氨氮综合降解系数。
2、基于GIS实现了平原型狭窄河道内断面高程自动插值处理
为获得计算网格上河道水深地形数据,本技术基于GIS编写了断面水面水深自动插值程序,系统可自动为河道内网格点进行插值,解决了一般插值程序不能处理狭窄河道高程插值的难点。
3、实现了徒骇河、马颊河流域分布式水文模型-河流水质模型耦合模拟
分布式水文模型优势在于流域模拟,但难以模拟季节性平原河流水质和水量的动态变化过程。本技术构建流域—河流耦合模型,由流域模拟数据和综合调查数据提供河流模型的输入条件,建立了徒骇河-马颊河流域的水质-水量模型。
通过本技术的实施,可以达到如下河流水质模型的模拟功能:
(1)可实现基于GIS的狭窄河道断面高程自动插值处理,为河流建模提供河流的水深地形数据;
(2)通过流域模拟和河流模拟的耦合技术,方便地获得河流流量和面源污染负荷入河量;
(3)诊断徒骇河、马颊河断面水质与污染物输入的响应关系;
实践中的研究结果显示,本技术应用效果实现了本技术的目的,收到了理想的效果。
四、技术来源及知识产权概况
该技术为适应性改进技术和技术集成,获计算机软件著作权一项《基于GIS流域与河流耦合模拟的数据处理软件V1.0》。
推广应用案例
应用内容:《德州市中心城区水生态环境保护总体规划》多种规划方案下的水质达标分析。
德州市小流域的河流主要有减河和岔河,河宽100m左右,河床为岩板或砂砾石构成,床面平整,断面规整,水流通畅。以2012年为基准年,2020为规划年,分别对方案1:不回用也不经过湿地处理;方案2:不回用但经过湿地进行处理;方案3:回用后并经过湿地处理,三种方案进行了水质达标分析。采用了本技术建立的流域-河流耦合模型。
规划2020年,方案1,岔河COD和氨氮超过Ⅴ类水质标准,减河在高铁西区和东区入河口河段超Ⅴ水质标准,其他河段满足Ⅴ水质标准;方案2,岔河后董村和田龙庄断面COD和氨氮超Ⅳ类,满足Ⅴ水质标准,减河COD和氨氮满足Ⅴ类水质标准;方案3,岔河的各断面COD和氨氮满足Ⅴ水质标准,接近Ⅳ类水质标准,减河COD和氨氮满足Ⅳ类水质标准,接近Ⅲ类水质标准。河流模型结果为德州市中心城区水生态环境保护总体规划提出合理的污染控制措施提供了参考。
工艺流程图: