1.本技术涉及区域水环境综合管理领域，具体而言，特别涉及一种水环境容量计算与管理系统。
背景技术：2.目前，随着社会经济与环境保护技术方法的发展，我国的区域水环境管理思路已经从以往的浓度管理、总量管理进一步向区域质量过渡，单纯的断面水质浓度管理已经无法满足区域水环境综合管理的思路和要求。因此，从区域水环境容量的计算出发，研判区域水环境质量、制定水环境管控策略成为一种更为先进和贴近实际需求的方法。
3.但目前的计算方法体系还具有一定的不足：
4.1.现有的环境容量计算方法和系统都是基于以往的环境监测数据，所采用的数据具有一定的滞后性。
5.2.环境容量测算结果的是一个静态的环境容量数据，且是一个相对孤立的数值，环境容量的测算结果往往只能反映环境对象的一个瞬时状态值，对于当下的环境管理决策的实际意义不大。
6.3.由于环境容量模型的特殊性，计算的过程是单向的，无法通过反向测算来获取结果，即在明确结果的前提下，无法确定系统应用的状态。例如，在知道环境容量为某个值的前提下，无法确定应有的环境质量与水量目标，也就是系统的初始值。
7.4.环境容量的计算一般需要采用较为复杂的环境模型，在实际环境管理，尤其是在基层部门的应用，存在较高的门槛和实际应用困难。
8.5.现有的环境容量计算与调控思路中仅限于污染排放方面，对于水文、水量条件的考虑不足，限制了环境容量管控在实际区域水环境管理中的应用。
技术实现要素：9.针对现有技术中的问题，本技术提供了一种区域水环境容量计算与管理方法，主要包括以下步骤：
10.步骤s1：实时更新基础数据库构建，具体包括依据可信信源提供的在线监测数据，对所述实时更新数据库中的水质、水文和污染源数据进行更新；
11.优选的，所述可信信源包括生态环境部，和/或，水利部的公开数据网站；
12.优选的，所述实时更新基础数据库中还包括入库备查数据，所述入库备查数据是基于非在线监测数据进行统计计算后得到；进一步的，所述非在线监测数据包括污染排放数据等；
13.步骤s2：区域划分，具体包括根据区域边界和流域边界，对计算范围进行划分；
14.所述步骤s2的作用在于基于区域边界和流域边界信息，确保计算结果能够与相关生态环境标准相衔接；
15.优选的，所述相关生态环境标准是指国家、省、市及区县生态环境保护部门或流域
管理部门的标准；
16.步骤s3：模型准备，所述模型准备包括：采用q2k模型进行相关计算，所述计算所采用的方法包含如下步骤：
17.步骤s3-1：从步骤s1建立的所述基础数据库中获取水质、水文、污染源等相关计算数据；
18.步骤s3-2：对于有完整水质、水文、污染源数据，或者有完整水文监测数据的河段，采用qual2k中关系曲线法进行水力特征模拟，河段单元中流速与流量的关系、水深与流量的关系可根据leopold和maddock提出的幂指数经验关系式进行描述；
19.步骤s3-3：对于水质、水文、污染源数据缺失严重，或没有布设监测站点，或水位-流量、流速-流量关系拟合结果较差的河段采用曼宁公式进行水力特征模拟；
20.优选的，对于曼宁公式模拟需要的四个关键性参数：曼宁系数、河道比降、边坡坡度以及河床底宽，其中，河床底宽值从相关研究成果、水文年鉴中直接获取；
21.步骤s4：水环境容量计算，具体包括：根据模型规范计算各个区域的水环境容量结果，并根据结果的正负区间，在区域信息子系统中将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色；
22.优选的，所述区域信息子系统基于gis系统构建；
23.优选的，所述将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色具体采用将正值标识为绿色，将负值标识为红色；进一步的，所述不同的颜色分别用以说明不同区域的环境质量发展状况，红色区域表示环境容量超载，应减少污染排放行为，绿色表示环境容量在负荷范围内，可正常运行，并根据数值大小适度增加人类活动；
24.优选的，所述步骤s4的计算结果及其初始条件均存储于策略支持子系统中，供策略查询；
25.步骤s5：根据特定策略方向制定环境容量管理策略，所述策略方向包括水量调节子策略，和/或，污染排放调控子策略；
26.优选的，所述水量调节子策略具体包括：设置不同的节水比例，计算确定相应的节水水量，并通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况；
27.优选的，所述污染排放调控子策略，具体包括：进一步包括整体减排子策略、重点减排子策略；所述整体减排子策略是指区域内所有排放水污染物的对象，按照给定的比例削减污染物的排放；所述重点减排子策略是指按照排放量或浓度排序，制定一定比例的对象按照给定的比例削减污染物的排放，通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况；
28.优选的，对环境容量为负值的区域，优先适用污染排放调控子策略；
29.优选的，所述一定比例可以选择不小于10％的比例；
30.步骤s6：水环境容量管理策略优化，具体包括：将所述步骤s5中的策略方向进行组合，综合水文与排放情况对于区域水环境容量的影响，并考虑实际条件对于二者调控范围的限值，形成可操作的调控方案；
31.所述实际条件包括地理位置条件，水量条件，水质条件等；
32.优选的，所述步骤s6进一步包括：通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况，直至满足区域水环境管理的目标要求；
33.优选的，所述区域水环境容量计算与管理方法还进一步包括水环境方案决策支持步骤，具体包括：根据环境容量管理目标要求，从所述实时更新基础数据库中选择出若干个符合要求的初始条件案例，并根据水文和排放管理的侧重和要求，确定相应的管理方案；
34.优选的，所述环境容量管理目标可以是依据国家规范标准、地方性法规或相关管理文件确定的环境容量管理目标。
35.进一步的，本技术还提供一种水环境方案决策支持系统，所述系统包括：
36.计算子系统，采用所述区域水环境容量计算与管理方法获得计算结果；
37.环境容量信息标识子系统，以颜色差异来区分所述计算子系统提供的计算结果，并采用区域信息子系统来明确各个区域的环境容量；
38.区域信息子系统。
39.所述水环境方案决策支持系统用以支持基于控制单元、行政区划和流域管理等各个层级的环境管理要求。
40.综上所述，本技术可用于区域水环境容量计算、管理与污染管控，提高管控精度、降低技术门槛和人员成本。
41.针对现有技术的问题和缺点，本发明主要创新点包括：
42.1.针对模型复杂、应用门槛高的问题。通过集成模型算法，将模型的复杂算法进行集成，一般技术人员通过界面参数输入即可完成模型计算得到结果，降低了方法使用门槛，扩大了水环境容量技术的应用范围和场景。
43.2.针对数据时效性的问题。采用动态数据采集的方法，在线获取计算所需要的环境、水文等，计算获取最新的环境容量数据。
44.3.针对计算结果孤立的问题。采用定时任务的方式，在获取新的数据后，及时计算获取环境容量的结果。并采用系列数的方式进行存储和展示，可用于趋势的分析和研判。
45.4.针对当前考虑不全面的问题。在计算中考虑了节水、生态调水等水文条件改变措施对于环境容量的影响，扩充了环境容量计算的覆盖面。
46.5.针对环境管理支撑不足的问题。支持针对环境和水文条件的分别采取的多级、多方案调整策略，可为决策中提供多种管控方案及其预期结果。此外，采用定时计算和任务计算(人工设置调控案例)的策略，构建环境容量计算结果与条件库。可根据环境决策者提出的调控目标，在库中寻找最为接近的数个初始状态值，为环境决策提供方案支持。
47.6.在水环境容量测算中综合考虑了水文条件的影响，进一步提高了水环境容量测算结果与实际情况的匹配程度。
48.7.通过引入水文要素，扩充了区域水环境容量管理的调控方案和策略，为实际的水环境管理决策提供了更大的自由度。
49.8.在调控方案中，分别设置了自由减排(分别设定不同目标)和统一减排模式(统一设定一致目标)，可以为实际的区域水环境管理工作提供更多具有可操作性的调控方案。
附图说明
50.通过参照附图详细描述其示例实施例，本技术的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1是河道概化示意图。
52.图2是一维稳态水质模型示意图。
具体实施方式
53.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
54.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
55.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
56.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
57.应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本技术概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
58.本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本技术所必须的，因此不能用于限制本技术的保护范围。
59.实施例1
60.作为一种实施方式，本技术提供一种区域水环境容量计算与管理方法，主要包括以下步骤：
61.步骤s1：实时更新基础数据库构建，具体包括依据可信信源提供的在线监测数据，对所述实时更新数据库中的水质、水文和污染源数据进行更新；
62.优选的，所述可信信源包括生态环境部，和/或，水利部的公开数据网站；
63.优选的，所述实时更新基础数据库中还包括入库备查数据，所述入库备查数据是基于非在线监测数据进行统计计算后得到；进一步的，所述非在线监测数据包括污染排放数据等；
64.步骤s2：区域划分，具体包括根据区域边界和流域边界，对计算范围进行划分；
65.所述步骤s2的作用在于基于区域边界和流域边界信息，确保计算结果能够与相关生态环境标准相衔接。所述相关工作是指计算结果可以为水质断面达标、污染源管理、区域水环境质量提升等日常环境管理工作提供支持。
66.步骤s3：模型准备，所述模型准备包括：采用q2k模型进行相关计算，所述计算所采
用的方法包含如下步骤：
67.步骤s3-1：从步骤s1建立的所述基础数据库中获取水质、水文、污染源等相关计算数据；
68.步骤s3-2：对于有完整水质、水文、污染源数据，或者有完整水文监测数据的河段，采用qual2k中关系曲线法进行水力特征模拟，河段单元中流速与流量的关系、水深与流量的关系可根据leopold和maddock提出的幂指数经验关系式进行描述；
69.步骤s3-3：对于水质、水文、污染源数据缺失严重，或没有布设监测站点，或水位-流量、流速-流量关系拟合结果较差的河段采用曼宁公式进行水力特征模拟；
70.优选的，对于曼宁公式模拟需要的四个关键性参数：曼宁系数、河道比降、边坡坡度以及河床底宽，其中，河床底宽值从相关研究成果、水文年鉴中直接获取；
71.步骤s4：水环境容量计算，具体包括：根据模型规范计算各个区域的水环境容量结果，并根据结果的正负区间，在区域信息子系统中将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色；
72.优选的，所述区域信息子系统基于gis系统构建；
73.优选的，所述将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色具体采用将正值标识为绿色，将负值标识为红色；进一步的，所述不同的颜色分别用以说明不同区域的环境质量发展状况，红色区域表示环境容量超载，应减少污染排放行为，绿色表示环境容量在负荷范围内，可正常运行，并根据数值大小适度增加人类活动；
74.优选的，所述步骤s4的计算结果及其初始条件均存储于策略支持子系统中，供策略查询；
75.所述策略查询是指对每个调控策略水文指标、排放指标、对应的水质目标这三个参数，根据某个设定的参数，来在数据库中查找另外两个参数对应的策略；
76.优选的，由于通常水质目标是给定的且不可变化的，因此所述根据某个设定的参数，来在数据库中查找另外两个参数对应的策略具体是指：根据设定的水质目标，以及水文指标，在所述策略支持数据库中，搜索满足水质目标，且水文指标是目标要求10％范围内的对应排放情况及其方案，为策略制定提供支持。
77.优选的，所述水文指标是水量。
78.步骤s5：根据特定策略方向制定环境容量管理策略，所述策略方向包括水量调节子策略，和/或，污染排放调控子策略；
79.优选的，所述水量调节子策略具体包括：设置不同的节水比例，计算确定相应的节水水量，并通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况；
80.优选的，所述污染排放调控子策略，具体包括：进一步包括整体减排子策略、重点减排子策略；所述整体减排子策略是指区域内所有排放水污染物的对象，按照给定的比例削减污染物的排放；所述重点减排子策略是指按照排放量或浓度排序，制定一定比例的对象按照给定的比例削减污染物的排放，通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况；
81.优选的，对环境容量为负值的区域，优先适用污染排放调控子策略；
82.优选的，所述一定比例可以选择不小于10％的比例；
83.步骤s6：水环境容量管理策略优化，具体包括：将所述步骤s5中的策略方向进行组
合，综合水文与排放情况对于区域水环境容量的影响，并考虑实际条件对于二者调控范围的限值，形成可操作的调控方案；
84.所述实际条件包括地理位置条件，水量条件，水质条件等；
85.优选的，所述步骤s6进一步包括：通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况，直至满足区域水环境管理的目标要求；
86.优选的，所述区域水环境容量计算与管理方法还进一步包括水环境方案决策支持步骤，具体包括：根据环境容量管理目标要求，从所述实时更新基础数据库中选择出若干个符合要求的初始条件案例，并根据水文和排放管理的侧重和要求，确定相应的管理方案；
87.进一步的，由于通常某个环境容量的数值状态能够对应n个水量和水质状态的组合，根据给定的水质或水量的管理目标要求，从所述实时更新基础数据库中搜索出给定偏差范围的所有案例，作为输出结果，以支持水环境方案决策；
88.所述n是大于1的自然数；所述偏差范围可以选择10-30％，优选是20％。
89.优选的，所述环境容量管理目标可以是依据国家规范标准、地方性法规或相关管理文件确定的环境容量管理目标。
90.进一步的，本技术还提供一种水环境方案决策支持系统，所述系统包括：
91.计算子系统，采用所述区域水环境容量计算与管理方法获得计算结果；
92.环境容量信息标识子系统，以颜色差异来区分所述计算子系统提供的计算结果，并采用区域信息子系统来明确各个区域的环境容量；
93.区域信息子系统。
94.所述水环境方案决策支持系统用以支持基于控制单元、行政区划和流域管理等各个层级的环境管理要求。
95.实施例2
96.为进一步说明本技术的技术方案，作为一种具体的实施方式，以海河流域水环境容量计算为例，来具体说明本技术的技术方案，具体包括：
97.步骤1：实时更新基础数据库构建，具体包括，数据库中包括各类点源污水及污染物产生量、排放量、入河量数据；
98.优选的，根据环境统计结果和在线监测数据的同步结果，海河流域主要污染源的排放产生、排放和入河量。
99.表1海河流域各点源废水及污染物产生量汇总
[0100][0101][0102]
表2海河流域各点源废水及污染物排放量汇总
[0103][0104]
表3海河流域各点源废水及污染物入河量汇总
[0105][0106]
步骤2：区域划分与污染排放量分配，优选的，针对点源、面源分别计算；
[0107]
针对点源，具体包括：
[0108]
根据模型运行需要对海河流域的点源进行概化处理。模型需要的污染物输入参数为入河流量，以及各污染物入河浓度，因此进行点源概化时可将工业企业、规模化畜禽养殖场、集中式污水处理厂三类点源统一概化(城镇生活源直排部分纳入面源污染物进行入河量河段分配)。基于我国环境管理的基本要求，以地市为基本区域单位对海河流域的相关数据进行分配。
[0109]
表4海河流域各市点源污水及污染物排放量
[0110]
[0111][0112]
针对面源，具体包括：
[0113]
根据各面源污水及污染物的不同排放去向，绘制出面源废水及污染物排放路径图，测算海河流域面源污染物负荷汇总结果。相关数据的分配单位和方法与点源一致。
[0114]
所述面源废水及污染物排放路径图用于描述面源污染对断面水质的实际影响情况。
[0115]
表5海河流域各市污水及污染物排放量
[0116]
[0117][0118]
步骤3：模型准备，具体包括：
[0119]
以滦河流域为例，对流域内汇水单元及其流向关系进行分析并概化处理。以滦河流域为例，滦河水系一、二级支流共计26条，经概化后保留干流及支流7条，分别为滦河、伊逊河、武烈河、柳河、瀑河、潵河与青龙河，再进一步将以上河流划分为21个河段，每个河段在模拟计算过程中依据长度再等分为若干计算单元，水系概化图如附图1所示。
[0120]
对于有完整水文监测数据的河段，采用qual2k中关系曲线法进行水力特征模拟。河段单元中流速与流量的关系、水深与流量的关系可根据leopold和maddock提出的幂指数经验关系式进行描述。
[0121]
对于没有布设监测站点，或监测数据缺失严重、水位-流量、流速-流量关系拟合结果较差的河段采用曼宁公式进行水力特征模拟。曼宁公式模拟需要的四个关键性参数，具体包括：曼宁系数、河道比降、边坡坡度以及河床底宽。其中，河床底宽值从相关研究成果、水文年鉴中直接获取，其余各参数获取方法如下：
[0122]
·
曼宁系数
[0123]
根据q2k用户手册中参数取值建议，给各河段分配曼宁糙率系数。
[0124]
·
边坡坡度
[0125]
边坡坡度指的是河道边坡高度与边坡宽度之比。利用水系矢量数据与研究区数字高程模型(dem)数据，在arcgis中实现坡度增量比计算，并按照划分的河段进行均值统计。
[0126]
·
河道比降
[0127]
河道比降即河流任意两端点间的高程差与两点间的水平距离之比值，简单的概括为单位河长内的落差。其计算步骤主要分为以下三步：
[0128]
第一步，利用arcgis的空间分析工具识别划分好的河道水系的折点。第二步，子河段比降计算。第三步，利用约翰斯通-克罗斯算法将第二部计算得出的每个河段中的子比降进行叠加分析，求取各河段的平均比降。第四步，结合arcpython将以上三个步骤写入自定义工具，实现各河段的平均比降计算。
[0129]
通过在系统界面中将以上模型参数输入，完成计算模型和案例的配置。通过调取数据库中同步到的最新水质和水文数据，准备实施区域水环境容量计算。
[0130]
步骤4：水环境容量测算，具体包括：
[0131]
根据计算方法分两种设计水文条件对海河流域各计算单元理想水环境容量进行测算，并对海河流域内各干、支流与汇水单元理想水环境容量进行汇总分析，得出全流域内各大水系理想环境容量。将目前各类污染源的入河量分摊到各“计算单元”，然后将该计算单元的理想容量减去不可控的面源污染负荷即可得到可利用环境容量，再减去可控的点源污染负荷即可得到剩余环境容量。
[0132]
表6海河流域各城市可利用环境容量情况
[0133][0134]
[0135]
表7海河流域各城市剩余环境容量情况
[0136][0137][0138]
步骤5：水环境容量测算结果空间展示，具体包括：
[0139]
将以上基于城市的水环境容量测算结果，将各个城市的环境可利用环境容量和剩余环境容量的情况在gis地图上表示出来。其中，红色表示数值为负值，绿色表示为正值，颜色越深表面数值越大。
[0140]
为了对红色区域进行相关的调整，系统支持对各个指标要素的分别调节，案例实
施方面，可以通过对点源、面源和水文条件的分别组合设置，实现最优化的区域水环境管理措施。其中，面源支持具体的工程减排和全面减排，点源支持重点工程减排和全面减排，水文条件的调整包含了水量调节方案。
[0141]
优选的，对于确定计算单元与控制点，以滦河流域为例，是以滦河流域水环境容量核定，在滦河水系图、水环境功能区图基础上，以汇水单元边界进行计算单元划分，以上、下汇水断面作为节点，在水环境容量计算时，对计算单元逐一进行计算。当出现如下情况时，为了兼顾到工作的一致性，可以考虑对水域范围进行适当整合，在计算单元处理上会出现如下情况：
[0142]
以汇水断面、河道条件变异区、干支流交汇处等重要、敏感的断面作为划分节点确定计算单元，按照计算单元上下节点处所在汇水区水质规划作为各单元上、下游水质边界条件。
[0143]
对饮用水水源地保护区等不容许排污的高功能水域、水环境容量无法利用水域(如水库)，不进行水环境容量的计算。
[0144]
遇水环境功能区有空白、漏项、不连续等问题时，根据全国地理信息基础数据河流水系图进行补充连接。
[0145]
进一步的，为提升本技术计算结果精确性与普适性，具体计算采用如下方法，具体包括：
[0146]
对于点源产生量、排放量，采用如下计算方法：
[0147]
(1)工业污染源
[0148]
以2015年工业企业环境统计数据、全国第二次污染源普查工业源产排污系数手册等为依据进行工业源污染物产排污量核算。对于氨氮和cod，可通过环境统计数据直接获取污染物产生量与排放量；对于tn、tp，采用以下公式进行计算。
[0149]q产
＝p
产
×m[0150]q排
＝q
产
×
(1-η
t
)
[0151]
式中：q
产
为工业企业污染物年产生量，t/a；p
产
为不同污染物对应的产污系数，g/单位质量产品或单位质量原料；m为工业企业主要产品年生产量或主要原料年使用量(视产污系数的单位而定)；q
排
为工业企业污染物年排放量，t/a；η
t
为工业企业末端治理技术平均去除效率，％
[0152]
对于高锰酸盐指数，根据滦河流域多年监测值进行拟合，得出cod与高锰酸盐指数的拟合关系。对于工业污染源以及下述其他点源，均采用该公式计算污水中高锰酸盐指数的产生量、排放量与入河量。
[0153]q高锰酸盐指数
＝0.1587
×qcod
+1.5413
[0154]
(2)规模化畜禽养殖污染源
[0155]
以2015年畜禽养殖业环境统计数据为依据，获取海河流域内规模化畜禽养殖场的畜禽养殖种类、畜禽饲养量、养殖周期、cod和氨氮排放量等数据。对于tp、tn，根据第一次污染源普查畜禽养殖业产排污系数手册，获取tp、tn产污系数，计算tp、tn排放量。公式如下：
[0156]q产
＝p
产
×
t
×m[0157]q排
＝p
排
×
t
×m[0158]
式中：q为畜禽养殖污染物年排放量，t/a；p
产
为畜禽日产污系数，g/(头
·
d)；p
排
为
畜禽日排污系数，g/(头
·
d)；t为畜禽养殖周期；m为畜禽饲养量。
[0159]
(3)城镇生活污染源
[0160]
根据第二次全国污染源普查的计算口径，城镇生活源包括城镇居民生活和第三产业两个部分，并将其合并在一起计算。根据第二次全国污染源普查生活污染源产排污系数手册，城镇综合生活污水指城镇居民日常家庭用水和公共服务用水过程中排放，尚未经城镇污水处理设施处理的生活污水。居民日常家庭用水指饮用、烹调、洗涤、冲厕、洗澡等日常生活用水，公共服务用水包括娱乐场所、宾馆、浴室、餐饮、商业、其他服务业、学校和机关办公楼等第三产业用水。其中，人均生活用水量这项参数指城镇居民范围内常住人口平均每人每天的生活用水量，包括了日常家庭用水量和公共服务用水量。
[0161]
以全国第二次污染源普查生活污染源产排污系数手册、地市级2016年统计年鉴为依据，计算城镇居民综合生活污水和各污染物排放量，污染物指标包括cod、氨氮、tn、tp、高锰酸盐指数。城镇综合生活污水排放还要区分为两个部分，一部分是进入城镇污水管网经污水处理厂收集处理后的点源排放，另一部分是未经收集的面源排放。计算公式如下：
[0162]q产
＝r
×q×k×
365
×ci
[0163]q排点
＝q
产
×
α
[0164]q排面
＝q
产
×
(1-α)
[0165]
式中：q
产
为城镇综合生活污染物年产生量，t/a；r为城镇常住人口数；q为人均日生活用水量，l/(人
·
d)；k为城镇综合生活污水折污系数；ci为城镇综合生活污水各污染物平均浓度，mg/l；q
排点
为城镇生活污水经污水处理厂收集后统一排放的污染物排放量，t/a；q
排点
为城镇生活污水未经污水处理厂收集而直接排放至外部环境的污染物面源排放量，t/a；α为城镇污水处理率。
[0166]
对于点源入河量，采用如下计算方法：
[0167]
(1)工业污染源
[0168]
工业企业所产生废水的排放去向分为两大类，一是直接排入环境，又分为四类，分别是：进入污灌农田、低渗或蒸发、直排入水环境、进入城市下水道。二是排入污水处理厂，又分为三类，分别是：非集中式污水处理厂、工业废水集中处理厂、城市污水处理厂。
[0169]
对于直接进入环境(共四类去向)的工业废水及污染物，入河量计算公式如下：
[0170]q入河
＝q
排
×
β
[0171]
式中：q
入河
为工业源污染物年入河量，t/a；q
排
为工业源污染物年排放量，t/a；β为工业企业污染物入河系数。
[0172]
(2)规模化畜禽养殖源
[0173]
在环境统计数据中没有说明养殖场污水及污染物的排放去向，一般认为是直接排入环境中。入河量计算公式如下：
[0174]q入河
＝q
排
×
β
[0175]
式中：q
入河
为规模化畜禽养殖源污染物年入河量，t/a；q
排
为规模化畜禽养殖源污染物年排放量，t/a；β为规模化养殖场及养殖小区污染物入河系数。
[0176]
(3)城镇生活污染源
[0177]
城镇生活污水的排放去向分为两类，一是直排入水环境，二是经城镇污水管网排入城市污水处理厂。根据地市级城市污水处理率这一统计数据，将城镇生活污水排放量按
照上述两个途径进行分配。对于直排入水环境的城镇生活污水，入河量计算公式如下：
[0178]q入河
＝q
直排
×
β
[0179]
式中：q
入河
为城镇生活源污染物年入河量，t/a；q
直排
为城镇生活源污染物年排放量，t/a；β为城镇生活污水污染物入河系数。
[0180]
(4)集中式污水处理设施源
[0181]
集中式污水处理设施包括城市污水处理厂和工业废水集中处理厂，其接纳的废水主要有两个来源：一是排污去向为污水处理厂的工业企业所排放的废水，二是经市政管网进入城市污水处理厂的城镇生活污水。因此，将集中式污水处理设施作为一类单独的点源，计算污染物入河量。
[0182]
集中式污水处理设施也有若干种排水去向。去向为直接进入江河湖、库等水环境的，认为其污染物排放量即等于入河量；去向不为直接进入水环境的(包括进入城市下水道再入江河、湖、库；其他)，其污染物入河量需在污染物排放量基础上再乘上相应的入河系数。还需注意的一点是，若受纳水体为渤海，则认为其污染物排放不在滦河流域及海河流域内，其入河量不纳入整体入河量计算。
[0183]
对于面源产生量、排放量，采用如下计算方法：
[0184]
(1)农村生活源
[0185]
以2016年中国县域统计年鉴、第二次全国污染源普查生活污染源产排污系数手册等为依据进行农业生活污染物排放量核算。采用产污系数法，对农村生活污水、cod、氨氮、tn、tp进行产生量核算。计算方法为：
[0186]w产
＝n
×
yi×
365
[0187]w排
＝w
产
×
si[0188]
式中：w
产
为农村生活污染物年产生量，t/a；n为农村常住人口；yi为不同污染物排污系数，g/d；i为污染物种类；w
排
为农村生活污染物年排放量，t/a；si为不同省份的流失系数。
[0189]
对于高锰酸盐指数，根据滦河流域多年监测值进行拟合，得出cod与高锰酸盐指数的拟合关系。对于农村生活源以及下述其他面源，均采用该公式计算污水中高锰酸盐指数的产生量、排放量与入河量。
[0190]w高锰酸盐指数
＝0.1587
×wcod
+1.5413
[0191]
(2)农业径流
[0192]
农业径流污染物计算分为两部分，cod的排放量计算是根据全国水环境容量核定技术指南里的系数修正法，农业径流cod排放量计算公式如下：
[0193]w排
＝w
标
×
面积
×
各类修正系数
[0194]
式中：w
排
为农业径流污染物年排放量，t/a；w
标
为标准农田产排污系数，kg/a
·
亩。
[0195]
tn、tp及氨氮的计算则是根据段华平的《基于清单分析的农业面源污染源强计算方法》，通过施用化肥的折纯量来推算tn、tp及氨氮的产生量，计算方法为：
[0196]w产
＝q
i化肥
×
yi[0197]w排
＝w
产
×
α
[0198]
式中：w
产
是污染物的产生量，t/a；q
i化肥
为各种类型化肥折纯量，t；yi为各种污染物在各种常用化肥中质量分数；w
排
是污染物的排放量，t/a；a为污染物的流失系数。
[0199]
(3)非规模畜禽养殖
[0200]
以流域内各市2016统计年鉴、第一次全国污染源普查畜禽养殖产排污系数手册等为依据，采用排污系数法，进行非规模畜禽养殖污染物排放量核算。对于cod、氨氮、tn、tp采用以下公式进行计算。
[0201]w排
＝qi×
yj×
365
[0202]
式中：w
排
为非规模畜禽养殖污染物年排放量，t/a；qi为各种畜禽数量，头；yi为各种污染物的排污系数，g/头
·
d。
[0203]
(4)城市径流
[0204]
以2016年中国县域统计年鉴、流域内各市2016统计年鉴、全国水环境容量核定技术指南等为依据进行城市径流污染物排放量核算。对于cod、氨氮采用以下公式进行计算。
[0205]w排
＝w
标
×
各类修正系数
[0206]
式中：w
排
为城市径流污染物年排放量，t/a；w
标
为标准城市产排污系数，t/a。
[0207]
对于面源入河量，采用如下计算方法：
[0208]
(1)农村生活源
[0209]
农村生活污水与污染物的特性不同，入河系数也不相同。生活污水的入河系数要远远高于其他污染物的入河系数。计算方法如下：
[0210]w入
＝w
排
×
β1[0211]w入
＝w
排
×
β2[0212]
式中：w
入
为农村生活源污染物入河量，t/a；w
排
为农村生活源污染物排放量，t/a；β1为生活污水入河系数；β2为污染物的入河系数。
[0213]
(2)农业径流
[0214]
农业径流污染源污染负荷入河量是指一定时期内，由地表径流携带进入河流等地表水体的非点源污染负荷。计算方法如下：
[0215]w入
＝w
排
×
β
[0216]
式中：w
入
为农业径流污染物入河量，t/a；w
排
为农业径流污染物排放量，t/a；β为农业径流污染物入河系数。
[0217]
(3)非规模畜禽养殖
[0218]
非规模畜禽养殖污染物的入河量的计算方法如下：
[0219]w入
＝w
排
×
β
[0220]
式中：w
入
为非规模畜禽养殖污染物入河量，t/a；w
排
为非规模畜禽养殖污染物排放量，t/a；β为非规模畜禽养殖污染物入河系数。
[0221]
(4)城市径流
[0222]
城市径流污染源污染负荷入河量是指一定时期内，由地表径流携带进入河流等地表水体的非点源污染负荷。计算方法如下：
[0223]w入
＝w
排
×
β
[0224]
式中：w
入
为城市径流污染物入河量，t/a；w
排
为城市径流污染物排放量，t/a；β为城市径流污染物入河系数。
[0225]
所述水环境容量是基于对流域水文特征、排污方式、污染物迁移转化规律进行充分科学研究的基础上，结合环境管理需求确定的管理控制目标。水环境容量既反映流域的
自然属性(水文特性)，同时反映人类对环境的需求(水质目标)，水环境容量将随着水资源情况的不断变化和人们环境需求的不断提高而不断发生变化。本次水环境容量计算是在给定水域范围和水文条件，在现有排污方式和规定水质目标的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量。
[0226]
所述水环境容量，采用如下计算方法：
[0227]
根据全国水环境容量核定技术指南要求，并结合流域河流特征，选取一维模式计算各单元理想水环境容量，即假定污染物进入河流后，在一定范围内经过平流输移、纵向离散和横向混合后达到充分混合，按如图2所示的一维模型，概化计算条件，建立水质模型，具体包括：
[0228]
排污口下游某处的水质浓度为：
[0229][0230][0231]
当只有一个排污口，且c＝cs时，水环境容量w＝cq*q,即：
[0232][0233]
其中：
[0234]
c为排污口下游x m处的水质浓度，mg/l；
[0235]
c’为混合后的水质浓度，mg/l；
[0236]
k为水质降解系数d-1；
[0237]
x为距排污口距离m；
[0238]
u为平均流速m/s；
[0239]
c0为上游来水浓度，mg/l；
[0240]
q0为设计流量，m3/s；
[0241]
c1为上游来水浓度，mg/l，一般可以简化认为c0＝c1；
[0242]
q1为通过节水措施增加的流量，m3/s；
[0243]
cq为排污口废水浓度,mg/l；
[0244]
q为废水量，m3/s；
[0245]
w容量为水环境容量，kg/d；
[0246]
cs为水质目标值，mg/l。
[0247]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
技术特征：1.一种区域水环境容量计算与管理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1：实时更新基础数据库构建，具体包括依据可信信源提供的在线监测数据，对所述实时更新数据库中的水质、水文和污染源数据进行更新；步骤s2：区域划分，具体包括根据区域边界和流域边界，对计算范围进行划分；步骤s3：模型准备，所述模型准备包括：采用q2k模型进行相关计算；步骤s4：水环境容量计算，具体包括：根据模型规范计算各个区域的水环境容量结果，并根据结果的正负区间，在区域信息子系统中将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色；步骤s5：根据特定策略方向制定环境容量管理策略，所述策略方向包括水量调节子策略，和/或，污染排放调控子策略；步骤s6：水环境容量管理策略优化，具体包括：将所述步骤s5中的策略方向进行组合，综合水文与排放情况对于区域水环境容量的影响，并考虑实际条件对于二者调控范围的限值，形成可操作的调控方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述实时更新基础数据库中还包括入库备查数据，所述入库备查数据是基于非在线监测数据进行统计计算后得到；进一步的，所述非在线监测数据包括污染排放数据等。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s3中的所述计算所采用的方法包含如下步骤：步骤s3-1：从步骤s1建立的所述基础数据库中获取水质、水文、污染源等相关计算数据；步骤s3-2：对于有完整水质、水文、污染源数据，或者有完整水文监测数据的河段，采用qual2k中关系曲线法进行水力特征模拟，河段单元中流速与流量的关系、水深与流量的关系可根据leopold和maddock提出的幂指数经验关系式进行描述；步骤s3-3：对于水质、水文、污染源数据缺失严重，或没有布设监测站点，或水位-流量、流速-流量关系拟合结果较差的河段采用曼宁公式进行水力特征模拟。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：对于曼宁公式模拟需要的四个关键性参数：曼宁系数、河道比降、边坡坡度以及河床底宽，其中，河床底宽值从相关研究成果、水文年鉴中直接获取。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述区域信息子系统基于gis系统构建。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将各个区域所属的斑块赋予不同的颜色具体采用将正值标识为绿色，将负值标识为红色；进一步的，所述不同的颜色分别用以说明不同区域的环境质量发展状况，红色区域表示环境容量超载，应减少污染排放行为，绿色表示环境容量在负荷范围内，可正常运行，并根据数值大小适度增加人类活动。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水量调节子策略具体包括：设置不同的节水比例，计算确定相应的节水水量，并通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污染排放调控子策略，具体包括：进一步包括整体减排子策略、重点减排子策略；所述整体减排子策略是指区域内所有排放水污染物的对象，按照给定的比例削减污染物的排放；所述重点减排子策略是指按照排放量或浓度排序，制定一定比例的对象按照给定的
比例削减污染物的排放，通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s6进一步包括：通过步骤s4，重复进行区域水环境容量的测算，对比调控前后各区域的水环境容量变化情况，直至满足区域水环境管理的目标要求。10.一种水环境方案决策支持系统，所述系统包括：计算子系统，采用所述区域水环境容量计算与管理方法获得计算结果；环境容量信息标识子系统，以颜色差异来区分所述计算子系统提供的计算结果，并采用区域信息子系统来明确各个区域的环境容量；区域信息子系统。
技术总结本申请涉及一种基于耗水管理的区域水环境容量计算与管理系统，所述系统包括：计算子系统，采用所述区域水环境容量计算与管理方法获得计算结果；环境容量信息标识子系统，以颜色差异来区分所述计算子系统提供的计算结果，并采用区域信息子系统来明确各个区域的环境容量；区域信息子系统。所述水环境方案决策支持系统用以支持基于控制单元、行政区划和流域管理等各个层级的环境管理要求。所述系统可用来进行水环境容量管理策略优化，即综合水文与排放情况对于区域水环境容量的影响，并考虑实际条件对于二者调控范围的限值，形成可操作的调控方案。调控方案。调控方案。
技术研发人员：王强 张国帅 陈岩 白辉 吴波 赵琰鑫 秦顺兴 李中华
受保护的技术使用者：生态环境部环境规划院
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/11/1
