基于地表土地类型的地表水质监测方法技术

本发明专利技术提供一种基于地表土地类型的地表水质监测方法，包括以下步骤：实时监测地表径流的地表环境和水质的各项参数；确定被监测地表径流的地表土地类型；计算实时地表径流流出量；分析地表径流对地表土地上的泥质层的各个方向的剪切力，进而得到水不断流动对地表径流内的污染物的冲刷系数；计算各种污染物在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度，对水质环境进行检测分析；判断在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度是否达到其相应的标准。本发明专利技术从地表径流所在的土地类型和泥质层收到的各个方向的水剪切力对冲刷系数的影响两方面的校准提高了各种污染物被监测时间范围内的平均浓度的计算的准确性。范围内的平均浓度的计算的准确性。范围内的平均浓度的计算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于地表土地类型的地表水质监测方法


[0001]本专利技术属于地表水监测方法
，具体涉及一种基于地表土地类型的地表水质监测方法。

技术介绍

[0002]城市化进程中大量不透水地表的出现，不仅在量上改变了区域地表径流，而且在质的方面也对其产生深刻的影响，城市地表径流污染，指在降雨(雪)的淋洗和冲刷的作用下，大气中的和地表长期积累的污染物伴随着径流，由地表(如商业区、居民区、停车场、广场街道等)到排水收集系统，通过各种方式的迁移，汇集一系列污染物质(如原油、重金属、有机物等)最后进入到受纳水体从而造成的水体非点源污染过程。地表径流中含有相当数量的悬浮颗粒物、营养盐、重金属和有机污染物。
[0003]由于城市地表径流往往直接排入城市河流、湖泊或是海湾，恶化受纳水体水质和破坏水生生态系统。城市地表径流污染是一种较复杂的水污染的形式，已经成为影响国家水体健康的重要危害之一。一方面，污染不是集中式产生的，而是由于分散着产生的，常被称为面源污染、非点源污染，另一方面，大部分的污染物都是经由市政排水管网进入水体的，因此又呈现了集中式排放的特点。快速发展的城市化进程是地表径流污染的根本原因。随着城市化的发展，土地利用现状已经改变。一方面，由于城市建设中以建筑的屋面、地面、道路、广场等为代表的不透水的面积大幅度的增加，导致地表综合径流系数增大，降雨落地迅速形成地表径流。就一般情况而言，针对地表洼地的蓄水，砂石地面可以消纳5mm左右的径流，草坪一般为3～10mm左右，黏土地面为4mm左右，而不透水的地表面在径流产生之前只能保持不到1mm的雨量。土地利用类型的改变造成不透水面积大幅度的增加后，不仅导致了径流峰值出现时间提前，而且导致地表径流的总量和峰值流量都有所提高。另一方面，伴随着社会人群活动范围、经济规模强度等的增大，在城市地表积累的大量的污染物，一旦有径流，污染物浓度必然会较高。
[0004]地表径流的污染物来源广泛，成分也较复杂，既有大气中的污染物(工业区与大气污染严重的城市中这一现象较为明显)，又有地表累计污染物(包括日常的垃圾与建筑工地的固体废物堆放、城市园林绿植使用的农药等化学品、日常车辆等的尾气排放物)。
[0005]自20世纪80年代以来欧美国家相继开展城市地表径流污染的监测，以获取不同尺度(源区和集水区)地表径流水质。目前国际上对地表径流污染的控制研究中，低影响发展技术是新一代城市地表径流污染控制最佳管理措施，非常重视地表径流污染源区的水量、水质控制。
[0006]例如，现有技术中，中国专利申请CN111461484A公开了一种降雨及径流水质综合评价方法，该方法通过采集降雨及径流样品m个，检测水样中n种污染因子浓度；计算每种污染物因子的单因子污染指数Fi，生成样本矩阵F，并把数值最大的记为Fmax；主成分法确定污染因子权重；将各种污染因子的单因子污染指数Fi与标准化权重进行加权求和并求平均，计算出污染因子的平均污染指数F
’
；计算水质综合指数P；根据水质综合指数P确定水质
污染类型及处理措施。本专利技术可以直接进行比较、分类，并直观的反映降雨及径流水质污染程度。
[0007]但是该专利中并未充分考虑地表径流对地表上的泥质层受到的冲刷系数的影响，中国专利CN106682271B公开了一种确定SWMM水质冲刷模型参数的方法，其考虑了瞬时地表径流污染物浓度、降雨强度和地表沉积物对地表径流的冲刷影响进而构建了冲刷指数计算模型，中国专利CN106596347A公开了基于等流时线法不透水地表径流污染物冲刷效率测定方法，该方法将各时段径流污染负荷的进行累加得到总负荷量ΣM，将ΣM与雨前地表清扫物的污染负荷量M进行比较得到污染物冲刷效率δ值；以上两个地表径流的水质污染物监测方法中考虑了污染物的被径流冲刷的影响，但是其并未考虑地表径流的泥质层上表层和泥质层最下层的水底层以及垂直方向上的垂直剪切力对冲刷系数的影响，也未考虑不同的被监测地表径流所在的土地类型对地表径流中的水垂直方向向下吸收对地表径流流出口的流出量影响，进而影响地表径流流出口的污染物浓度的影响，进而造成了上述现有技术中对地表径流的污染物浓度监测方法不够准确。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述缺陷，提供一种基于地表土地类型的地表径流水质监测方法，充分考虑了地表径流所在土地的孔隙度、渗透率以及泥质层厚度所决定的土地类型，进而对土地类型明确区分为泥质土壤、小颗粒沙质土壤、大颗粒沙质土壤和坚硬矿质土壤，以及考虑了泥质层上表层和泥质层最下层的水底层以及垂直方向上的垂直剪切力对冲刷系数的影响，总和土地类型和冲刷系数进而对地表径流流出口的实时监测的各种污染物浓度进行校正，得到准确的监测时间范围内的各种污染物的平均浓度，最终与国家标准所规定的各种污染物浓度进行比较确定地表径流中的各种污染物是否达到了相应的标准，从地表径流所在的土地类型和泥质层收到的各个方向的水剪切力对冲刷系数的影响两方面的校准提高了各种污染物被监测时间范围内的平均浓度的计算的准确性。
[0009]本专利技术提供如下技术方案：基于地表土地类型的地表水质监测方法，所述方法基于地表的土地类型及地表径流对地表泥质层的冲刷所带来的影响，对流过被监测地表径流的水质进行监测，包括以下步骤：
[0010]S1、实时监测地表径流的地表环境和水质的各项参数；
[0011]S2、确定被监测地表径流的地表土地类型；
[0012]S3、计算实时地表径流流出量；
[0013]S4、分析地表径流对地表土地上的泥质层的各个方向的剪切力，进而得到水不断流动对地表径流内的污染物的冲刷系数；
[0014]S5、计算各种污染物在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度，对水质环境进行检测分析；判断在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度是否达到其相应的标准。
[0015]进一步地，所述S2步骤中确定被监测地表径流的地表土地类型，包括以下步骤：
[0016]S21：计算t时刻地表的孔隙度与渗透率的相差比例系A
t
：
[0017][0018]其中，ε
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的孔隙度，σ
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的渗透率，L
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的泥质层厚度；
[0019]S22：计算t时刻的地表的岩石胶结指数m
t
：
[0020][0021]其中，μ1为岩石胶结指数第一计算权重系数，μ2为岩石胶结指数第二计算权重系数，I(ε
t
,σ
t
)为t时刻地表的孔隙度ε
t
与t时刻地表的渗透率σ
t
的协同效应系数，I(ε
t
,σ
t
)的计算公式如下：
[0022][0023]计算得到的t时刻的地表的岩石胶结指数m
t
范围为1.5<m
t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地表土地类型的地表水质监测方法，所述方法基于地表的土地类型及地表径流对地表泥质层的冲刷所带来的影响，对流过被监测地表径流的水质进行监测，其特征在于，包括以下步骤：S1、实时监测地表径流的地表环境和水质的各项参数；S2、确定被监测地表径流的地表土地类型；S3、计算实时地表径流流出量；S4、分析地表径流对地表土地上的泥质层的各个方向的剪切力，进而得到水不断流动对地表径流内的污染物的冲刷系数；S5、计算各种污染物在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度，对水质环境进行检测分析；判断在监测时间范围内的每种污染物各自的平均浓度是否达到其相应的标准。2.根据权利要求1所述的基于地表土地类型的地表水质监测方法，其特征在于，所述S2步骤中确定被监测地表径流的地表土地类型，包括以下步骤：S21：计算t时刻地表的孔隙度与渗透率的相差比例系A
t
：其中，ε
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的孔隙度，σ
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的渗透率，L
t
为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表的泥质层厚度；S22：计算t时刻的地表的岩石胶结指数m
t
：其中，μ1为岩石胶结指数第一计算权重系数，μ2为岩石胶结指数第二计算权重系数，I(ε
t
,σ
t
)为t时刻地表的孔隙度ε
t
与t时刻地表的渗透率σ
t
的协同效应系数，I(ε
t
,σ
t
)的计算公式如下：计算得到的t时刻的地表的岩石胶结指数m
t
范围为1.5<m
t
<2.5；S23：根据所述S21步骤计算得到的t时刻的地表的孔隙度与渗透率的相差比例系A
t
，计算t时刻的地表的孔隙形态指数S
t
：其中，和为所述S1步骤实时监测得到的t时刻地表径流内的悬浮颗粒物在水流带动下分别于大地坐标系下x轴和y轴方向的速度，为t时刻的地表径流内的悬浮颗粒物在水流带动下于大地坐标系下通过地表时的t时刻速度的标量值，为t时刻的地表径流内的悬浮颗粒物在水流带动下于大地坐标系下z轴
方向速度；计算的得到的t时刻的地表的孔隙形态指数S
t
范围为0.01≤S
t
<1；S24：利用S22步骤计算得到的t时刻的地表的岩石胶结指数m
t
和S23步骤计算得到的孔隙形态指数S
t
，计算t时刻的地表土地类型筛选指数SC
t
：进而，根据岩石胶结指数m
t
和孔隙形态指数S
t
的范围可以确定土地类型筛选指数SC
t
的范围为0.005<SC
t
<1；S25：根据所述S24步骤计算得到的t时刻的地表土地类型筛选指数，确定被监测地表径流的地表土地类型；若0.005<SC
t
≤0.15，则为泥质土壤；若0.15<SC
t
≤0.3，则为小颗粒沙质土壤；若0.3<SC
t
≤0.5，则为大颗粒沙质土壤；若0.5<SC
t
<1，则为坚硬矿质土壤。3.根据权利要求2所述的基于地表土地类型的地表水质监测方法，其特征在于，所述岩石胶结指数第一计算权重系数μ1的范围为0.65≤μ1<1，所述岩石胶结指数第二计算权重系数μ2的范围为0<μ2≤0.35。4.根据权利要求1所述的基于地表土地类型的地表水质监测方法，其特征在于，所述S3步骤中计算实时地表径流流出量的计算公式如下：其中，为实时地表径流流出量，即t时刻的地表径流流出量；Q
t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓娟，
申请(专利权)人：王晓娟，
类型：发明
国别省市：