一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，包括以下步骤：建立中国县域的高分辨率污染源排放清单；对污染源排放清单进行尺度转化，由行政尺度转为流域尺度；基于流域高分辨率污染源排放清单进行污染源排放热点分析，将热点定义为营养盐排放水平高的地区，将冷点定义为营养盐排放水平低的地区。本发明专利技术通过高分辨率的污染源排放清单，对点源营养盐和面源营养盐的排放量进行精准量化，根据量化结果分析营养盐排放的热点地区和潜在的营养盐减少地区，从而为地区水质管理提供参考；通过污染源排放的热点识别，能够分析污染控制政策带来的影响，从而设计有效的污染控制政策，实现有针对性的污染控制。实现有针对性的污染控制。实现有针对性的污染控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法


[0001]本专利技术涉及环境管理和环境模拟领域，尤其是涉及一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法。

技术介绍

[0002]河流和湖泊的营养盐人为排放量不断增加，给水环境管理工作带来了相当大的挑战，因此非常有必要确定营养盐排放热点和潜在驱动因素，以支撑更有效的环境管理与决策。高分辨率的污染源排放清单可以准确地识别优先控制区，对水质管理政策的影响评估和水质恢复的高效决策至关重要。
[0003]国内外学者开展了污染源排放清单及营养盐排放热点识别的研究，并取得了一些成果。大尺度河流建模中广泛使用的营养盐排放清单通常基于省级输入数据，而大尺度营养盐质量平衡模型是在非行政尺度(如流域或网格)上开发的，不同空间尺度之间的转换对于将建模的数据需求与不同来源的污染源数据连接起来非常重要。常用的方法是基于土地利用的地理加权分配，这不可避免地忽略了较小尺度上的地方差异。例如，国内生产总值(GDP)和人均蛋白质摄入量被用于计算人类营养盐排放因子时，农村和城市生活水平之间的差异没有很好地表示。这种降尺度方法无疑会错过一些精确而有意义的信息，因为它们忽略了不同地区和人类活动的高度异质性以及不同污染源的特点。除了尺度转换的困难之外，准确量化不同类型的营养盐来源也具有挑战性。工业污水是人口密集地区最大的污染源之一。工业污水大多由工业污水处理设施处理，部分随后由城市污水处理厂收集和处理。在一些研究中，均假设城市污水处理厂对废水进行了充分的收集和处理，利用废水平均排放浓度计算营养盐排放量，低估了营养盐排放量；中国淡水水产养殖有所增加，过剩饲养对湖泊富营养化有显著影响。然而迄今为止，这一排放源一直被忽视或使用省级统计数据平均计算。
[0004]目前使用的降尺度方法未能确定优先控制区域，这可能导致营养盐排放存在较大的时空不确定性。因此，基于高分辨率污染源的营养盐排放清单的流域热点识别对于准确量化营养盐排放和评价污染控制措施的效果至关重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，可以对点源营养盐和面源营养盐的排放量进行精准量化，然后根据量化结果分析营养盐排放的热点地区和潜在的营养盐减少地区，从而为地区水质管理提供参考。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，包括以下步骤：
[0008]S1、建立中国县域的高分辨率污染源排放清单；
[0009]S2、对污染源排放清单进行尺度转化，由行政尺度转为流域尺度；
[0010]S3、基于流域高分辨率污染源排放清单进行污染源排放热点分析，将热点定义为营养盐排放水平高的地区，将冷点定义为营养盐排放水平低的地区。
[0011]进一步的，S1包括以下步骤：
[0012]S1
‑
1、建立农村生活营养盐排放清单；
[0013]S1
‑
2、建立散养畜禽营养盐排放清单；
[0014]S1
‑
3、建立农田营养盐排放清单；
[0015]S1
‑
4、建立城市面源污染排放清单；
[0016]S1
‑
5、建立水土流失营养盐排放清单；
[0017]S1
‑
6、建立大气沉降营养盐排放清单；
[0018]S1
‑
7、建立城镇集中污水处理设施营养盐排放清单；
[0019]S1
‑
8、建立工业生产营养盐排放清单；
[0020]S1
‑
9、建立规模化畜禽养殖营养盐排放清单；
[0021]S1
‑
10、建立淡水养殖营养盐排放清单；
[0022]S1
‑
11、将S1
‑
1至S1
‑
6的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率非点源排放清单；
[0023]S1
‑
12、将S1
‑
7至S1
‑
10的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率点源源排放清单；
[0024]S1
‑
13、将S1
‑
11至S1
‑
12的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率污染源排放清单。
[0025]进一步的，S1
‑
1的具体步骤如下：
[0026]将农村生活污水分为直接排放、简单处理排放和农田回用三种排放方式，不同排放方式对应不同的排放系数，得到农村生活污水营养盐排放清单的计算公式如下：
[0027][0028]其中POP
j
代表农村人口数量，单位是104人；代表拥有抽水马桶的农村生活污水排放系数，单位是克/人/天；代表没有水冲厕所的农村生活污水排放系数，单位是克/人/天；RW
i
代表拥有抽水马桶的人口比例，单位是％；RU
j
为人类粪便作为有机肥料的再利用比率；j代表子流域编号；
[0029]S1
‑
2的具体步骤如下：
[0030]在散养畜禽的营养盐量化中纳入了12种动物的营养盐排放量化，包括肉鸡、蛋鸡、鸭、鹅、猪、母猪、肉牛、奶牛、绵羊和山羊、马、骡和驴、兔子，得到散养畜禽营养盐排放清单的计算公式如下：
[0031][0032]其中FQ
m，j
代表畜禽的数量，单位是头或只；RT
m
代表养殖时间，单位是天；代表营养盐产生系数，单位是克/头/天；FRU
m，j
代表粪便回收利用率，单位是％；m代表散养养殖畜禽种类，数量为12种；n为营养盐种类；
[0033]S1
‑
3的具体步骤如下：
[0034]农田营养盐包括但不限于氮和磷，其中，农田氮的输入包括：施用合成肥料、人类和畜禽粪便回用、生物固氮、大气氮沉降；土壤氮的输出包括：作物收获、田间干草和割草的清除、放牧时动物消耗的草和氨挥发；农田氮排放的计算公式如下：
[0035]SNB
N,j
＝N
fert,j
+N
man，j
+N
fix，j
+N
dep,j
‑
N
withdr,j
‑
N
vol，j
ꢀꢀ
(3)
[0036]其中N
fert，j
代表合成肥料施用量，单位是吨/年；N
man，j
代表人类和畜禽粪便回用量，单位是吨/年；N
fix，j
代表生物固氮量，单位是吨/年；N
dep,j
代表大气氮沉降，单位是吨/年；N
withd，j
代表作物收获、田间清除的干草和割草、放牧动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立中国县域的高分辨率污染源排放清单；S2、对污染源排放清单进行尺度转化，由行政尺度转为流域尺度；S3、基于流域高分辨率污染源排放清单进行污染源排放热点分析，将热点定义为营养盐排放水平高的地区，将冷点定义为营养盐排放水平低的地区。2.根据权利要求1所述的一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，其特征在于，S1包括以下步骤：S1
‑
1、建立农村生活营养盐排放清单；S1
‑
2、建立散养畜禽营养盐排放清单；S1
‑
3、建立农田营养盐排放清单；S1
‑
4、建立城市面源污染排放清单；S1
‑
5、建立水土流失营养盐排放清单；S1
‑
6、建立大气沉降营养盐排放清单；S1
‑
7、建立城镇集中污水处理设施营养盐排放清单；S1
‑
8、建立工业生产营养盐排放清单；S1
‑
9、建立规模化畜禽养殖营养盐排放清单；S1
‑
10、建立淡水养殖营养盐排放清单；S1
‑
11、将S1
‑
1至S1
‑
6的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率非点源排放清单；S1
‑
12、将S1
‑
7至S1
‑
10的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率点源源排放清单；S1
‑
13、将S1
‑
11至S1
‑
12的排放清单量化结果累加求和，得到中国县域的高分辨率污染源排放清单。3.根据权利要求2所述的一种基于高分辨率污染源排放清单的流域热点识别方法，其特征在于：S1
‑
1的具体步骤如下：将农村生活污水分为直接排放、简单处理排放和农田回用三种排放方式，不同排放方式对应不同的排放系数，得到农村生活污水营养盐排放清单的计算公式如下：其中POP
j
代表农村人口数量，单位是104人；代表拥有抽水马桶的农村生活污水排放系数，单位是克/人/天；代表没有水冲厕所的农村生活污水排放系数，单位是克/人/天；RW
j
代表拥有抽水马桶的人口比例，单位是％；RU
j
为人类粪便作为有机肥料的再利用比率；j代表子流域编号；S1
‑
2的具体步骤如下：在散养畜禽的营养盐量化中纳入了12种动物的营养盐排放量化，包括肉鸡、蛋鸡、鸭、鹅、猪、母猪、肉牛、奶牛、绵羊和山羊、马、骡和驴、兔子，得到散养畜禽营养盐排放清单的计
算公式如下：其中FQ
m，j
代表畜禽的数量，单位是头或只；RT
m
代表养殖时间，单位是天；代表营养盐产生系数，单位是克/头/天；FRU
m，j
代表粪便回收利用率，单位是％；m代表散养养殖畜禽种类，数量为12种；n为营养盐种类；S1
‑
3的具体步骤如下：农田营养盐包括但不限于氮和磷，其中，农田氮的输入包括：施用合成肥料、人类和畜禽粪便回用、生物固氮、大气氮沉降；土壤氮的输出包括：作物收获、田间干草和割草的清除、放牧时动物消耗的草和氨挥发；农田氮排放的计算公式如下：SNB
N，j
＝N
fert，j
+N
man，j
+N
fix，j
+N
dep，j
‑
N
withdr，j
‑
N
vol，j
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中N
fert，j
代表合成肥料施用量，单位是吨/年；N
man，j
代表人类和畜禽粪便回用量，单位是吨/年；N
fix，j
代表生物固氮量，单位是吨/年；N
dep,j
代表大气氮沉降，单位是吨/年；N
withd，j
代表作物收获、田间清除的干草和割草、放牧动物消耗的草，单位是吨/年；N
vol，j
代表氨挥发，单位是吨/年；农田中磷输出的计算公式如下：SNB
P,j
＝P
fert,j
+P
man，j
‑
P
withdr,j
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中P
fert，j
代表合成肥料施用量，单位是吨/年；P
man，j
代表人类和动物粪便施用量，单位是吨/年；P
withdr，j
代表作物收获、田间清除的干草和割草、放牧动物消耗的草，单位是吨/年；S1
‑
4的具体步骤如下：用城市径流营养盐年平均浓度和城市的流量来量化城市面源的营养盐排放，得到城市面源污染排放清单的具体计算公式如下：UNS
n，j
＝URC
n，j
×
FLOW
j
×
10
‑6ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中URC
n，j
代表城市径流营养盐年平均浓度，单位是mg/L；FLOW
j
代表流量，单位是m3/y；S1
‑
5的具体步骤如下：采用修正的通用土壤流失方程对流域内土壤侵蚀强度进行估算，得到水土流失营养盐排放清单的计算公式如下：SE
n，j
＝A
j
×
CS
n，j
×
Area
j
×
10
‑3ꢀꢀꢀꢀ
(6)A
j
＝R
×
K
×
LS
×
C
×
P
ꢀꢀꢀꢀꢀ

【专利技术属性】
技术研发人员：李金城，刘永，张漫，蔡开奎，付佳兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：