本发明属于河流水环境治理领域，具体涉及一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法。
背景技术：
1、水环境容量反映了水体在自然条件下对污染物的稀释、净化和迁移转化的能力，是制定水域排放标准、进行水污染总量控制、实现水质目标的基础和依据。水环境容量的研究和应用，为水环境规划和保护提供了科学依据，有助于解决国家面临的水环境问题，对于保护水生态环境、促进经济社会可持续发展具有重要意义。
2、然而，目前针对水环境容量的计算公式普遍根据某一时间范围内各指标的均值计算，在时间精度的计算上具有一定的局限性，不能准确计算出研究区域的水环境容量，同时鲜有研究能够明晰泵站排放与水环境容量的关系，不利于河流水环境治理。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术中在时间精度计算上存在的不足，提供一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其可以综合考虑降雨等因素的影响，弥补了常规水环境容量计算方法在时间精度上的不足，能够更加真实的反应水体水质的迁移转化规律，充分考虑污染物的衰减作用，明晰雨水泵站与水环境容量之间的关系，给出相应的污染物定量削减方案。具有适用性强、易操作等优点，适合推广使用，为后续溢流污染削减方案的科学研究提供一定依据。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，包括如下步骤：
3、s1：获取指定区域内相应河道的建模数据，并构建相应的水环境数学模型；
4、s2：确定待预测的污染物；
5、s3：根据步骤s2确定的污染物，收集不同雨型下，雨水泵站排放的污染物浓度及流量；
6、s4：将步骤s3的污染物浓度及流量数据输入到水环境数学模型中，获取到不同雨型下考核断面的高时间精度水质、水量数据；
7、s5：根据步骤s4获取的水质和水量数据，计算无雨水泵站排放情况下的水环境容量以及有雨水泵站排放情况下的水环境容量；
8、s6：根据计算出的水环境容量值给出不同雨型下的雨水泵站削减方案及相应的污染物削减率。
9、进一步地，所述步骤s1中水环境数学模型包括水动力模块(hd)和水质模块(ad)，水动力模型计算采用描述明渠一维非恒定流的圣维南方程组，包括质量守恒方程和动量守恒方程，并补充考虑了漫滩和旁侧入流：
10、
11、式中，公式(1)为质量守恒方程，公式(2)为动量守恒方程；a为过水断面面积，m2；q为流量，m3/s；t为时间坐标；x为距离坐标；q为旁侧入流量，m3/s；g为重力加速度，m/s2；h为水位，m；c为谢才系数，r为水力半径，m/s。
12、水质模型即对流扩散模块(ad)是利用hd模块生成的水动力条件，对水体中的可溶性物质和悬浮物质应用对流扩散方程进行计算。ad模块可以准确计算模拟污染物的运输过程。具体计算方程如下：
13、
14、式中，c为污染物浓度，mg/l；t为时间，s；u为流速，m/s；x为沿水流方向的空间坐标，m；d为扩散系数，m2/s；k为一级衰减系数，1/d。
15、进一步地，所述步骤s1中建模数据包括研究区域水系图、河道地形数据、污染物降解系数等水动力水质参数、水文信息数据、河道污染物浓度、雨水泵站排水量及污染物浓度。
16、进一步地，所述步骤s2中污染物的确定方法为：根据研究区域中重点河道监测断面的水质要求，以及现状情况下监测断面的主要超标因子，结合《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)，确定常规水质影响污染物。
17、进一步地，所述步骤s3中雨水泵站引排水流量及水质数据以点源污染的形式输入到模型中，基于时间序列的排水量及污染物排放浓度中统计研究时间段内的降雨量，其中降雨量分为6个等级，等级1：24小时降雨量小于10mm，等级2：24小时降雨量10～25mm，等级3：24小时降雨量25～50mm，等级4：24小时降雨量大于50mm。
18、进一步地，所述步骤s4中在将污染物浓度及流量数据输入到水环境数学模型之前，对水动力模块和水质模块进行参数的率定和验证，即将代表断面的实测值与模拟值进行对比分析，计算相应的误差，并不断调整模型参数，使误差在模型要求精度以内，则可用于后续模型的运用；根据对结果的时间精度要求，通过模型输出选项设置相应的精度，导出相应的时间序列数据。
19、进一步地，所述步骤s5中水环境容量的计算方法为：
20、
21、式中：为目标精度下(如d-1)的流量，m3/s；为自计算单元内的目标精度下(如d-1)污水排放量，m3/s；cs为计算单元水环境功能区限值，mg/l；为计算单元上游来水污染物目标精度(如d-1)浓度，mg/l；t为计算时间(视要求而定，如d)；wi为第i目标精度下(如d-1)计算单元水环境容量，kg/x(即kg/d)；w为目标精度下水环境容量基础上计算得到的水环境容量值，kg。
22、进一步地，所述步骤s6具体为：
23、根据步骤s5计算出不同工况下的水环境容量，并计算有无雨水泵站排放情况下的水环境容量差值，以及不同削减量下的污染物削减率，给出不同雨型下雨水泵站的削减方案，计算公式如下：
24、w0＝w2-w1
25、
26、式中，w0为水环境容量差值，kg；w1为无雨水泵站排放情况下的水环境容量，kg；w2为有雨水泵站排放情况下的水环境容量，kg；η为污染物削减率，％。
27、所述步骤s6中给出不同雨型下的雨水泵站削减方案，具体为：将无雨水泵站排放情况下的水环境容量记为w1，将有雨水泵站排放情况下的水环境容量记为w2；分析每日w2的水环境容量情况，若在雨水泵站排放后，w0＝w2-w1<0，说明雨水泵站需要设置相应的削减方案，具体削减量应为w0，并给出不同工况的削减率；若在雨水泵站排放后，w0＝w2-w1>0，说明雨水泵站的冲刷作用对考核断面的影响更大，不需要设置削减方案。
28、有益效果：本发明与现有技术相比，首次提出在不同雨型条件下，河道的水环境容量精细化计算方法，给出雨水泵站与水环境容量的关系，以及相应的削减方案。弥补了常规水环境容量计算方法的时间精度上的不足，能够更加真实的反应水体水质的迁移转化规律，充分考虑污染物的衰减作用。具有适用性强、易操作等优点，适合推广使用，为后续溢流污染削减方案的科学研究提供一定依据。
1.一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s1中水环境数学模型包括水动力模块和水质模块，水动力模型计算采用描述明渠一维非恒定流的圣维南方程组，包括质量守恒方程和动量守恒方程，并补充考虑了漫滩和旁侧入流：
3.根据权利要求2所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s1中建模数据包括研究区域水系图、河道地形数据、污染物降解系数、水文信息数据、河道污染物浓度、雨水泵站排水量及污染物浓度。
4.根据权利要求1所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s2中污染物的确定方法为：根据研究区域中重点河道监测断面的水质要求，以及现状情况下监测断面的主要超标因子，确定常规水质影响污染物。
5.根据权利要求1所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s3的基于时间序列的排水量及污染物排放浓度中统计研究时间段内的降雨量，其中降雨量分为6个等级，等级1：24小时降雨量小于10mm，等级2：24小时降雨量10～25mm，等级3：24小时降雨量25～50mm，等级4：24小时降雨量大于50mm。
6.根据权利要求2所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s4中在将污染物浓度及流量数据输入到水环境数学模型之前，对水动力模块和水质模块进行参数的率定和验证；根据对结果的时间精度要求，通过模型输出选项设置相应的精度，导出相应的时间序列数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s5中水环境容量的计算方法为：
8.根据权利要求1所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s6具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于雨型分类的水环境容量评估与污染物定量削减方法，其特征在于，所述步骤s6中给出不同雨型下的雨水泵站削减方案，具体为：将无雨水泵站排放情况下的水环境容量记为w1，将有雨水泵站排放情况下的水环境容量记为w2；分析每日w2的水环境容量情况，若在雨水泵站排放后，w0＝w2-w1<0，说明雨水泵站需要设置相应的削减方案，具体削减量应为w0，并给出不同工况的削减率；若在雨水泵站排放后，w0＝w2-w1>0，说明雨水泵站的冲刷作用对考核断面的影响更大，不需要设置削减方案。
