本发明属于水环境工程技术领域，特别提供一种基于环境容量的污染源排污许可量分配方法。
背景技术：
我国实施的排污许可分配包含两方面：基于目标总量的排污许可分配及基于水质改善的排污许可分配。目前已经核发的排污许可证，是基于目标总量的排污许可分配，与水环境质量未直接关联或响应，是以行业排放标准、地方排放标准为基础，确定许可的排放浓度及排放量限值，未充分考虑流域水环境质量状况、水功能目标及其他水环境管理要求。
技术实现要素：
为了支持“水十条”达标方案的实现，提升流域水环境科技管理能力，本发明公开了一种基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，同时考虑断面水质达标、不同类型控制单元差异化管理等因素，并充分考虑了污染源的经济、环境、社会属性，为流域水环境精细化管理奠定基础。
本发明的技术方案是：基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，包括以下操作步骤：
步骤1：数据采集；
步骤2：建立污染物输入与水质响应关系；
步骤3：建立环境容量模拟模型，计算环境容量；
步骤4：建立环境容量分配模型，将水环境容量分配至各污染源。
在步骤1中，调查与收集流域的水文、水力、水质资料，包括流速、流量、水位及污染因子的浓度值；同时收集流域内的排污口、支流、取水口及污染源资料，包括污水治理技术、排放量、排污去向和方式、污染物排放浓度、污染源gdp产值、污染源承载就业人数、污染源水资源使用量，取水量及取水方式。
在步骤2中，结合水文条件和上下游水质限制条件进行污染物输入与水质响应计算，其表达式如下：
cij＝aij×wj
式中，cij为污染源j排放的污染物量在水质断面i处形成的浓度，量纲为mg/l；aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)。
在步骤3中，环境容量的计算以污染物排放量最大为目标，表达式为：
目标函数：
约束方程：
式中，m为环境容量(t/a)；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)，n为污染源的数量；aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；bi为第i个控制断面的背景浓度(mg/l)；si为第i个控制断面的水质目标(mg/l)。
在步骤4中，建立点源排污许可量分配模型，确定各污染源分配系数；选取污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量多个参数作为评价指标，采用专家咨询的方式进行对各指标进行赋权，综合计算各污染源的分配系数，最终确定各污染源排污许可量，表达式为：
式中，m为环境容量(t/a)；wj*为第j个污染源的污染分配量(t/a)；kj为第j个污染源分配系数；wj,max为第j个污染源的最大排放量(t/a)。
污染源分配系数kj的确定，采用定性分析和定量分析相结合的方法，选取污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量等x个参数作为评价指标，采用专家咨询的方式进行对各指标进行赋权，综合计算各污染源分配系数，最终确定各污染源排污许可量。表达式如下：
式中kj为第j个污染源分配系数；f1、f2…fx为各指标权重系数，由专家组赋权计算得出，且f1 f2 … fx＝1；pj、gj…dj为第j个污染源的参数指标，pj’、gj’…dj’为第j个污染源的参数值。
本发明具有以下有益的效果：
本发明是建立在污染源排放量与水质响应关系基础上的，利用线性规划计算了流域内的最大允许纳污量；在把握公平和效益原则下，建立了排污许可分配模型，充分反映了污染源的社会、经济和环境属性；通过流域的水环境模拟，将流域管理目标细化为对污染源的管理，为排污许可制度的实施提供技术支持。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
以下结合实际应用，说明本发明的具体实施方式，下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明涉及的理论包括水质模拟理论，规划优化理论等，本发明是在实际监测和数值模拟的基础上，利用水质模拟理论确定了污染源与水质的响应关系，利用规划优化理论确定了流域的环境容量，将定性分析和定量分析相结合，确定各污染源排污许可分配量。
以辽河流域的某一级支流为例，由于该流域河流宽度和深度较小，污染物以点源的形式排入河流后能够迅速在全断面均匀混合，因此本实施例选用一维水质模型进行计算。
步骤1：数据采集
调查与收集水域水文、水力、水质资料，包括流速、流量、水位及污染因子的浓度值等；
收集流域内的污染源、支流、取水口等资料，包括污水治理技术、排放量、排污去向和方式、污染物排放浓度、污染源gdp产值、污染源承载就业人数、污染源水资源使用量，取水量及取水方式等；
对污染源进行概化，明确各污染源与支流、干流的产汇关系；利用水力学、水文学计算方法，确定各参数，如：流量、流速、降解系数。
步骤2：建立污染物输入与水质响应关系，其表达式如下：
cij＝aij×wj
式中，cij为污染源j的污染物输入量在水质断面i处形成的浓度，量纲为mg/l，aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)。
aij根据河流污染物一维稳态衰减规律的微分方程得:
式中，qp为上游来水设计流量，(m3/s)；u为河流断面平均流速，(m/s)；x为沿程距离，(km)；k—衰减系数，(d-1)。
步骤3：构建环境容量模拟模型，环境容量的计算以污染物排放量最大为目标，表达式为：
目标函数：
约束方程：
式中，m为环境容量(t/a)；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)，n为污染源的数量；aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；bi为第i个控制断面的背景浓度(mg/l)；si为第i个控制断面的水质目标(mg/l)。
步骤4：建立环境容量分配模型，将可分配水环境容量分配至各污染源；容量分配的模型表达式为：
式中，m为环境容量(t/a)；wj*为第j个污染源的污染分配量(t/a)；kj为第j个污染源分配系数，wj,max为第j个污染源的最大排放量(t/a)。
建立点源排污许可量分配模型，确定各污染源分配系数。本实施例选取污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量3个参数作为评价指标，采用专家咨询的方式进行对各指标进行赋权，综合计算各污染源分配系数，最终确定各污染源排污许可量。表达式如下：
式中kj为第j个污染源分配系数；f1、f2、f3为各指标权重系数，由专家组赋权计算得出，且f1 f2 f3＝1；pj、gj、dj为第j个污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量指标；pj’、gj’、dj’为第j个污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量的实际数值。
根据上述过程可计算该流域内污染源的排污许可量。
本发明针对环境管理的要求，基于环境容量，考虑污染源的分布、排放等特点，提出了排污许可分配的方法，将流域管理目标细化为对污染源的管理，为排污许可制度的实施提供技术支持。
本发明方法所公开的技术不仅限于上述技术方法所公开的内容，还包括根据以上技术特征进行相应的变形和改变。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤1：数据采集；
步骤2：建立污染物输入与水质响应关系；
步骤3：建立环境容量模拟模型，计算环境容量；
步骤4：建立环境容量分配模型，将水环境容量分配至各污染源。
2.按照权利要求1所述的基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，其特征在于，在步骤1中，调查与收集流域的水文、水力、水质资料，包括流速、流量、水位及污染因子的浓度值；同时收集流域内的排污口、支流、取水口及污染源资料，包括污水治理技术、排放量、排污去向和方式、污染物排放浓度、污染源gdp产值、污染源承载就业人数、污染源水资源使用量，取水量及取水方式。
3.按照权利要求1所述的基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，其特征在于，在步骤2中，结合水文条件和上下游水质限制条件进行污染物输入与水质响应计算，其表达式如下：
cij＝aij×wj
式中，cij为污染源j排放的污染物量在水质断面i处形成的浓度，量纲为mg/l；aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)。
4.按照权利要求1所述的基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，其特征在于，在步骤3中，环境容量的计算以污染物排放量最大为目标，表达式为：
目标函数：
约束方程：
式中，m为环境容量(t/a)；wj为第j个污染源的污染排放量(g/s)，n为污染源的数量；aij为第j个污染源在第i个控制断面的响应系数(mg·s/l·g)，可由水质模拟计算得到；bi为第i个控制断面的背景浓度(mg/l)；si为第i个控制断面的水质目标(mg/l)。
5.按照权利要求1所述的基于环境容量的污染源排污许可量分配方法，其特征在于，在步骤4中，建立点源排污许可量分配模型，确定各污染源分配系数；选取污染源的就业人口承载量、gdp产值、污染物排放量多个参数作为评价指标，采用专家咨询的方式进行对各指标进行赋权，综合计算各污染源的分配系数，最终确定各污染源排污许可量，表达式为：
式中，m为环境容量(t/a)；wj*为第j个污染源的污染分配量(t/a)；kj为第j个污染源排放许可分配系数。
技术总结