本發(fā)明屬于水環(huán)境污染控制領域，具體涉及一種前置庫容積的確定方法及確定系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，隨著水庫流域(水源地)內(nèi)人口的不斷增加，村社城鎮(zhèn)化腳步的不斷加快，以及流域內(nèi)農(nóng)牧業(yè)等不斷發(fā)展，流域內(nèi)人均排污量以及各種農(nóng)牧業(yè)污染物的排放量也不斷增加。大量農(nóng)藥、化肥、牲畜糞便、垃圾和工礦業(yè)污染物等進入庫區(qū)，致使水庫水質(zhì)不斷惡化，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴重，甚至出現(xiàn)水華爆發(fā)等現(xiàn)象，嚴重影響水庫供水安全。
前置庫技術作為一種新型生態(tài)污水凈化處理工藝，是利用前置庫濕地從上游到下游的水質(zhì)污染物濃度變化梯度特點，根據(jù)水庫流域地形條件、各入庫河道的水力學特性條件，在入庫河道的末端修建一個或者若干個子庫與主庫相連，通過延長水力停留時間，促進水中泥沙及營養(yǎng)鹽的沉降，同時利用子庫中大型水生植物、藻類等進一步吸收、吸附、攔截營養(yǎng)鹽，從而降低進入下一級子庫或者主庫水中的營養(yǎng)鹽含量，抑制主庫中藻類過渡繁殖，減緩富營養(yǎng)化進程，改善水質(zhì)。
目前，在前置庫工程設計過程中，如何確定前置庫庫容設計規(guī)模，使入庫徑流中的污染物能被有效去除，獲得污水處理與資源化的最佳效益，是持續(xù)有效改進前置庫去污效果所亟需解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種前置庫容積的確定方法及確定系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的技術方案為：一種前置庫容積的確定方法包括以下步驟：收集水文站實測水文資料和雨量站降水資料；審查實測系列水文資料的可靠性、一致性和代表性，對于不滿足可靠性、一致性和代表性的實測系列水文資料進行修正；選取進入汛期后的第一場洪水，對于有實測水文資料的地區(qū)通過流量資料計算設計洪水水量，對于缺乏資料條件的地區(qū)通過暴雨途徑計算設計洪水水量；根據(jù)干旱半干旱地區(qū)的實際情況，選擇高頻洪水水量確定前置庫容積，前置庫容積與第一場洪水水量相等。
進一步地，所述實測水文資料包括歷年洪水水文要素摘錄表和逐日平均流量表，所述實測降水資料包括逐日降水量表。
進一步地，所述收集水文站實測水文資料和降水資料的步驟中，收集30年以上的所述實測水文資料。
進一步地，所述高頻洪水為2～5年一遇的洪水。
進一步地，所述審查實測系列水文資料的可靠性、一致性和代表性的具體過程為：實測水文系列資料的可靠性通過歷年水位流量關系的比較，上下游及干支流的水量平衡，降雨徑流關系進行審查；實測水文系列資料的一致性采用分項調(diào)查法、降雨徑流模式法、相關分析法、雙累積曲線法、時間序列提取趨勢項法，以及考慮上游水利工程影響的還原計算方法進行審查；實測水文系列資料的代表性采用周期性分析、長系列參證變量的比較分析、差積曲線法、累計平均過程線法和滑動平均法進行審查。
進一步地，所述對于有實測水文資料的地區(qū)通過流量資料計算設計洪水水量的具體過程為：
從有實測水文資料的首年起，統(tǒng)計歷年的第一場洪水的洪峰流量和時段洪量，選取歷年第一場洪水的洪峰流量的最大值和時段洪量的最大值，將歷年第一場洪水的洪峰流量的最大值組成洪峰流量系列，將歷年第一場洪水的時段洪量的最大值組成時段洪量系列；
頻率曲線的統(tǒng)計參數(shù)采用均值變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs表示，采用矩法估算參數(shù)初值；對于n年連續(xù)系列，矩形法計算各統(tǒng)計參數(shù)的公式為：
頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型曲線，利用皮爾遜Ⅲ型曲線進行適線調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)，采用適線法選定最優(yōu)的頻率曲線的統(tǒng)計參數(shù)；
通過對洪峰流量和時段洪量系列進行頻率分析計算，得到第一場洪水的各頻率設計洪峰和時段洪量成果；根據(jù)與上下游、干支流和鄰近流域已有成果進行比較，對洪峰流量和時段洪量頻率分析成果進行合理性檢查；
采用放大典型洪水過程線的方法計算設計洪水過程線，計算得到設計洪水水量。
更進一步地，放大典型洪水過程線時，根據(jù)工程和流域的洪水特性選擇同頻率放大法或同倍比放大法。
進一步地，所述對于缺乏資料條件的地區(qū)通過暴雨途徑計算設計洪水水量的具體過程為：設計面雨量的計算采用直接法或間接法，當流域面積小于或等于50km2時，采用設計點雨量替代設計面暴雨量；根據(jù)設計暴雨成果，采用地區(qū)水文手冊方法計算設計洪水水量。
更進一步地，所述地區(qū)水文手冊方法包括地區(qū)經(jīng)驗公式、推理公式和瞬時單位線。
一種前置庫容積的確定系統(tǒng)，包括資料收集模塊、資料審查模塊、設計洪水水量計算模塊和前置庫容積輸出模塊；
所述資料收集模塊用于收集水文站實測水文資料和降水資料；所述實測水文資料包括歷年洪水水文要素摘錄表和逐日平均流量表，所述實測降水資料包括逐日降水量表；
所述資料審查模塊用于審查實測系列水文資料的可靠性、一致性和代表性；
所述設計洪水水量計算模塊用于計算設計洪水水量，其中，對于有實測水文資料的地區(qū)通過流量資料計算設計洪水水量，對于缺乏資料條件的地區(qū)通過暴雨途徑計算設計洪水水量；
所述前置庫容積輸出模塊用于根據(jù)第一場洪水水量輸出前置庫容積。
由于采用以上技術方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過水庫流域每年的第一場攜污能力最大的洪水來確定前置庫容積的規(guī)模，有效地減少水源地污染物的入庫總量，獲得污水處理與資源化的最佳效益。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種前置庫容積的確定方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種前置庫容積的確定方法，其包括以下步驟：
S1、收集水文站實測水文資料和雨量站降水資料，其中，實測水文資料包括歷年洪水水文要素摘錄表和逐日平均流量表等資料，實測降水資料包括逐日降水量表。進一步地，一般收集不少于30年的實測水文資料。
S2、審查實測系列水文資料的可靠性、一致性和代表性，對于不滿足可靠性、一致性和代表性的實測系列水文資料進行修正，其具體過程為：
實測水文系列資料的可靠性可通過歷年水位流量關系的比較，上下游及干支流的水量平衡，降雨徑流關系等進行審查。
實測水文系列資料的一致性可采用分項調(diào)查法、降雨徑流模式法、相關分析法、雙累積曲線法、時間序列提取趨勢項法，以及考慮上游水利工程影響的還原計算等方法進行審查。
實測水文系列資料的代表性常用周期性分析、長系列參證變量的比較分析、差積曲線法、累計平均過程線法和滑動平均法等方法進行審查。
S3、選取進入汛期后的第一場洪水，對于有實測水文資料的地區(qū)通過流量資料計算設計洪水水量，對于無實測水文資料的地區(qū)通過暴雨資料計算設計洪水水量。其中，北方干旱半干旱地區(qū)的汛期一般從6月起。
1)對于有實測水文資料的地區(qū)，從有實測水文資料的首年起，統(tǒng)計歷年的第一場洪水的洪峰流量和時段洪量，選取歷年第一場洪水的洪峰流量的最大值和時段洪量的最大值，將歷年第一場洪水的洪峰流量的最大值組成洪峰流量系列，將歷年第一場洪水的時段洪量的最大值組成時段洪量系列。
頻率曲線的統(tǒng)計參數(shù)采用均值變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs表示，采用矩法估算參數(shù)初值。對于n年連續(xù)系列，矩形法計算各統(tǒng)計參數(shù)的公式為：
頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型曲線，利用皮爾遜Ⅲ型曲線進行適線調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)，采用適線法選定最優(yōu)的頻率曲線的統(tǒng)計參數(shù)。
通過對洪峰流量和時段洪量系列進行頻率分析計算，得到第一場洪水的各頻率設計洪峰和時段洪量成果。根據(jù)與上下游、干支流和鄰近流域已有成果進行比較等方法對洪峰流量和時段洪量頻率分析成果進行合理性檢查。
采用放大典型洪水過程線的方法計算設計洪水過程線，計算得到設計洪水水量。需要說明的是，典型洪水過程線的選擇，需考慮反映地區(qū)洪水特性、對工程運用較不利的場次洪水。放大典型洪水過程線時，可根據(jù)工程和流域的洪水特性選擇同頻率放大法或同倍比放大法。
2)對于缺乏資料條件的地區(qū)，使用地區(qū)暴雨圖集(水文手冊)計算設計暴雨。設計面雨量的計算通常有直接法和間接法兩種，如采用泰森多邊形等方法計算面雨量。當流域面積小于或等于50km2時，可采用設計點雨量替代設計面暴雨量。
根據(jù)上述設計暴雨成果，采用地區(qū)水文手冊方法計算設計洪水水量。其中，地區(qū)水文手冊方法包括地區(qū)經(jīng)驗公式、推理公式和瞬時單位線等。
S4、根據(jù)干旱半干旱地區(qū)的實際情況，選擇高頻洪水(2～5年一遇)的第一場洪水水量確定前置庫容積，前置庫容積與第一場洪水水量相等。
基于本發(fā)明前置庫容積的確定方法，本發(fā)明還提供了一種前置庫容積的確定系統(tǒng)，其包括資料收集模塊、資料審查模塊、設計洪水水量計算模塊和前置庫容積輸出模塊。
資料收集模塊用于收集水文站實測水文資料和降水資料。實測水文資料包括歷年洪水水文要素摘錄表和逐日平均流量表等資料，實測降水資料包括逐日降水量表。
資料審查模塊用于審查實測系列水文資料的可靠性、一致性和代表性，對于不滿足可靠性、一致性和代表性的實測系列水文資料進行修正。
設計洪水水量計算模塊用于計算設計洪水水量，其中，對于有實測水文資料的地區(qū)通過流量資料計算設計洪水水量，對于無實測水文資料的地區(qū)通過暴雨資料計算設計洪水水量。
前置庫容積輸出模塊用于根據(jù)第一場洪水水量輸出前置庫容積。
下面舉例說明本發(fā)明前置庫容積的確定方法計算的實例，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。
實施例
若已知某水庫流域從東北向西南走向呈不規(guī)則狹長矩形區(qū)域。該水庫流域東西長約42.7km，南北寬約37.7km，流域覆蓋面積755km2。該水庫流域地勢東北高西南低，高程在50m至1421m之間，最大高差為1371m。該水庫流域內(nèi)主要有四條支流匯入水庫。
根據(jù)入庫四條支流河道水文站實測1963～2014年共52年的入庫實測水文資料，分析計算歷年第一場洪水的洪峰流量和時段洪量，選取最大值組成系列。其中，實測水文資料包括歷年洪水要素摘錄表和逐日平均流量表等資料。
頻率曲線的統(tǒng)計參數(shù)采用均值變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs表示，采用矩法估算參數(shù)初值，采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行適線調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)，并進行合理性分析后，得到各支流測站不同頻率的第一場洪水的洪峰流量和時段洪量成果。
根據(jù)各入庫河道控制流域面積與水文測站集水面積，采用水文比擬法計算入庫各河道頭場洪水洪峰和時段洪量成果。各入庫河道第一場洪水計算成果如表1所示。
四條入庫河流第一場洪水過程線采用同頻率放大法。典型洪水過程線是放大的基礎，從實測洪水資料中選擇典型時，同時應考慮下列條件：①選擇峰高量大的洪水過程線，其洪水特征接近于設計條件下的稀遇洪水情況；②要求洪水過程線具有一定的代表性，即它的發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、洪峰次數(shù)、峰量關系等能代表本流域上大洪水的特性。
選取2012年該水庫入庫第一場洪水過程線作為典型。
表1入庫河道第一場洪水計算成果表
該水庫四條支流入庫口各設置一個前置庫生態(tài)系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)來水在前置庫區(qū)的滯留時間，使徑流污水中的泥沙和吸附在泥沙上的污染物質(zhì)在前置庫沉降；利用前置庫生態(tài)系統(tǒng)吸收去除水體和底泥中的污染物，使水體得到凈化。經(jīng)前置庫濕地凈化后的水體再排入水庫。
根據(jù)各河流入庫口地形條件，充分利用河口地形條件加大濕地面積，確保河道污水通過前置庫生態(tài)濕地凈化后再排入水庫?？紤]支流河道入庫口地形地貌條件、不同頻率洪水時段洪量、當?shù)厥┕l件、施工期土石方工程量平衡以及棄土棄渣量等綜合因素，水庫前置庫采用經(jīng)計算的以能夠容納3年一遇的第一場雨洪量為原則。支流Ⅰ的第一場雨洪量為169萬m3，前置庫容積為169萬m3；支流Ⅱ的第一場雨洪量為144萬m3，前置庫容積為144萬m3；支流Ⅲ的第一場雨洪量為34萬m3，前置庫容積為34萬m3；支流Ⅳ的第一場雨洪量為29萬m3，前置庫的容積為29萬m3。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。