五章湖库水质模型课件教学讲义.doc

五章湖库水质模型课件教学讲义 　　 第五章湖泊与水库水质模型5.1湖库的水文、水质特征分析一.湖库的水温结构特性及其类型热容量很大异重流(或密度流)现象深水水库水深大于40米近底水温年内变幅较小(仅2—3℃)浅水水库水深小于20～25米底层的水温年内变化很大湖库的水温结构分层型混合型入流和出流成为水平的层流层流部分滞留部分‘翻池’??湖库水的替换次数和总湖库容量年入湖库总流量??总湖库容量一次洪水流入里量＝?10??20??1??5.0??15.0???二.分层型湖库水温结构三.湖库的水质特性富营养型贫营养型富营养化是指这样一种过程低浮游生物生产率(低营养物输入)的湖泊与水库变成高浮游生物生产率(高营养物输入)的湖泊与水库 　　 结果本来是天蓝色的水体由于藻类的大量生长会变成绿色的水体 　　 先是有少量的硅藻和绿藻，接着就是大量的蓝绿藻，这时水体开始出现臭味，水质变坏 　　 5.2湖库的营养源与营养负荷一.主要营养物S KSS??max??Monod模型S KCCSSKNNSS KPPS??????max??KP PS5.0?KN NS?KC CS2?max91???雷比格最小值定理任何一种有机物的产率都有该种有机物所必须的、在环境中丰度最低的物质所决定。

　　 二.主要营养源于营养负荷计算1.地面径流的营养负荷???miij ijlE AI1s jjpPA CI?2.降水的营养负荷3.人为因素的营养负荷（1)生活污水的营养负荷sj jssEI?年人??/1800~800g EsP年人??/3800~3000g EsN（2)工业废水的营养负荷???nkjk kjkE QI14.湖泊、水库的总营养负荷jk jsjp jljI I III????5.3湖库的箱式水质模型一.完全混合箱式模型1.沃伦威德尔模型QC sCVIdtdCVc???rC sCVIdtdCc???VQr?冲刷速度常数rV SQC QCdtdCV????0????t r sr sVI Cr sVr sVICc c????????exp)()()(0??tV srICcp)(??0QC Ic?2.吉柯奈尔-迪龙模型rCVR IdtdCc c???)1(??????mkik iknjojojcC qCqR111滞留系数rC sCVIdtdCc???0QCsCVIsCVRCc??)exp()1()1(0rtrVR ICrVRICc c????????????rhR LrVRICc cp)1()1(????3.湖库富营养化的判别氮含量>0.2~0.3mg/l磷含量>0.01~0.02mg/l BOD5>10mg/l细菌总数>100,000个/ml叶绿素-a含量>0.01mg/l N:P<4时??9.1lg4.1.lg??NC a ChlN:P>12时??14.1lg45.1.lg??PC a Chl12>N:P>4时????aChlaChl.min.?4.1lg6.0lg??h LPA7.1lg6.0lg??h LPA57.2lg6.0lg??h LNA87.2lg6.0lg??h LNA可接受的磷负荷可接受的氮负荷危险界限磷负荷危险界限氮负荷rhR LCp)1(?? 　　 （1）分层期模型（夏季模型）?上层（温水层）hEhE lM hEE PEPEhEE PEPEl EKtK C K V Q CKVQ CC)exp(]/[/)1()(??????)86400/()/(1K VQ KEPE hE??hHhH lM hHH PHPHhHH PHPHl HKtK CK VQ CKVQ CC)exp(]/[/)1()(???????下层（均温层）)86400/()/(1K VQ KHPH hH??)(l EC-----分层湖库上层的平均浓度；pEC------向分层湖库上层排放的污染物废水量、浓度；PEQ、EV-------分层湖库上层体积)1(?l MC-----分层湖库分层前（非分层期）污染物的平均浓度；二.分层箱式模型????t rsr sVI CrsVr sVICc c????????exp)()()(0式中)(l EC-----分层湖库上层的平均浓度；pEC------向分层湖库上层排放的污染物浓度；PEQ-----排入分层湖库上层的废水量，s m/3；EV-------分层湖库上层体积，3m；)1(?l MC-----分层湖库分层前（非分层期）污染物的平均浓度；)(l HC-----分层湖库下层的平均浓度；PHC------向分层湖库下层排放的污染物浓度；PHQ-----排入分层湖库下层的废水量，s m/3HV-------分层湖库下层体积，3m； 　　 （2）混合期模型?秋末湖库混合时期，假定翻池时上下两层瞬间完全混合H EHl HE lEl TVVV C V CC???)()()(hh lT hp pp plMKt KCK VQCVQ CC)exp(]/[/)()(???? 　　 （3）非成层期模型h lMC C?)()86400/()/(1KVQ Kph??式中)(l TC------分层湖库上下层混合后的污染物平均浓度pCpQ-----污染物排放浓度；------废水排放量；hC------湖库中污染物的现状浓度SWAT模型----Soil andWater AssessmentTool1.模型研究目的?SWAT（Soil andWater AssessmentTool）是由美国农业部（（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural ResearchService）Jeff Amonld博士1994年开发的。

　　 模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响 　　 它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程 　　 2.模型的原理与结构?SWAT是一个物理基础的模型，可以进行连续时间序列的模拟 　　 SWAT模拟的流域水文过程分为水循环的陆面部分（即产流和坡面汇流部分）和水循环的水面部分（即河道汇流部分） 　　 前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；后者决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动 　　 整个水分循环系统遵循水量平衡规律01()tt daysurf aseep gwiswswRQEwQ????????ts w0s wda yRisu rfQiaEis ee pwigwQi式中(mm)是土壤最终含水量，(mm)土壤初始含水量，t为时间(day)，(mm)为第天总降水量，(mm)是第天地表径流总量，(mm)是第天蒸散总量，(mm)第天土壤侧流总量，(mm)第天地下径流总量。

　　 01()tt daysurf aseep gwiswswRQEwQ????????降水灌溉降雨融雪下渗土壤水土壤水分层地表径流土壤水蒸发植物蒸散发壤中流渗漏浅层地下水灌溉潜水蒸发渗透回归流深层地下水输移损失池塘/水库调蓄池塘/水库蒸发灌溉池塘/水库出流池塘/水库渗透灌溉用水输移损失河段出流量灌溉河流3.模型数据处理过程?SWAT模型所需的数据有地形、土壤、土地利用、气象、水文、营养物质等，根据研究目的不同可以选择建立不同的数据库，模型本身带有Land Cover/Plant GrowthDatabase、Urban Database数据库 　　 除此之外，还需要结合研究区域的特点和研究目的，建立用户数据库，其中包括耕作数据库、杀虫剂数据库、营养物质数据库、土壤数据库 　　 DEM地形参数点源数据水库土地利用数据土地利用重分类植被类型属性库土壤数据土壤类型重分类生成HRU气象数据气象站点空间分布Read模型数据土壤类型属性库4.模型的应用?模型的应用主要表现在8个方面 　　 (1)校准与敏感性分析 　　 (2)气候变化模拟 　　 (3)GIS平台描述 　　 (4)水文评价 　　 (5)结构和数据输入效果评价 　　 (6)与其他模型比较 　　 (7)多种模型分析的结合 　　 (8)污染评价在国内，北京示范大学、北京林业大学、河海大学、南京大学、黄河水利委员会、中科院南京地理与湖泊研究所等高校与研究机构都把SWAT模型作为研究的工具，研究范围十分广泛，包括模型的探索与改进，径流分析，土地利用评价，非点源污染研究等等。

　　 5.相关学习资料?模型下载及相关资料见.brc.tamus/swat/?常见问题见SWAT-user，groups.google./group/swatuser?hl=en?ArcSWAT，groups.google./group/ArcSWAT?hl=zh- 　　 　　 内容仅供参考 　　 。