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1、DOI:10.13671/j.hjkxxb.1999.01.008第19卷第1期环境科学学报Vol.19,No.11999年1月ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEJan.,1999＊湖泊暴雨径流水质模拟研究杨具瑞(甘肃农业大学水利系,兰州730070)方铎(四川联合大学)摘要根据暴雨径流污染物浓度变化特点,采用最小二乘法对暴雨期间污染源各监测数据进行回归分析处理,对湖底糙率采用自动调整处理,建立了湖泊暴雨径流水质模型.对滇池湖泊某次暴雨过程的总磷和总氮进行了模拟研究,计算结果表明,该模型应用于滇池湖泊是成功的.关键词暴雨
2、径流;水质模拟;滇池.SimulationonstormrunoffwaterqualityoflakeYANGJurui(GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070)FangDuo(SichuanUnionUniversity)AbstractWaterqualitymonitoringdatacollectedduringstormeventswereanalyzedusingleastsquaretechniquetodevelopawaterqualitymodelforstormrunoff
3、tolakes.Limbicbottonroughnessautomaticadjustmentwasperformedduringthemodeling.ThemodelwasappliedtototalPandNconcentrationinLakeDianchibefore,duringandaftertherainstormevent.KeywordsStormrunoff,waterquality,modeling,Dianchi,lake.1前言近年来,随着人们对点源污染的控制,非点源的污染已日显突出.目前,降雨径流,特别是暴雨
4、径流的非点源污染,已成为湖泊富营养化控制的重要内容之一.由于暴雨产生的径流对地表有强烈的冲刷作用,大量污染物在暴雨径流的冲刷下从地表向湖区迁移.因此,暴雨期间,不但河流的流量变化十分迅速,而且径流中的污染物浓度远远超过非暴雨期.例如,滇池湖泊流域的大青河,暴雨期悬浮物浓度比平时均质高22倍,亚硝酸盐氮则高达163倍;宝象河暴雨期[1]最大悬浮物浓度是非暴雨期的106倍.由于大量污染物在短期内进入湖泊,对湖泊水质产生很大影响.“八五”期间,国内进行了一系列湖泊营养化的调查和典型湖泊营养化的综合防治技术的研究.针对滇池湖泊,中国环境科学研究院等
5、单位对非暴雨期的流场和浓度场分丰、平、枯三期[2]进行了模拟研究.本文在此基础上,针对暴雨径流中污染物浓度变化特点,采用最小二乘法,对暴雨期间污染物浓度进行回归分析处理,对底部糙率采用自动调整处理,并考虑风力、柯氏力及水平粘性项建立了湖泊暴雨径流水质模型,成功地应用于滇池湖泊.本文模型针对暴雨期间水质模拟建立,但对非暴雨期水质模拟同样有效.＊国家自然科学基金项目(编号49371016)38环境科学学报19卷2模型方程的建立根据湖泊宽浅型水域的特点,可以假定压力沿水深方向为静压分布,考虑到暴雨径流流量和污染物浓度的变化特点,不考虑水密度的变化
6、,将三维方程沿水深积分,建立垂向平均化的二维基本方程如下:ζ(Hu)(Hv)+++s(t)=0(1)txy22τ22uuuζgu+vsxuuas(2)+u+v=-g+fv-′2u++ε2+2txyxcHρHxy22τ22vvvζgu,+lvsyvv(3)+u+v=-g-fu-′2v++ε2+2txyycHρHxy22ccccc+u+v=Dx2+Dy2+f(c,t)(4)txyxy其中,ζ为从水平面算起的水位高度;s(t)=s′+s′(t)为源汇项,s′为蒸发降雨及库容变化的总量,s′(t)为暴雨中源汇项;f(c,t)=f(c)+f′(t)为
7、水质源汇项,f(c)为暴雨前源汇项;f′(t)为暴雨中源汇项;f为科氏力系数;τsx、τsy分别为水面x、y方向风应力;H为水深;c为污染物浓度;c′为谢才系数;Dx,Dy分别为x,y方向水质扩散系数;ε为水平方向涡动粘性系数;u、v分别为x、y方向垂向平均速度分量.00初始条件:ζ(x,y,0)=ζ(x,y)u(x,y,0)=u(x,y)00v(x,y,0)=v(x,y)c(x,y,0)=c(x,y)(全域)其中带上标“0”的值为已知,如从静止状态算起可取零.ζ为从水平面算起的水位高度,u,v分别为x,y方向平均速度分量,c为污染物浓度.
8、边界条件:陆地边界采用滑移条件:ccv·n=0(沿岸滑移)Dxnx+Dyny=0xy000取水口v·n·h=Q取排水口v·n·h=-Q排c=c排;在水边界上,根据实测资料进行率定
