环境质量评价学1

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1、环境质量评价与系统分析（四）主讲：冯流四、湖泊与水库水质模型1、湖库的水文、水质特征与河流比，流速小，污染物停留时间长水质的分层分布、存在斜温层水生生态系统相对封闭2021/8/1722、湖库的富营养化问题2.1湖泊富营养化定义湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体中藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态和水功能受到阻碍和破坏的现象。2021/8/1732021/8/174贫营养富营养沼泽死亡从湖泊的发展历程看，由贫营养向富营养的过渡是一个正常演变过程，只是在自然状态下，这个过

2、程进展非常缓慢而已；但是富营养进程会由于人类大规模的活动而大大提速，进而缩短湖泊的自然演替周期2.2富营养化的控制因子2021/8/175限制性营养物质温度和照度湖泊形态溶解氧和pH2021/8/1762.3营养物质对富营养化的影响2.3.1限制性营养物质因子藻类生长的营养物质需求2021/8/177元素含量元素含量元素含量氧80.5磷0.08锰0.0007氢9.7镁0.07锌0.0003碳6.5硫0.06铜0.0001硅1.3氯0.06钼0.00005氮0.7钠0.04钴0.000002钙0.4铁0.02P/N≈1:9钾0.3硼0.001淡水藻

3、类各种元素的湿重含量（%）营养物质对藻类生长的影响Liebig最小值定理：任何一种有机物的产率都由该种有机物所必需的、在环境中丰度最低的物质决定Monod模型：描述生物生长速率与营养物质含量关系的方程为微生物的生长速率；max为微生物的最大生长速率；S为营养物质的实际浓度；KS为营养物质的半饱和浓度2021/8/178实际中单营养成分控制的情形很少，藻类生长往往受到一种以上营养物质的制约，如碳、氮、磷等。其增长速率将大大降低，为：2021/8/179限制性营养物质因子结论：1）自然条件下磷的丰度一般偏低，成为限制性营养物质控制因子2）工业污染

4、导致自然界磷的含量上升，使得磷/氮比提高，氮和磷同时成为限制性营养物质控制因子2.3.2营养源与营养负荷主要营养源及其来源2021/8/1710类型来源外源点源工业废水城镇生活污水固体废物处置场面源矿区地表径流城镇地表径流农牧区地表径流大气降尘大气降水水体投饵养殖水面娱乐活动废弃物水土流失及土壤侵蚀内源底泥及沉积物营养物质入湖途径2021/8/1711点源污染非点源污染地下水河渠湖泊水库降尘降水养殖投饵2021/8/1712营养负荷地面径流的营养负荷，Ijl降水的营养负荷，Ijp人为因素营养负荷生活污水营养负荷，Ijs工业污水营养负荷，Ijk湖泊

5、水库的总营养平衡2021/8/17132.4湖库富营养化判别标准2.4.1判别指标物理指标：透明度、水温、光强等，透明度最常用化学指标：与藻类增殖直接相关的DO、CO2、COD以及营养盐等指标生物学指标：藻类现存量（叶绿素）、生物指标（调查特定生物出现的状况）、多样性指数（调查群集生物的多样性）、藻类增殖的潜在能力2021/8/17142.4.2判别标准总氮（TN）＞0.2~0.3mg/L总磷（TP）＞0.01~0.02mg/LBOD5＞10mg/LpH＞7~9细菌总数＞100000个/L叶绿素a（chla）＞0.01mg/L富营养化的水质条件水

6、质达到表中状态，有可能引起富营养化2021/8/1715Vollenweider临界负荷法可接受的磷负荷LPA（mg/m2a）磷的危险临界负荷LPD（mg/m2a）可接受的氮负荷LNA（mg/m2a）氮的危险临界负荷LND（mg/m2a）2021/8/1716h为湖库的水深（m）3、湖库完全混合箱式模型3.1Vollenweider模型概述模型创始：R.A.Vollenweider在20世纪70年代初期研究北美大湖时提出适用对象：停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊水库模型假定：湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化率，是输入、输出和在湖

7、泊内沉积的该种营养物量的函数2021/8/1717模型不足：不能描述发生在湖泊内的物理、化学和生物过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分层，是只考虑输入—输出关系的模型模型基本形式及其解析解模型基本形式2021/8/1718V为湖泊水库容积；C为某种营养物的浓度；Ic为该营养物质的总负荷；s为该营养物在湖泊水库中的沉积速率常数；Q为湖泊出流流量引入冲刷速率常数r（令r=Q/V），则得到：在给定初始条件：t=0时，C=C0，可得解析解在湖泊、水库的出流、入流流量及营养物输入稳定的情况下，当t时，可达到营养物的平衡浓度Cp：2021/8/1719若进

8、一步令则有2021/8/1720tw为湖泊水库的水力停留时间；As为湖泊水库的水面面积；h为平均水深；Lc为单位面积营养负荷例题分析已知