水质模型与模拟论文

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1、境保护论文水利与建筑学院水文0901A13090166闫丹丹摘要：水资源开发利用与保护的重要任务是在对水资源质量全面合理评价的基础上根据不同供水目的，提供满足其用水水质要求的，具有一定水量保证的水源。水资源的合理开发与有效利用的前提就是对供水资源数量与质量建立合理模型和进行正确评价。关键词：水质模型水质评价水是一种特殊的资源，支撑着所有的生命。从当前和未来的社会经济发展趋势来看，我国水资源形势不容乐观，我们在过去的快速发展中对水资源的破坏相当严重。水资源短缺和污染等问题C经成为我国可持续发展的瓶颈，更是未

2、来我国实现全面建设小康社会和实现现代化目标所面临的重大挑战之一。水质型缺水问题突出，水资源、水环境的承载能力已不堪重负，多地出现了很突岀的水资源污染导致的严重的环境问题。像太湖的富营养化导致的藻类大量繁殖破坏水体等都是水资源严重破坏，水质得不到有效保障，大自然给予我们的警告。为着力解决新时期水资源的开发、利用、保护和治理等重大问题，加强水资源科学管理，2002年3月国家发改委和水利部联合部署开展全国水资源综合规划编制工作。下面提出几种水质模型和相关理论为基础，结合水资源规划的具体要求及相关标准，来阐述对河

3、流水质评价的方法，为不同水域环境规划以及相关工程措施提供科学依据。1.模型的基本假设以往有关磷排放系数的研究成果表明，流域汇水区内磷的年度产生量与畜禽养殖量和土地利用情况是直接相关的另一方面，相应的一些回归分析则表明，流域内磷的动态输出量（进入水体的负荷量）可近似认为是流域径流量的函数⑶。以上结论就是本文中所讨论的磷模型的基本假设。根据此假设，在年度磷产生总量和径流量之间的关系基础上，可以把一年内磷的总产生量随时间变化进行动态分解。一旦磷进入河流（湖泊）系统，其迁移过程和反应过程则可以用串联的箱式混合模型

4、来模拟。1.模型结构与各个子模型的计算机理2.1模型空间概化将整个流域划分为若干个子流域，每个子流域对应一条河流（或者是干流的一个河段，也可以是支流，并且允许河流上有湖泊水库）的汇流区,然后根据干流和支流的相互关系建立起子流域的上下游关系。在计算中，每一个河段按长度等分为上、下两个串联起来的完全混合的箱子，称为第一个箱子和第二个箱子，并认为两个箱子的停留时间是一样的。2.2面源和点源污染物输入针对每个子流域，分別计算来自点污染源和面污染源的磷负荷。点污染源主要是城镇生活污水和工业污水排放。缺少数据时，可利

5、用人口当量或人均负荷来简单推算生活污水中的磷负荷，例如未经处理的生活污水中一般总磷浓度为4〜15mg/L,平均的人均负荷可取4・5&/人/亿对于面污染源，磷的年度排放总量可以采用典型排放系数（ExportCoefficient）和农业调查数据（包括畜禽养殖数据和土地利用情况）来估算。一般情况下，根据产生总磷的面污染源的不同类型，参见表1,结合各地的特点，通过调查、小区实验或者参考类似地区的排放系数，分别获得不同污染源的磷排放系数。表1中R.为土地磷排放系数，Px为畜禽磷排放系数。每一类排放系数根据当前的数

6、据信息支持情况还可以进…步细化，例如家禽还可划分为鸡、鸭等。面污染源每年产生的总磷负荷ENP(kg/a)可以近似地用(1)式估算。其中，Si为对应不同土地类型的用地面积(km2),Hi为各种畜禽的数量(头)。66%=乞巳匕•比⑴11表1面污染源磷排放系数的主要类型TablelPhosphorousExportCoeffcientofDiffusedPollutionSource用地类型PL(kg•km-2a-l)养殖类型Px(kg•头-la-1)城区用地Pli家禽PX!林地PL2猪Px2草地Plb牛Px3

7、耕地Pli羊Pxi菜地Pls马Px5其它Ke其它Px62.3降雨一径流子模型该子模型的功能是根据降水情况计算出汇水区内的河流出流量。计算过程是：首先根据已知的每日降雨量和蒸发量数据，计算出有效降雨量⑷Uk；Uk的一部分进入土壤中存储起来，另一部分经土壤后形成出流量xl；xl被基流系数k划分为两部分，一部分是地下水kxl,另一部分则直接进入河流体系；kxl中的一部分x2被看作是地下水的出流，即地下水与河流体系的交换部分。河流的入流量x3的计算则包括支流输入、上游输入、点源污水排入、河流取水、地下水交换等部分

8、。其中，上游输入直接进入第一个箱子，对于没有上游输入的子流域，第一个箱子可以被忽略。其它的输入则进入第二个箱子。对于点源污水排放，由于季节性变化不大，可以采用日平均值，或用季节分布系数给予修正。河流取水也从第二个箱子中取走，取水量大小可以根据季节变化来调整，尤其是农业灌溉取水量。河流出流量为x4,是入流量的函数。模型所描述的水流过程和总磷运移过程见图1。模型所描述的基木过程相应的数学公式如下:dx丁.⑵其中，xl为土壤出流量，