1、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23)浅水水库 水深小于2025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102015.015.0二.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
2、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湖库的营养源与营养负荷 一.主要营养物 SKSSmaxMonod模型 CSKCCSNSKNNSPSKPPSmaxKPPS5.0KNNS KCCS2max91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 miijijlEAI1sjjpPACI2.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 s
3、jjssEI年人/1800800gEsP年人/38003000gEsN（2)工业废水的营养负荷 nkjkkjkEQI14.湖泊、水库的总营养负荷 jkjsjpjljIIIII5.3 湖库的箱式水质模型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 QCsCVIdtdCVcrCsCVIdtdCcVQr 冲刷速度常数 rVSQCQCdtdCV0trsrsVICrsVrsVICccexp)()()(0tVsrICcp)(0QCIc2.吉柯奈尔-迪龙模型 rCVRIdtdCcc)1(mkikiknjojojcCqCqR111滞留系数 rCsCVIdtdCc0QCsCVIsCVRCc)ex
4、p()1()1(0rtrVRICrVRICccccrhRLrVRICccccp)1()1(3.湖库富营养化的判别 氮含量：0.20.3mg/l 磷含量：0.010.02mg/l BOD5：10mg/l 细菌总数：100,000个/ml 叶绿素-a含量：0.01mg/l N:P 12时 14.1lg45.1.lgPCaChl12 N:P 4 时 aChlaChl.min.4.1lg6.0lghLPA7.1lg6.0lghLPA57.2lg6.0lghLNA87.2lg6.0lghLNA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：rhRLCccp)1(（1）分层期模型（夏季模型
5、）上层（温水层）：hEhElMhEEPEPEhEEPEPElEKtKCKVQCKVQCC)exp(/)1()()86400/()/(1KVQKEPEhEhHhHlMhHHPHPHhHHPHPHlHKtKCKVQCKVQCC)exp(/)1()(下层（均温层）：)86400/()/(1KVQKHPHhH)(lEC-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(lMC-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 trsrsVICrsVrsVICccexp)()()(0（2）混合期模型 秋末湖库混合时期，假定翻池时上下两
6、层瞬间完全混合HEHlHElElTVVVCVCC)()()(hhlThpppplMKtKCKVQCVQCC)exp(/)()(（3）非成层期模型hlMCC)()86400/()/(1KVQKphpCpQ-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模型模型-Soil and Water Assessment Tool 1.模型研究目的 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld
7、博士博士1994年开发的。模型开发的最初目的是年开发的。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、水质以及杀虫剂息模拟多种不同的水文物
8、理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。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()ttdaysurfaseepgwiswswRQEwQtsw0swdayRisurfQiaEiseepwigwQi式中：(mm)是土壤最终含水量，(mm)土壤初始含水量，t为时间(day
9、)，(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()ttdaysurfaseepgwiswswRQEwQ3.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 Growth Database、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。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：http:/www.brc.tamus.edu/swat/常见问题见：SWAT-user，http:/ ArcSWAT，http:/
