环境质量评价学05.ppt

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 * * V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： * * 若进一步令 则有 * * tw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 已知湖泊的容积为1.0×107m3，湖泊内CODCr的本底浓度为1.5mg/L，河流入流量5×107m3/a，河流中CODCr浓度为3mg/L， CODCr在湖泊中的沉积速度常数为0.08/a。试求湖泊中CODCr的平衡浓度，及达到平衡浓度的99%所需的时间。 解答：根据题目，得到 * * 根据题意已知：V=107m3，s=0.08/a，r=Q/V=5/a， C0=1.5g/m3，Ic=0.5×108×3 =1.5×108 g/a 当 C/Cp = 0.99 时： 即平衡浓度为2.95g/m3，达到平衡浓度的99%约需 0.77a。 * * 3.2 Kirchner-Dillon模型 Vollenweider模型的困境：营养物在水库中的沉积速率常数s难以确定 解决方案：引入滞留系数Rc，即营养物在湖泊或水库中的滞留分数。此时，模型为： 给定初始条件，当t=0时，C=C0，可得解析解： * * 类似地，可得到平衡浓度为： 滞留系数可根据流入和流出的支流流量和营养物浓度近似计算： * * qoj、Coj分别为出流水流量和营养物浓度；qik、Cik分别为入流水流量和营养物浓度 3.3 分层箱式模型 概述 模型创始：1975年，Snodgrass等提出，用以近似描述水质分层状况 模型建立假设：上层和下层各自满足完全混合模型要求；两层之间存在着紊流扩散传递作用 模型组成：夏季模型和冬季模型，前者考虑上、下分层现象，后者考虑上、下层之间的循环作用 模拟水质组分：正磷酸盐（Po）和偏磷酸盐（Pp） * * * * 模型概化图 夏季分层模型 表层正磷酸盐Poe： 表层偏磷酸盐Ppe： 下层正磷酸盐Poh： * * 下层偏磷酸盐Pph： * * 式中，下标e和h分别代表上层和下层；下标th和s分别代表斜温区和底部沉淀区的界面；p和r表示净衰减速率常数；K表示竖向扩散系数，包括湍流扩散和分子扩散，也包括内波、表层风波及其他过程对热传递或物质穿越斜温层的影响；Z是平均水深；V是箱的体积；A是界面面积；Qj是流入湖泊的流量；Q是流出湖泊的流量；S是磷的沉淀速率常数 冬季循环模型 冬季，由于上部水温下降，密度增加，产生上、下层之间的水量循环，带动磷的循环 正磷酸盐Po循环方程 偏磷酸盐Pp循环方程 式中，下标eu代表富营养区，其余符号意义同前 * * 两模型的衔接 夏季的分层模型和冬季的循环模型可以用秋季或春季的“翻池”过程形成的完全混合状态作为初始条件而衔接起来 此时，整个湖泊中的浓度分布是均匀的，即 * * 3.4 完全混合模型在富营养化判别方面的应用 Vollenweider和Dillon根据大量的富营养化调查数据绘制了湖泊、水库基于磷的富营养化状况判别图 * * 例题分析 某湖泊平均容积为2.0?109m3，水面面积As为3.6?107m2，支流入流量qi为3.1?109m3/a，入流水中磷的平均浓度为Cip=0.52mg/L，支流出流量qo为5.8?108m3/a，测得磷的平均浓度Cop为0.15mg/L，试判断该湖泊的营养状况 解答：（1）图形比较法 计算得到湖泊平均水深：h=55.56m 计算冲刷速率常数：r=0.29/a 计算滞留系数：R =0.95 计算单位面积磷负荷：LP=44.78g/m2?a * * 计算纵坐标：LP(1?R)/r=7.72g/m2 根据判别图，点（55.56, 7.72）位于富营养区域，表明长期的磷排放会导致湖泊富营养化 （2）浓度比较法 计算湖泊磷的平衡浓度：CP=0.14mg/L 计算磷的危险界限：LPD=0.558g/m2?a 根据计算结果，无论从平衡浓度；还是从磷负荷看，均超过富营养化危险界限，长期磷排放会导致湖泊富营养化 * *