教學第五章-湖庫水質模型課件

第五章湖泊與水庫水質模型第五章湖泊與水庫水質模型5.1湖庫的水文、水質特征分析

一.湖庫的水溫結構特性及其類型

熱容量很大異重流(或密度流)現(xiàn)象深水水庫水深大于40米近底水溫年內(nèi)變幅較小(僅2—3℃)淺水水庫水深小于20～25米底層的水溫年內(nèi)變化很大湖庫的水溫結構分層型混合型入流和出流成為水平的層流層流部分滯留部分‘翻池’湖庫水的替換次數(shù)和

5.1湖庫的水文、水質特征分析一.湖庫的水溫結構特二.分層型湖庫水溫結構

二.分層型湖庫水溫結構三.湖庫的水質特性

富營養(yǎng)型

貧營養(yǎng)型

富營養(yǎng)化是指這樣一種過程：低浮游生物生產(chǎn)率(低營養(yǎng)物輸入)的湖泊與水庫變成高浮游生物生產(chǎn)率(高營養(yǎng)物輸入)的湖泊與水庫。結果本來是天藍色的水體由于藻類的大量生長會變成綠色的水體。先是有少量的硅藻和綠藻，接著就是大量的藍綠藻，這時水體開始出現(xiàn)臭味，水質變壞。三.湖庫的水質特性富營養(yǎng)型貧營養(yǎng)型富第五章-湖庫水質模型課件5.2湖庫的營養(yǎng)源與營養(yǎng)負荷

一.主要營養(yǎng)物

5.2湖庫的營養(yǎng)源與營養(yǎng)負荷一.主要營養(yǎng)物Monod模型

雷比格最小值定理：任何一種有機物的產(chǎn)率都有該種有機物所必須的、在環(huán)境中豐度最低的物質所決定。Monod模型雷比格最小值定理：任何一種有機物的產(chǎn)率都有該二.主要營養(yǎng)源于營養(yǎng)負荷計算

1.地面徑流的營養(yǎng)負荷

二.主要營養(yǎng)源于營養(yǎng)負荷計算1.地面徑流的營養(yǎng)負荷2.降水的營養(yǎng)負荷

3.人為因素的營養(yǎng)負荷

（1)生活污水的營養(yǎng)負荷

2.降水的營養(yǎng)負荷3.人為因素的營養(yǎng)負荷（1)生活污水（2)工業(yè)廢水的營養(yǎng)負荷

4.湖泊、水庫的總營養(yǎng)負荷

（2)工業(yè)廢水的營養(yǎng)負荷4.湖泊、水庫的總營養(yǎng)負荷5.3湖庫的箱式水質模型

一.完全混合箱式模型

1.沃倫威德爾模型

沖刷速度常數(shù)

5.3湖庫的箱式水質模型一.完全混合箱式模型1.2.吉柯奈爾-迪龍模型

滯留系數(shù)

2.吉柯奈爾-迪龍模型滯留系數(shù)3.湖庫富營養(yǎng)化的判別

氮含量：>0.2~0.3mg/l

磷含量：>0.01~0.02mg/l

BOD5：>10mg/l

細菌總數(shù)：>100,000個/ml

葉綠素-a含量：>0.01mg/l

N:P<4時

N:P>12時

12>N:P>4時

可接受的磷負荷：

可接受的氮負荷：

危險界限磷負荷：

危險界限氮負荷：

3.湖庫富營養(yǎng)化的判別氮含量：>0.2~0.3mg/l第五章-湖庫水質模型課件第五章-湖庫水質模型課件第五章-湖庫水質模型課件（1）分層期模型（夏季模型）上層（溫水層）：下層（均溫層）：-----分層湖庫上層的平均濃度；

------向分層湖庫上層排放的污染物廢水量、濃度；

、-------分層湖庫上層體積

-----分層湖庫分層前（非分層期）污染物的平均濃度；

二.分層箱式模型

（1）分層期模型（夏季模型）下層（均溫層）：-----分層湖第五章-湖庫水質模型課件（2）混合期模型

秋末湖庫混合時期，假定翻池時上下兩層瞬間完全混合（3）非成層期模型-----污染物排放濃度；------廢水排放量；

------湖庫中污染物的現(xiàn)狀濃度

（2）混合期模型（3）非成層期模型-----污染物排第五章-湖庫水質模型課件SWAT模型

----SoilandWaterAssessmentToolSWAT模型----SoilandWaterAsse1.模型研究目的SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）是由美國農(nóng)業(yè)部（USDA）的農(nóng)業(yè)研究中心（ARS，AgriculturalResearchService）JeffAmonld博士1994年開發(fā)的。模型開發(fā)的最初目的是為了預測在大流域復雜多變的土壤類型、土地利用方式和管理措施條件下，土地管理對水分、泥沙和化學物質的長期影響。它是一種基于GIS基礎之上的分布式流域水文模型，近年來得到了快速的發(fā)展和應用，主要是利用遙感和地理信息系統(tǒng)提供的空間信息模擬多種不同的水文物理化學過程，如水量、水質以及殺蟲劑的輸移與轉化過程。

1.模型研究目的SWAT（SoilandWater2.模型的原理與結構SWAT是一個物理基礎的模型，可以進行連續(xù)時間序列的模擬。SWAT模擬的流域水文過程分為水循環(huán)的陸面部分（即產(chǎn)流和坡面匯流部分）和水循環(huán)的水面部分（即河道匯流部分）。前者控制著每個子流域內(nèi)主河道的水、沙、營養(yǎng)物質和化學物質等的輸入量；后者決定水、沙等物質從河網(wǎng)向流域出口的輸移運動。整個水分循環(huán)系統(tǒng)遵循水量平衡規(guī)律：2.模型的原理與結構SWAT是一個物理基礎的模型，可以進式中：(mm)是土壤最終含水量，(mm)土壤初始含水量，t為時間(day)，(mm)為第天總降水量，(mm)是第天地表徑流總量，(mm)是第天蒸散總量，(mm)第天土壤側流總量，(mm)第天地下徑流總量。

式中：(mm)是土壤最終含水量，(mm)土壤初始含水量，t為第五章-湖庫水質模型課件3.模型數(shù)據(jù)處理過程SWAT模型所需的數(shù)據(jù)有地形、土壤、土地利用、氣象、水文、營養(yǎng)物質等，根據(jù)研究目的不同可以選擇建立不同的數(shù)據(jù)庫，模型本身帶有LandCover/PlantGrowthDatabase、UrbanDatabase數(shù)據(jù)庫。除此之外，還需要結合研究區(qū)域的特點和研究目的，建立用戶數(shù)據(jù)庫，其中包括耕作數(shù)據(jù)庫、殺蟲劑數(shù)據(jù)庫、營養(yǎng)物質數(shù)據(jù)庫、土壤數(shù)據(jù)庫。

3.模型數(shù)據(jù)處理過程SWAT模型所需的數(shù)據(jù)有地形、土壤、土4.模型的應用模型的應用主要表現(xiàn)在8個方面：(1)校準與敏感性分析(2)氣候變化模擬(3)GIS平臺描述(4)水文評價(5)結構和數(shù)據(jù)輸入效果評價(6)與其他模型比較(7)多種模型分析的結合(8)污染評價在國內(nèi)，北京示范大學、北京林業(yè)大學、河海大學、南京大學、黃河水利委員會、中科院南京地理與湖泊研究所等高校與研究機構都把SWAT模型作為研究的工具，研究范圍十分廣泛，包括模型的探索與改進，徑流分析，土地利用評價，非點源污染研究等等。4.模型的應用模型的應用主要表現(xiàn)在8個方面：5.相關學習資料模型下載及相關資料見：/swat/常見問題見：SWAT-user，/group/swatuser?hl=enArcSWAT，/group/ArcSWAT?hl=zh-CN5.相關學習資料模型下載及相關資料見：http://ww第五章湖泊與水庫水質模型第五章湖泊與水庫水質模型5.1湖庫的水文、水質特征分析

一.湖庫的水溫結構特性及其類型

熱容量很大異重流(或密度流)現(xiàn)象深水水庫水深大于40米近底水溫年內(nèi)變幅較小(僅2—3℃)淺水水庫水深小于20～25米底層的水溫年內(nèi)變化很大湖庫的水溫結構分層型混合型入流和出流成為水平的層流層流部分滯留部分‘翻池’湖庫水的替換次數(shù)和

5.1湖庫的水文、水質特征分析一.湖庫的水溫結構特二.分層型湖庫水溫結構

二.分層型湖庫水溫結構三.湖庫的水質特性

富營養(yǎng)型

貧營養(yǎng)型

富營養(yǎng)化是指這樣一種過程：低浮游生物生產(chǎn)率(低營養(yǎng)物輸入)的湖泊與水庫變成高浮游生物生產(chǎn)率(高營養(yǎng)物輸入)的湖泊與水庫。結果本來是天藍色的水體由于藻類的大量生長會變成綠色的水體。先是有少量的硅藻和綠藻，接著就是大量的藍綠藻，這時水體開始出現(xiàn)臭味，水質變壞。三.湖庫的水質特性富營養(yǎng)型貧營養(yǎng)型富第五章-湖庫水質模型課件5.2湖庫的營養(yǎng)源與營養(yǎng)負荷

一.主要營養(yǎng)物

5.2湖庫的營養(yǎng)源與營養(yǎng)負荷一.主要營養(yǎng)物Monod模型

雷比格最小值定理：任何一種有機物的產(chǎn)率都有該種有機物所必須的、在環(huán)境中豐度最低的物質所決定。Monod模型雷比格最小值定理：任何一種有機物的產(chǎn)率都有該二.主要營養(yǎng)源于營養(yǎng)負荷計算

1.地面徑流的營養(yǎng)負荷

二.主要營養(yǎng)源于營養(yǎng)負荷計算1.地面徑流的營養(yǎng)負荷2.降水的營養(yǎng)負荷

3.人為因素的營養(yǎng)負荷

（1)生活污水的營養(yǎng)負荷

2.降水的營養(yǎng)負荷3.人為因素的營養(yǎng)負荷（1)生活污水（2)工業(yè)廢水的營養(yǎng)負荷

4.湖泊、水庫的總營養(yǎng)負荷

（2)工業(yè)廢水的營養(yǎng)負荷4.湖泊、水庫的總營養(yǎng)負荷5.3湖庫的箱式水質模型

一.完全混合箱式模型

1.沃倫威德爾模型

沖刷速度常數(shù)

5.3湖庫的箱式水質模型一.完全混合箱式模型1.2.吉柯奈爾-迪龍模型

滯留系數(shù)

2.吉柯奈爾-迪龍模型滯留系數(shù)3.湖庫富營養(yǎng)化的判別

氮含量：>0.2~0.3mg/l

磷含量：>0.01~0.02mg/l

BOD5：>10mg/l

細菌總數(shù)：>100,000個/ml

葉綠素-a含量：>0.01mg/l

N:P<4時

N:P>12時

12>N:P>4時

可接受的磷負荷：

可接受的氮負荷：

危險界限磷負荷：

危險界限氮負荷：

3.湖庫富營養(yǎng)化的判別氮含量：>0.2~0.3mg/l第五章-湖庫水質模型課件第五章-湖庫水質模型課件第五章-湖庫水質模型課件（1）分層期模型（夏季模型）上層（溫水層）：下層（均溫層）：-----分層湖庫上層的平均濃度；

------向分層湖庫上層排放的污染物廢水量、濃度；

、-------分層湖庫上層體積

-----分層湖庫分層前（非分層期）污染物的平均濃度；

二.分層箱式模型

（1）分層期模型（夏季模型）下層（均溫層）：-----分層湖第五章-湖庫水質模型課件（2）混合期模型

秋末湖庫混合時期，假定翻池時上下兩層瞬間完全混合（3）非成層期模型-----污染物排放濃度；------廢水排放量；

------湖庫中污染物的現(xiàn)狀濃度

（2）混合期模型（3）非成層期模型-----污染物排第五章-湖庫水質模型課件SWAT模型

----SoilandWaterAssessmentToolSWAT模型----SoilandWaterAsse1.模型研究目的SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）是由美國農(nóng)業(yè)部（USDA）的農(nóng)業(yè)研究中心（ARS，AgriculturalResearchService）JeffAmonld博士1994年開發(fā)的。模型開發(fā)的最初目的是為了預測在大流域復雜多變的土壤類型、土地利用方式和管理措施條件下，土地管理對水分、泥沙和化學物質的長期影響。它是一種基于GIS基礎之上的分布式流域水文模型，近年來得到了快速的發(fā)展和應用，主要是利用遙感和地理信息系統(tǒng)提供的空間信息模擬多種不同的水文物理化學過程，如水量、水質以及殺蟲劑的輸移與轉化過程。

1.模型研究目的SWAT（SoilandWater2.模型的原理與結構SWAT是一個物理基礎的模型，可以進行連續(xù)時間序列的模擬。SWAT模擬的流域水文過程分為水循環(huán)的陸面部分（即產(chǎn)流和坡面匯流部分）和水循環(huán)的水面部分（即河道匯流部分）。前者控制著每個子流域內(nèi)主河道的水、沙、營養(yǎng)物質和化學物質等的輸入量；后者決定水、沙等物質從河網(wǎng)向流域出口的輸移運動。整個水分循環(huán)系統(tǒng)遵循水量平衡規(guī)律：2.模型的原理與結構SWAT是一個物理基礎的模型，可以進式中：(mm)是土壤最終含水量，(mm)土壤初始含水量，t為時間(day)，(mm)為第天總降水量，(mm)是第天地表徑流總量，(mm)是第天蒸散總量，(mm)第天土壤側流總量，(mm)第天地下徑流總量。

式中：(mm)是土壤最終含水量，(mm)土壤初始含水量，t為第五章-湖庫水質模型課件3.模型數(shù)據(jù)處理過程SWAT模型所需的數(shù)據(jù)有地形、土壤、