流域水质模型与模拟课件-第二章

1、第二章第二章 流域水污染物迁移与转化流域水污染物迁移与转化 本章内容本章内容l流域概述l流域水文过程l流域水污染物迁移转化第二章第二章 流域水污染物迁移与转化流域水污染物迁移与转化 流域定义流域定义 流域（Basin）：是地表水及地下水分水线所形成的集水区域的统称，用来指一个水系的干流和支流所流经的整个区域。基本特征基本特征l流域基本特征 流域的几何特征、自然地理特征和人类活动影响的总称l对于水质模拟而言，需要特别关注自然地理特征和几何特征基本特征基本特征自然地理特征自然地理特征 （1） 气候特征 包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素， 是河流形成与发展的主要影响因素，也是决定流域水文特

2、征的重要因素。（2）下垫面条件l下垫面：指流域的地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽等情况。l流域的下垫面条件反映了每一水系形成过程的具体条件，与非点源污染息息相关，并会影响径流的变化规律，进而影响到水质状况。基本特征基本特征几何特征几何特征 （1）流域面积 流域面积是指流域地面集水区的水平投影面积，单位为km2。集水面积（2 2）流域长度和平均宽度）流域长度和平均宽度河长与流域长度河长与流域长度（3 3） 河网密度河网密度（4 4） 流域平均高程和平均坡度流域平均高程和平均坡度（5 5） 流域形状系数流域形状系数第二章第二章 流域水污染物迁移与转化流域水污染物迁移与转化 水文循环

3、与水量平衡水文循环与水量平衡水文循环示意图水文循环示意图 l水文循环 l水量平衡 l水量平衡原理 在水文循环过程中，对任一区域或流域，任一时段进入水量与输出水量之差额等于其蓄水量的变化量。 式中， I 为给定时段内输入、输出该区域的总水量；O 为时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。IOS 水量平衡基本方程水量平衡基本方程l一般流域水量平衡方程l流域多年平均水量平衡方程PRES 000=PER陆面产汇流过程陆面产汇流过程产流产流l流域产流 l流域产流量 在流域产流过程中，由于植物截流、地面填洼、雨期蒸发及下渗等作用，会造成部分乃至全部径流损失，而通常将扣除这些损失后所余下的部分称为流域产流量。

4、过程：降雨径流 实质：在下垫面垂向运动中各种因素综合作用下水分的发展过程，同时也是下垫面对降雨的再分配过程l产流机制指降雨产生径流的基本物理条件，它取决于下垫面结构及降雨特性。主要有三种：（1）超渗产流（2）蓄满产流（3）界面产流l流域产流过程的影响因素（1）流域下垫面的地理空间变化（2）降雨、蒸发、土壤含水量等的时空不均匀性l流域主要产流过程 地面径流的产流 壤中流的产流 地下潜水径流的产流地面径流是流域产流的主要来源地面径流是流域产流的主要来源壤中流和地下潜水径流对流域产流的贡献相对较小壤中流和地下潜水径流对流域产流的贡献相对较小地面径流的产流地面径流的产流l产流条件 从降水开始时起到某一

5、时刻的地面径流量主要取决于降水量与下渗量在时空上的组合与发展。 当降水强度大于下渗率时，会产生地面径流。l产流过程 降水、截留、洼地储蓄、下渗、蒸散发 壤中流的产流壤中流的产流l壤中流的产流 由土壤及土质等组成的包气带往往不是均一的，而是由各种不同性质的土层叠合在一起，当其中夹有透水性较差的土层时，常在交界处形成水流即壤中流。l产流条件 上层有较好的透水性；有一个阻水层（即弱透水性层）；两层土层的界面处有临时饱和层；有足够的土层坡度等。 地下潜水径流的产流地下潜水径流的产流l在包气带厚度不大且易透水的土层中，其下部存在不易透水岩层（不透水层）时，由于连续降水，有可能使整个包气带充水，当整个包气

6、带含水量超过田间持水量接近饱和并有自由重力水补给地下水时，则形成潜水径流。l坡地产流包括地面和地下产流流域产流的基本规律 径流类型径流类型地面径流地面径流壤中流壤中流潜水径流潜水径流产流条件降雨率下渗率土壤表层下渗率弱透水层下渗率稳渗率弱透水下渗率产流特征产于地面上产于包气带中相对弱透水层处产于下部不透水层地面上产流区别仅在有坡地面上除坡度外还要有一定的饱和层土层需要稳定的包气带饱和层陆面产汇流过程陆面产汇流过程汇流汇流l流域汇流 流域汇流包含坡面流、壤中流、地下水流以及河道汇流等多种水流的汇集，可分为坡面汇流和河网汇流两个阶段。 水质影响因素： 上游径流大小、来水的水质、江段所接纳的排污负荷

7、、地理地形以及潮汐作用等因素的综合影响降水与蒸发之差降水与蒸发之差地表水流地表水流地下水流地下水流河河网网水水流流槽面降水出流过程槽面降水出流过程地表水流出流过程地表水流出流过程地下水流出流过程地下水流出流过程流域出流过程流域出流过程（坡地汇流）（坡地汇流） （河网汇流）（河网汇流）流域汇流过程框图水体水文过程水体水文过程l河流水文过程l湖泊（水库）水文过程l河口水文过程水体水文过程水体水文过程-河流河流l河流水情要素 水位、流速、流量l河流年径流变化 年内变化、年际变化l河水的运动 （1）动力 重力是基本动力，还受地转偏向力、惯性离心力、 机械摩擦力 （2）运动类型 A 河水的纵向运动 均匀

8、流 非均匀流 B 河水的环流运动 水内环流水体水文过程水体水文过程-湖库湖库l湖泊的水量平衡 l湖泊水位l湖泊对河流的调节 l水库水文调节l湖泊（水库）的热状况 正温层、逆温层、温跃层 深度深度/m10203040506004 510152004 51004 5101520温度温度/湖上层湖上层温跃层温跃层湖下层湖下层（a）正温层正温层（b）逆温层逆温层（c）温跃层温跃层温度温度/温度温度/湖水温度的垂线分布类型水温水温/5 10 15 20 25 30 1 2 3 45 6 7 89 10 11 12 气温气温表层表层6米米12米米20米米30米米40米米60米米水深水深80米米底部底部月月

9、 份份湖泊不同深度水温的年变化过程l湖泊（水库）水的运动（1）形式 周期性升降波动，如波浪、波漾运动 非周期性的水平流动，如湖流、风浪、混合等（2）种类 湖（库）水的混合 湖泊（水库）波漾和增减水 水库异重流增减水示意图风风增水增水减水减水漂漂流流补补偿偿流流Z 异重流潜入点断面异重流潜入点断面漂浮物漂浮物坝坝泄水孔泄水孔回回 流流三角洲淤积三角洲淤积底层泥水异重流底层泥水异重流水库异重流示意图水体水文过程水体水文过程-河口河口l河口区水情 （1）河口区潮汐的涨落过程（2）潮流量的变化（3）河口潮波的变形l河口区水的运动 （1）河口的盐淡水混合 （2）河口环流与河口锋l感潮河段水文特性 l河口

10、的冲洗时间（1）淡水分数法 （2）修正进潮量法 第二章第二章 流域水污染物迁移与转化流域水污染物迁移与转化 流域水污染物的陆面迁移流域水污染物的陆面迁移l污染物传输形式：溶解态和吸附态l污染物传输路径：与污染物的物理化学形态有关 非溶解态只能通过地表径流传输 溶解态视化学成分的不同而有所区别污染物在水体中的迁移与转化污染物在水体中的迁移与转化 l迁移和转化l衰减l耗氧和复氧迁移与转化迁移与转化 l推流迁移l分散稀释（1）分子扩散（2）湍流扩散（3）弥散l转化和运移衰减衰减 l有机物衰减的一般过程（1 1）含碳有机物分解曲线）含碳有机物分解曲线 （2 2）硝化曲线）硝化曲线有机物的氧化分解曲线有

11、机物的氧化分解曲线l含碳BOD的降解实验室条件：实验室条件：河流校正：河流校正：沉淀与再悬浮：沉淀与再悬浮：河流条件：河流条件：C,CC0eTKLL11C,C,T TTTKK20C,C,201.047TTKKdCxuKKh0.49d59.1KQ0.48d70.0KrdsCsxuKKKKKhCC0rexpxxLLKud1lnABLKtLl含氮BOD的降解l硫化物衰减的过程NN0NexpxxLLKuCH2CH（NH2）COOHCH2CH（NH2）COOHSS+5H22H2S+2NH3+2CH3CH2COOH耗氧和复氧耗氧和复氧l一般过程（1）耗氧（2）复氧水体中溶解氧变化曲线水体中溶解氧变化曲线清洁区分解区腐败区恢复区清洁区可氧化有机物含量溶解氧溶解氧有机物进入有机物至河流下游的时间或距离溶解氧或可氧化有机物含量l关键过程（1）大气复氧（2）光合作用复氧（3）藻类的呼吸作用耗氧（4）沉积物耗氧污染物