考虑非点源影响的水库水质预测

摘要

随着社会、经济的快速发展,水资源短缺造成的供需矛盾日益突出,尤其是“有水皆污”所带来的污染性缺水越来越严重,已经严重威胁到人类的饮用水安全。污染源及污染途径研究是从根本上解决水污染问题的基础,从污染来源分析,水库的入库污染负荷包括点源负荷和非点源负荷。近年来随着工业点源污染控制水平的提高,非点源污染已成为当今水环境污染的主要污染源。由于非点源本身的复杂性和难控制等特点,在水库水质预测时往往不考虑或是过于简化非点源的影响,严重影响水库水质预测的精度。因此,探讨非点源污染影响下的水库水质预测问题具有重要的现实意义和广阔的应用前景。本文结合黑河金盆水库,具体分析非点源对水库BOD、DO及富营养化的影响,同时考虑了水温对BOD、DO的影响,并结合前人提出的不同非点源治理措施对水库水质改善程度进行研究,主要内容及结论如下：1.水库水温垂向分布预测。采用一维垂向水温模型对水库2007年垂向水温分布进行预测,模型中考虑了热传导、入流及出流对水温分布影响,结果显示水库水温分布具有明显的季节性分层现象,表层水温受气温及入流水温影响较大,底层水温变化不大；2.非点源对水库BOD、DO影响。采用一维垂向BOD-DO及水温耦合模型对水库2007年BOD、DO垂向分布进行预测,并将入库BOD、DO分为“只考虑点源”和“点源与非点源同时考虑”两种情况考虑非点源的影响,结果显示水库BOD、DO也具有明显的季节性分层现象,非点源水库DO影响不大,而BOD在考虑非点源影响下部分月份浓度成倍增加,受影响程度较大,DO模型在没有考虑底泥影响情况下70m以下底层水体DO模拟结果不理想；3.非点源对水库富营养化影响预测。总磷、总氮是水体富营养化的主要因素,因此仅考虑非点源负荷中总磷、总氮对水库的影响,利用Vollenweider模型对水库丰、平、枯水年水库富营养化情况进行预测,入库总氮、总磷分为“只考虑点源”和“同时考虑点源和非点源”两种情况考虑非点源的影响,结果显示非点源影响较大,在不考虑非点源影响情况下,各水平年水库总磷、总氮浓度达到Ⅰ类水质标准,且处在贫营养状态,但考虑非点源影响时部分月份出现富营养化；4.非点源控制措施研究。利用Vollenweider模型对黑河流域采用不同治理措施对水库水质改善程度进行预测,结果显示全部退耕还林情况下非点源控制措施最有效。

目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 非点源研究进展

1.2.2 水库水温模型研究进展

1.2.3 水库水质预测模型研究进展

1.3 研究内容及技术路线

2 流域及水库特征

2.1 流域概况

2.1.1 自然概况

2.1.2 水文、气象特征

2.1.3 暴雨洪水特征

2.1.4 地质地貌及土壤类型

2.1.5 生态环境及土地利用现状

2.1.6 社会、经济状况

2.2 库区污染源分析

2.2.1 点源

2.2.2 非点源污染源

2.3 金盆水库概况

2.3.1 程概况

2.3.2 水库特征

2.4 金盆水库水温水质现状

3 水库水温数学模型及预测

3.1 水库温度结构的判别方法

3.2 影响水库水温状况的因素

3.3 基本模型

3.3.1 模型建立

3.3.2 初始条件和边界条件

3.4 模型的求解

3.4.1 水库水流流速

3.4.2 水面热交换及太阳辐射在水体中的分布

3.4.3 泥沙异重流影响

3.4.4 模型求解方法

3.5 计算结果及分析

3.5.1 模型计算所需资料

3.5.2 结果及分析

3.6 小结

4 考虑非点源影响的水库BOD、DO预测

4.1 模型

4.1.1 模型控制方程

4.1.2 边界条件

4.1.3 模型求解

4.2 水质参数

4.3 计算结果及分析

4.3.1 模型计算所需资料

4.3.2 模拟结果

4.3.3 非点源对水库BOD、DO浓度影响

4.4 小结

5 考虑非点源影响的水库富营养化预测

5.1 氮、磷元素及富营养化

5.2 非点源对水库总氮、总磷浓度影响

5.2.1 模型

5.2.2 模型计算所需资料

5.2.3 总磷预测结果及分析

5.2.4 总氮预测结果及分析

5.3 小结

6 非点源控制措施研究

6.1 非点源负荷量计算

6.2 预测结果及分析

7 结论和建议

7.1 结论

7.2 建议

致谢

参考文献

附录