洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型研究

摘要

非点源（又称面源）污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，从而加大了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。本文以洋河水库上游流域为研究对象，建立洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型，得到不同保证率雨量下的污染物元素入库口需消减量，并基于结果提出了水库入库口处的治理方案。 洋河水库上游流域分为东洋河、西洋河、迷雾河、麻姑营河四大流域，这四大流域又划分为237个子流域。本文在迁移扩散的不同阶段，根据洋河水库上游流域污染物性质对其进行了分类，利用输出系数模型并以村庄为单位对源头治理前后的非点源污染物进行计算。利用泰森多边形法模拟村庄范围，并根据村庄范围与子流域的相对位置关系，将村庄的污染物分配到子流域上，从而得到各子流域的污染物计算结果。将计算结果进行分析，探究不同污染物生成的主要因素。对于子流域分级问题，本文打破传统的利用商业软件进行处理的方式，根据洋河水库上游流域的子流域汇流关系，创新性地提出了子流域的分级方法。根据产汇流的规律及污染物迁移扩散规律，创建了降雨汇流模型及污染物迁移扩散模型，而后利用Fortran语言自编程序进行模型参数率定与验证，验证结果表面该模型的计算结果与实测值大致相符。然后，利用模型计算各种保证率雨量下各子流域水量的汇流量、出流量及相应的污染物浓度。通过入库的污染物浓度与水库的纳污能力的对比，得到了各种保证率下的各种污染物入库前所需消减量。 从非点源污染物的计算结果可以看出：污染物的产生与人类活动密切相关，人口越多，村庄分布越密集的地方，所产生的污染物量就越大，其中主要污染源是禽畜排泄物。通过降雨汇流模型及污染物迁移扩散模型的计算结果分析发现：在保证率越高、降雨量越小的情况下，子流域水量越少，但污染物浓度越高，则需要消减的污染物量也越大。根据模拟结果，建议洋河水库上游流域污染治理方案为在入库口滩地上布置前置库和人工湿地，使污染物入库浓度达到 II 级水质标准。

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