基于流域管理的总磷污染动态模拟模型论文

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1、基于流域管理的总磷污染动态模拟模型论文摘要：为了定量分析不同磷来源对目标水体水质的影响，提高流域总磷污染控制管理决策水平，通过分析流域中磷的产生途径（包括点源和面源）及其在河流、土壤中的迁移转化规律，建立起总磷污染控制动态模拟模型，并讨论了模型的基本假设、各个子模型的结构和关系、计算机理等。最后，以我国北方某大型水库及其所属流域为例，利用率定后的模型进行模拟计算，描述了进入水库的总磷随时间的动态变化趋势。结果表明.freelg/L，平均的人均负荷可取4.5g/人/d。对于面污染源，磷的年度排放总量

2、可以采用典型排放系数(ExportCoefficient)和农业调查数据（包括畜禽养殖数据和土地利用情况）来估算。一般情况下，根据产生总磷的面污染源的不同类型，参见表1，结合各地的特点，通过调查、小区实验或者参考类似地区的排放系数，分别获得不同污染源的磷排放系数。表1中PL为土地磷排放系数，PX为畜禽磷排放系数。每一类排放系数根据当前的数据信息支持情况还可以进一步细化，例如家禽还可划分为鸡、鸭等。面污染源每年产生的总磷负荷ENP(kg/a)可以近似地用（1）式估算。其中，Si为对应不同土地类型的用

3、地面积（km2），Hi为各种畜禽的数量（头）。表1面污染源磷排放系数的主要类型Table1PhosphorousExportCoeffcientofDiffusedPollutionSource用地类型PL(kg·km-2a-1)养殖类型PX(kg·头-1a-1)城区用地PL1家禽PX1林地PL2猪PX2草地PL3牛PX3耕地PL4羊PX4菜地PL5马PX5其它PL6其它PX62.3降雨－径流子模型该子模型的功能是根据降水情况计算出汇水区内的河流出流量。计算过程是：首先根据已知的每日降雨量和蒸发量

4、数据，计算出有效降雨量4Uk；Uk的一部分进入土壤中存储起来，另一部分经土壤后形成出流量x1；x1被基流系数k划分为两部分，一部分是地下水kx1，另一部分则直接进入河流体系；kx1中的一部分x2被看作是地下水的出流，即地下水与河流体系的交换部分。河流的入流量x3的计算则包括支流输入、上游输入、点源污水排入、河流取水、地下水交换等部分。其中，上游输入直接进入第一个箱子，对于没有上游输入的子流域，第一个箱子可以被忽略。其它的输入则进入第二个箱子。对于点源污水排放，由于季节性变化不大，可以采用日平均值，

5、或用季节分布系数给予修正。河流取水也从第二个箱子中取走，取水量大小可以根据季节变化来调整，尤其是农业灌溉取水量。河流出流量为x4，是入流量的函数。模型所描述的水流过程和总磷运移过程见图1。模型所描述的基本过程相应的数学公式如下：其中，x1为土壤出流量，Uk为有效降雨量，T1为土壤停留时间；x2为地下水出流量，k为基流系数，T2为地下水停留时间；x4为河段出流量，x3为河段入流量，T3为河段停留时间；L为河段长度，u为河流平均流速；a、b为与河道形状和物理特性相关的经验系数。2.4总磷迁移转化子模型

6、对每个子流域而言，进入系统的总磷负荷应该是以下各项之和：①上游磷输入量P(1)；②地下水中的磷本底负荷P(2)；③点污染源排放的磷P(3)；④来自土壤的磷负荷P(4)；⑤取水带走的磷负荷P(5)。除了来自上游的磷负荷是进入河段的第一个箱子外，其余输入都直接进入第二个箱子。因取水带走的磷负荷，也从第二个箱子中减去。来自土壤的磷负荷P(4)则由磷释放因子Pr、总磷的年产生量E（跟畜禽养殖和土地利用直接相关）、土壤出流量x1构成的函数计算而得。P(4)=f(Pr,E,x1)(3)磷在河流中的迁移过程由下

7、式给出：其中，Pin和Pout分别是进入和流出子流域的总磷负荷；kp是总磷的同化速率；τ是因扩散和弥散作用引起的溶质（此处为总磷）随水流迁移的时间迟滞；DF则是弥散分数，计算中可取经验值0.35。3．案例研究以我国北方某大型水库及其所属流域为例，利用前文所述模型，对流域内的总磷从产生到进入目标水体的全过程进行实例研究。水库控制流域面积5437平方公里，上游有3条主要支流汇入。因为该水库是重要的饮用水源地，再加上近年来水库水质有富营养化的趋势，为此对流域范围内的总磷污染问题比较敏感。因此，利用模型对

8、来自面源和点源的总磷负荷进行模拟计算，并在此基础上有针对性地提出管理措施，是很有意义的一项工作。以其中一条入库支流为代表，利用1997年的数据进行参数率定。表2给出了模型计算过程中用到的主要系数和参数取值范围。利用1998年数据对该支流入库口水质进行模拟，图2和图3分别给出了入库口处径流子模型和磷迁移子模型的计算结果（参数率定后）与监测数据的比较。从图中可以看出，率定后的计算结果与监测数据能很好地吻合。但必须认识到，由于监测数据量太少（见图3），无法充分反映总磷浓度的动态变化趋势，