基于流域管理的总磷污染动态模拟模型.doc

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1、基于流域管理的总磷污染动态模拟模型摘要：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，该模型可以为流域总磷污染控制提供科学的决策参考。关键词：流域模型径流模型面源污染磷迁移　

2、　水体中磷的输入是造成水体（尤其是湖泊、水库）富营养化的主要原因之一，而其浓度高低又是判断富营养化程度的因子之一[1]。面对水体富营养化问题，越来越多的专家学者把防治措施定位在流域级别的管理上。而流域管理在实施中，为了量化不同磷来源对目标水体水质的影响，有必要考查流域内面污染源的贡献、点污染源的排放、以及磷在流域河流中的迁移转化过程等。由于以上各过程（包括生化过程）都是呈季节性变化的，因此，相应的流域总磷模型如果能进行动态模拟是最为理想的。本文所讨论的模型特点就是，既可以集成以上过程，动态模拟流域

3、内总磷的迁移转化过程，又能够区分不同污染来源和过程的贡献，以便制订目标明确、重点突出的磷污染控制和管理政策和措施。1．模型的基本假设　　以往有关磷排放系数的研究成果表明，流域汇水区内磷的年度产生量与畜禽养殖量和土地利用情况是直接相关的[2]；另一方面，相应的一些回归分析则表明，流域内磷的动态输出量（进入水体的负荷量）可近似认为是流域径流量的函数[3]。以上结论就是本文中所讨论的磷模型的基本假设。根据此假设，在年度磷产生总量和径流量之间的关系基础上，可以把一年内磷的总产生量随时间变化进行动态分解。一

4、旦磷进入河流（湖泊）系统，其迁移过程和反应过程则可以用串联的箱式混合模型来模拟。2．模型结构与各个子模型的计算机理2.1模型空间概化　　将整个流域划分为若干个子流域，每个子流域对应一条河流（或者是干流的一个河段，也可以是支流，并且允许河流上有湖泊水库）的汇流区，然后根据干流和支流的相互关系建立起子流域的上下游关系。在计算中，每一个河段按长度等分为上、下两个串联起来的完全混合的箱子，称为第一个箱子和第二个箱子，并认为两个箱子的停留时间是一样的。62.2面源和点源污染物输入　　针对每个子流域，分别计算

5、来自点污染源和面污染源的磷负荷。点污染源主要是城镇生活污水和工业污水排放。缺少数据时，可利用人口当量或人均负荷来简单推算生活污水中的磷负荷，例如未经处理的生活污水中一般总磷浓度为4～15mg/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

6、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

7、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PL46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数据，计算出有效降雨量[4]Uk；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

8、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，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