水质模型及其应用研究进展
?综 述?
文章编号:1006-7329(2002)02-0109-07
水质模型及其应用研究进展
Ξ
郭劲松, 李胜海, 龙腾锐
(重庆大学 城市建设与环境工程学院,重庆 400045)摘要:运用系统分析技术进行水污染控制系统的规划是现代水质管理的基础和依据,水质模型对整个规划过程起着至关重要的作用。较详细地综合评述了近年来国内外水质模型及其应用的研究进展,并评价了水质模型研究的发展趋势,旨在促进相关研究的发展。
关键词:水质模型;研究进展
中图分类号:X321文献标识码:A 水质模型是污染物在水环境中变化规律及其影响因素之间相互关系的数学描述,它既是水环境科学研究的内容之一,又是水环境研究的重要工具[1]。它的研究涉及到水环境科学的许多基本理论问题和水污染控制的许多实际问题。它的发展在很大程度上取决于污染物在水环境中的迁移、转化和归宿研究的不断深入,以及数学手段在水环境研究中应用程度的不断提高[2]。水质模型在理论上从最初的质量平衡原理发展到现在的随机理论、灰色理论和模糊理论;在实际应用上,从最初的城市排水工程设计发展到现在的污染物水环境过程模拟、水环境质量评价,污染物水环境行为预测,水生物污染暴露程度分析和水资源科学管理规划等水环境保护的各个方面;在研究方法上,从最初的解析解和浓度表达发展到现在的以人工神经网络模拟辅助解析、及与地理信息系统(GIS )相结合的数值解和逸度表达法。这些成果都极大地推动了水环境管理技术的现代化。1 水质模型研究进展
最早发展的水质模型是简单的氧平衡模型。1925年,美国的两位工程师Streeter 和Phelps 在对Ohio 河流污染源及其对生活污水造成的可度量影响的研究中,提出了氧平衡模型的最初形式。在该模型中,他们假定河流的自净过程中存在两个相反的过程,即有机污染物在水体中发生生物氧化反应,消耗水中溶解氧,其速率与水中有机污染物浓度成正比;同时大气中的氧不断地进入水体,其速率与水中的氧亏值成正比。在这两个相反过程的作用下,水中溶解态氧达到平衡。该模型最初被应用于城市排水工程的设计和简单水体自净作用的研究。
自水质模型在20世纪初诞生以来,其发展阶段有许多不同的分类方法。叶常明[3]把水质模型的发展分成3个阶段,即简单的氧平衡模型阶段、形态模型阶段和多介质环境综合生态模型阶段。而谢永明[2]把水质模型的发展分成5个阶段:1925～1960年为水质模型发展的第一阶段,这一阶段以Streeter —Phelps 水质模型(S -P 模型)为代表,后来科学家在其基础上成功地发展了BOD -DO 耦合模型,并应用于水质预测等方面;1960～1965年,在S -P 模型的基础上又有了新的发展,引进了空间变量、物理的、动力学系数,温度作为状态变量也被引入到一维河流和水库(湖泊)模型,第24卷 第2期2002年4月 重庆建筑大学学报Journal of Chongqing Jianzhu University Vol.24 No.2Apr.2002
Ξ收稿日期:2002-02-05
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59778021);国家自然科学基金重点项目(59838300)
作者简介:郭劲松(1963-),男,四川射洪人,教授,主要从事水污染控制的理论与技术研究。
水库(湖泊)模型,同时考虑了空气和水表面的热交换,并将其用于比较复杂的系统;不连续的一维模型扩展到其他输入源和漏源是水质模型的第三阶段,1965～1970期间进行的研究,其他输入源和漏源包括氮化合物好氧(NOD )、光合作用、藻类的呼吸以及沉降、再悬浮等等,计算机的成功应用使水质数学模型的研究取得了突破性的进展;在1970～1975年期间,水质模型已发展成相互作用的线性化体系、生态水质模型的研究初见端倪,有限元模型用于两维体系,有限差分技术应用于水质模型的计算;在最近的20多年中,科学家的注意力已逐渐地转移到改善模型的可靠性和评价能力的研究上。
50年代开始,由于电子计算机技术的应用和水环境科学的发展,氧平衡数学模型有了较大发展,尤以O ’connor 和Dobbins 的工作最为重要。他们在模型中考虑了氧化物和底泥的作用,从而在包括模型的参数和模型的求解技术方面都有了较大的发展。在此基础上,Grenney 开发了美国环保局推荐使用的QUAL —Ⅱ水质模型,这是一种较为复杂的氧平衡生态模型,该模型已经被成功地广泛应用于河流水质预测和水质管理规划中。
形态模型是指表征污染物在不同状态和不同形态下水环境行为的模型。随着污染物水环境行为和水质标准制定工作研究的不断深入,传统的氧平衡数学模型已不能满足实际工作的需要,因此需要另一种模型———即形态模型来描述同一个污染物由于它在水环境中存在的状态和化学形态的不同而表现出的完全不同的环境行为和生态效应。80年代初,随着形态分析的发展,一些研究者开始了形态模型的探索和研究,这一研究的关键是模型设计时所考虑的化学反应的真实性、污染物形态识别的准确性和输入数据的可靠性。Lawrence 、F ’’orstner 和Loux 等分别对有机污染物、重金属和阴离子污染物等进行了形态模拟研究,并取得了一定的成果。
近年来,水质模型的研究取得了很大进展,主要体现在以下几个方面:
1.1 包括水生食物链在内的多介质环境生态综合模型
由于复杂的物理、化学和生物过程的结果,释放到环境中的污染物在大气、水、土壤和植被等许多环境介质中进行分配,由污染物引起的可能的环境影响与它们在各种环境单元中的浓度水平和。为了综合描述它们之间的相关关系,产生了多介质环境综合生态模型。
多介质环境是指大气、水体、土壤、生物等组成的总环境体系,其中水体是核心。多介质环境数学模型可将各种不同的环境单元内部的污染物变化过程与导致污染物跨过介质边界的过程相联系,构成一个能描述在多介质环境中污染物转化和介质间物质迁移的表达式。R.Tanner et al.[4]对工业过饱和盐水蒸发池中的生物群食物链进行了研究,C.Fall et al.[5]针对五氯代苯酚在改良的地下水系统中的分布建立了模型,H.Y.Zhou et al.[6]研究了沉积物中所吸附的多氯联苯(PCBs )量与罗非鱼体内多氯联苯(PCBs )的富集量之间的关系。由于还没有对污染物在各种介质之间的迁移过程有更充分的认识,现有的多介质环境模型在处理实际问题时不得不对污染物在介质间的迁移过程作近似假设,许多参数的随机性给模型预测结果带来不确定性。所以,这类模型还只能给出一种趋势预测,而不是状态的精确预报。多介质环境模型的主要目的是污染物对人体或生物进行暴露分析(Exposure Analysis ),并对废物处的危险性进行评价。因此,只有将食物链模型与多介质环境模型联合起来,构成更为综合的模型,才能更好地适应实际应用的需要。
1.2 模型不确定性的研究
由于环境的水文条件具有很大的随机性,这就导致了水环境数学模型输出的不确定性。为了提高模型的精确度和结果的可靠性,有必要对模型不确定性进行研究。Andrews k.Takyi [7]分析了模拟-优化模型中不确定性的来源有:(1)污染物的排放量和河流背景值的随机性;(2)估计模型参数所需的河流和水质资料的不充分;(3)对污染物传输过程和水质管理系统的简化缺乏充分的认识。他还为水质管理建立了多重实现(Multiple Realization )模型,该模型在单个优化模拟中同时融入几条可能的河流和背景污染排放量或实现值。这一技术在水质管理的经济性和可靠性之间产生一条权衡曲线。为了产生权衡关系,在单个优化模型中同时融入几种可能的设计条件背景值。这一模型既简单,且和那些传统的随机模型相比,能为复杂的和随机的水质管理系统提供更切实际的0
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描述。此外,该模型通常能比传统的模拟—优化模型产生更有效的费用—可靠性关系曲线。Michael D.Sohn et al.[8]为了估计和减小地下水流量的不确定性和预测污染物化学转移的不确定性,开发了贝叶斯?蒙特卡罗(Bayes Monte Carlo Methods )不确定性分析方法。该方法采用工程推断来估计和用现场观测数据来更新污染源的特征参数、化学转移参数,以及假定的水文结构中的不确定性。Alaa H.Aly.et al.[9]在不确定性情况下,运用神经网络和遗传算法(G A )来优化地下水去污系统的设计。这一方法包括:(1)用遗传算法来找到全局最优解答;(2)并入神经网络来模拟遗传算法内的反应表面(response surface )。这一方法在实际样本和不同优化背景下的应用表明,它需要较少的水力传导实现(hydraulic conductivity realizations ),并且可在可靠性和处理设施能力之间产生一条权衡曲线。
由于水环境条件具有很大的随机性,为了提高模型的精确度和输出结果的可靠性,对模型的不确定性分析方法的研究,目前是、今后仍然是水质模型的研究热点之一。
1.3 模糊数学在水环境数学模型中的应用
如前文所述,水文环境条件有很大的随机性,要定量分析相关关系有很大的困难,此外,水质的变化是连续的,而我们的水质标准中的污染物浓度的表示却是不连续的。为了解决这一矛盾,很有必要应用模糊数学中的相关概念,模糊数学在水环境方面也有很多应用[10][11]。Y.Y.Y in et al.[10]运用模糊关系分析(FRA )模型来分析大量的不同的备选方案,同其它的在不确知情况下影响评价的多准则方法相比,FRA 法在数据的可获得性、需求的计算能力和结果说明上有优势。K.sasikumar et al.[11]成功地建立了污染负荷分配的模糊模型(the fuzzy waste load allocation model )。该模型在考虑污染控制部门和污染物排放单位之间的利益目标冲突下,能够提供经济的和技术上可行的方案。当然,如何合理地把水质模型和模糊数学相结合,还有待于环境科学工作者与计算数学工作者们进一步的研究。
1.4 与人工神经网络(ANNs )相结合人工神经网络(Artificial Neural Networks )就是模仿人脑的工作方式而设计的一种计算方法,它可用电子或光电元件实现,也可用软件在常规计算机上仿真;或者说人工神经网络是一种具有大量连接的并行分布式处理器,它具有通过学习获取知识并解决问题的能力,且知识是分布存储在连接权(对应于生物神经元的突触)中,而不是像常规计算机那样按地址存在特定的存储单元中[12]。
近几年来,人工神经网络在水质模型方面的应用取得了飞速的发展[9、13～20]。T.R.Neelakantan et
al.[13]用人工神经网络建立了水库运行的模拟-优化模型。Marina campolo et al.[16]用ANNs 来预测河流枯水期的流量并得出结论:当它与水质模型相结合时对河流的水质管理非常有用。Bin zhang et al.[15]结合贝叶斯概念和(Bayesian Concepts )组合的NN 来预测集水区的径流量。V.chanramouli et al.[14]用动态规划和ANN 来模拟多水库水系的运行方案。Sharad kumar Jain [17]用ANNs 开发了综合的沉淀速率曲线。ANNs 被用作胡克和吉维斯非线性规划(Hooke and Jeeves nonlinear programming )模型的子模型,来寻求水库运行近似最优方案。结果表明,该模型比常规的模拟-优化模型结果更精练。此外,ANNs 还可应用于水系模型的误差更新[18]。随着ANNs 的不断发展和完善,在环境工作科学者们的努力之下,相信ANNs 在水质模型方面的应用将会更深入、更全面、更系统,ANNs 在水环境科学中的应用仍将是今后相当长时间内的热点之一。
1.5 水质模型与地理信息系统(GIS )相结合
地理信息系统(GIS )以具有地理位置的空间数据为研究对象,以空间数据库为核心,采用空间分析和建模的方法,适时提供多种空间的和动态的资源与环境信息。它涉及人工智能、环境工程、规划理论、地学、数学等多种学科和专业。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征,它是对表征地理特征与地理现象之间的地理数据的解释。而地理数据包括空间位置、属性特征及时域特征三部分。空间位置数据描述地物所在位置;属性数据是属于一定地物,且描述其特征的定性或定量指标;时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时段/时刻(在水污染控制规划中,如:污染源相关指标、断面监测指标、突发事件等发生的时间等)。空间位置、属性及时间是地理空
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间分析的三个基本要素,GIS 的概念描述一般都包含这三层意思。
由于地理信息系统(GIS )技术具有集水区空间特征分析,因此,A.G oonetilleke et al.[21]认为它在城市水文中有相当大的作用。因为集水区的时空特征数据库的可获得性能够消除由于采用假设简化而引起的研究质量的减弱,这也从另一方面说明在城市集水区,土地用途的准确的时空解释的重要性。由于地理信息系统(GIS )的空间特性对水质管理者很有帮助,William Dixon et al.[22]在优化选取河网取样点时,首先就用地理信息系统(GIS )和成形理论以矩阵形式形成河网的数学描述。随着计算机在大规模数据处理方面能力的提高,地理信息系统(GIS )一定会在水环境科学中取得越来越多的应用,水质模型和地理信息系统(GIS )的结合仍将是今后的研究重点之一。2 水质模型的应用
水质模型之所以受到科学工作者的高度重视,除了其应用范围广外,还因为在某些情况下它起着重要作用。例如,新建一个工业区,为了评估它产生的污水对受纳水体所产生的影响,用水质模型来进行评价就至关重要,以下将对水质模型的应用进行简要评述。
2.1 污染物水环境行为的模拟和预测
污染物进入水环境后,由于物理、化学和生物作用的综合效应,其行为的变化是十分复杂的,很难直接认识它们。这就需要用水质模型(水环境数学模型)对污染物水环境的行为进行模拟和预测,以便给出全面而清晰的变化规律及发展趋势。用模型的方法进行模拟和预测,既经济又省时,是水环境质量管理科学决策的有效手段。目前对这一方面的报导很多,T.Iwane et al.[23]研究了处理过的污水排入河流后,对河流中的对抗生素有免疫作用的细菌的可能影响,A.Baeza et al.[24]对塔霍河从西班牙的Caceres 到葡萄牙的Alentejo 河道中氚(3H )浓度水平的时空演变进行了分析研究。Anbo Liu et al.[25]在细菌的细胞组织聚合体存在的条件下,对菲在土壤中的动态解析行为进行了观察和模型预测。但由于模型本身的局限性,以及对污染物水环境的行为的认识的不确定性,计算结果与实际测量之间往往有较大的误差,所以模型的模拟和预测只是给出了相对变化值及其趋势。对于这一点,水质管理决策者们应特别注意。2.2 水质管理规划
水质规划是环境工程与系统工程相结合的产物,它的核心部分是水环境数学模型。确定允许排放量这类水质规划,常用的是氧平衡类型的数学模型。求解污染物去除率的最佳组合,关键是目标函数的线性化。而流域的水质规划是区域范围的水资源管理,是一个动态过程,必须考虑3个方面的问题:(1)水资源利用利益之间的矛盾;(2)水文随机现象使天然系统动态行为(生活、工业、灌溉、废水处置、自然保护)预测的复杂化;(3)技术、社会和经济的约束。为了解决这些问题,可将一般水环境数学模型与最优化模型相结合,形成所谓的水质管理模型[26]。近几年来开发了许多新的水质管理模型,Muhammad Shafqat Ejaz et al.[27]用模拟优化方法来求河流的农业废水和生活污水负荷的优化管理,Sasikumar et al.[11]用模糊优化方法来进行河流系统的水质管理,Donald H.Burn [28]用模拟优化方法来进行河流系统水质管理,通过结合模拟—优化方法来建立水质管理模型,Amit K.Sinha et al.[29]用行为分析算法来优化确定非线性多目标水库体系的规模。V.Chan 2dramouli et al.[14]结合神经网络和动态规划方法来建立水库体系的水质管理模型,S.Alireza et al.[30]用非线性规划法进行地下水质管理。水质管理模型已有很成功的应用。
2.3 水质评价
水质评价是水质规划的基本程序。根据不同的目标水质模型可用来对河流、湖泊(水库)、河口、海洋和地下水等水环境的质量进行评价。现在的水质评价不仅给出水体对各种不同使用功能的质量,而且还会给出水环境对污染物的同化能力以及污染物在水环境浓度和总量的时空分布。
水污染评价已由传统的点源污染转向非点源污染,这就需要用农业非点源污染评价模型来评价水环境中营养物质和沉积物以及其它污染物。如利用贝叶斯概念(Bayesian Concepts )和组合神
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经网络来预测集水流域的径流量[15]。研究的对象也由过去的污染物扩展到现在的有害物质在水环境的积累、迁移和归宿[31]。
2.4 污染物对水环境及人体的暴露分析(Exposure Analysis )
由于许多复杂的物理、化学和生物归宿以及迁移过程在多介质环境中运动的污染物会对人体或其它受体产生潜在的毒性暴露,因此,出现了用水质模型进行污染物对水环境即人体的暴露分析(Exposure Analysis )。Daniel J.Fisher et al.[32]对水生物有机体在有氨和无氨存在的条件下,连续或间断暴露于氯和溴下的相对准确的毒性进行了研究。David A.Pillard et al.[33]就苯并三唑和苯并三唑衍生物对三种水生生物的毒性进行了研究。Jill A.K ostel et al.[34]用一种新的实验室河流系统来研究水生附着生物层中PCBs (多氯联苯)暴露的生态学影响。此外,污染物对人体或生物的暴露分析的文献报道还有很多[5][35～43],但许多研究都是在实验室条件下的模拟,研究对象也比较单一,范围也不广泛,如何才能够建立经济有效的对多种生物体的综合的暴露分析模型,还有待于环境科学工作者们去探索。
2.5 水质监测网络的设计
水质监测数据是进行水环境研究和科学管理的基础,对于一条河流或一个水系,准确的监测网站设置的原则应当是:在最低限量监测断面和采样点的前提下获得最大限量的具有代表性的水环境质量信息,即既经济又合理、省时。对于河流或水系的取样点的最新研究采用地理信息系统(GIS )和模拟的退火算法等来优化选择河流采样点,Richard et al.[44]曾经使用修正的经典容量技术来优化水质监测网络,通过引入修正的梯度搜索算法来实现。结果表明,该方法能够适用于多种实际情况,并且比由Sharp [45]发表的河流取水点规划的拓扑优化方法更优。
3 水质模型研究的发展趋势
综观水质模型的研究历史和应用前景以及水环境科学今后的发展,笔者认为水质模型研究的发展趋势为模型的非线性解析方法的研究,这一领域的主流可能为:
3.1 模型不确定性的分析
由于水环境的复杂性,在利用非线性规划方法来建立水质模型过程中,不可能把所有影响因素都考虑进去,一般只把那些主要因素考虑进去而忽略那些次要因素。因此,不可避免地会给模型的结果产生不确定性,模型不确定性有模型参数的不确定性和模型解析的不确定性。克服这些不确定性对模型预测精度和可靠性的负面影响的研究,是今后相当长时期内水质模型研究的重点。
3.2 基于人工神经网络(ANNs )的水质模型的研究
随着科学技术的不断发展,计算机硬件及软件技术的突飞猛进,计算机必将在计算能力方面,人工智能模拟能力方面取得巨大的进步。因此,以之为基础的人工神经网络(ANNs )在水质模型方面的应用研究必将随着人工智能模拟的进步而取得蓬勃发展,而对此方面的研究相信会成为环境科学工作者的研究热点。
3.3 基于地理信息系统(GIS )的水质模型的研究
随着计算机技术在大规模数据处理方面和数据实时成像技术方面取得巨大的成就,与之紧密相连的地理信息系统(GIS )必将在水环境科学中有广阔的应用前景。目前,对这一方面的研究国际上已有众多报道,但在实践中的应用还没有取得满意的结果。随着科学技术的不断发展,地理信息系统(GIS )在水污染控制方面的实践应用将会更加完善,并取得长足的进步。
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Study and Progress of W ater Q u ality Model and Its Application
GUO Jing 2song ,L I Sheng 2hai ,LON G Teng 2rui
(Faculty of Urban Construction and Environment Engineering ,Chongqing University B ,Chongqing 400045,China )Abstract :In the last decade ,with the development of environmental science ,the studies on water quality models have developed rapidly at home and abroad.The water quality models are mainly used for simulating ,assessing and predicting water quality and expounding the transport and transformation of pollutants in aquatic environment ,the common models in literature such as fugacity approach ,transport model of pollutants in multimedia environment ,pollutant exposure model ,and water quality management model and so on are discussed.The current situation ,history and future trend of the re 2search on aquatic environmental model are summarized.The theories ,methodology and application problems which are involved with in this field are analyzed.Several leading objects for study are ad 2vanced also in this paper.
K eyw ords :water quality model ;progress of study 5
11第2期 郭劲松等:水质模型及其应用研究进展
水力学
1、水力学的研究方法： 1、理论分析方法 2、实验方法 3、数值计算法 2、所谓作用在液体上的力，即作用在隔离体上的外力。按力的物理性质区分可有粘结力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等，按力的作用特点区分可有质量力和表面力两类。 3、重力液体的等压面是与重力加速度g互相垂直的曲面。 4、压强的单位有三种表示方法： 1、用单位面积上的力表示 2、用液柱高度表示 3、用工程大气压P a的倍数表示 5、绝对压强：以绝对真空作起算零点的压强，以P abs表示 6、相对压强：以工程大气压Pa做起算零点的压强，以Pr表示 7、真空值：P abs
浅论湖泊富营养化预测及评价的模型的研究
目录 摘要 1 引言…………………………………………………… 2 绪论………………………………………… 2.1 湖泊富营养化的概念及分类………………………… 2.2 国内外水体富营养化污染概况…………………… 3 湖泊富营养化的研究内容……………………………… 3.1 富营养化预测………………………… 3.1.1 预测的目的及内容……………… 3.1.2 预测模型进展概况……………… 3.2 富营养化评价…………………… 3.2.1 评价的目的及意义……………………… 3.2.2 评价的基本步骤………………………… 3.2.3 评价模型进展概况…………………… 3.3 湖泊富营养化模型………………………… 3.3.1 评分模型………… 3.3.2 营养状态指数模型………… 3.3.3 改进的营养状态指数模型……………… 3.3.4 生物多样性评价………… 3.3.5 灰色理论评价模型…………………… 3.3.6 浮游植物与营养盐相关模型………………………… 3.3.7 生态动力学模型……………… 4 结论及展望…………………………………… 4.1 结论………………………… 4.2 展望……………………………… 参考文献…………………………
摘要 本文主要讲述了湖泊富营养化的几种模型，分别有：评分模型、营养状态指数模型、改进的营养状态指数模型、生物多样性评价、灰色理论评价模型、浮游植物与营养盐相关模型、生态动力学模型，针对不同模型分别进行相应介绍，并且对国内外水体富营养化污染做出一定概况，对未来湖泊水体进行了一定程度的展望。 1 引言 水资源是人类赖以生存的基础物质，随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而水资源污染也日益严重。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环保的相对滞后，许多湖泊、水库已经进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、莱州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国18个主要湖泊调查研究表明，其中14个已经进入富营养化状态。 2 绪论 2.1 湖泊富营养化的概念及分类 通常，湖泊水库等水体的富营养化[1]是指湖泊水库等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类和其它水生生物大量繁殖，水体透明度和溶解氧发生变化，造成水体水质恶化，加速湖泊水库等水体的老化，从而使水体的生态系统和水功能受到损害。严重的会发生水华和赤潮，给水资源的利用如：饮用，工农业供水，水产养殖、旅游等带来巨大的压力。另一种定义方法[2]（Cooke等提出）是由于过量的营养物质、有机物质和淤泥的进入，导致的湖泊水库生物产量增加而体积缩小的过程。该定义除了营养盐以外，还强调了有机物质和底泥的输入。因为有机物质也可以导致水体体积缩小，溶解氧消耗，并通过矿化作用从沉积物中释放营养物质；淤泥的输入也可使水体面积缩小，深度降低，并能吸附营养盐和有机物质沉积到水底部，成为潜在污染源。释放后必然会促进水体生物的大量繁殖，当水体内大量的植物（沉水植物和漂浮植物）以及大量藻类死亡后，释放的有机物和营养物会进一步加剧水体的营养程度。 根据水体营养物质的污染程度，通常分成贫营养、中营养和富营养三种水平。实际上，湖泊水库等水体的富营养化自然条件下也是存在的，不过进程非常缓慢，这就是地理学意义上的富营养化。然而一旦水体接受人类活动的影响，这种转变的速度会大大加快，特别是在平原区域，人口密集，工农业发达，大量污水进入水体，带入大量的营养物质，极大的加速水体富营养化进程。人们通常所说的富营养化是指这种在人为条件的影响下，大量营养盐输入湖泊水库，出现水体有生产能力低的贫营养状态向生产能力高的富营养状态转变的现象。这种富营养化通常称为人为富营养化。 水体富营养化的发生也是逐步进行的。水体在营养盐浓度较低，藻类和其它浮游植物的生物量随着营养盐浓度的增加而相应增加的时期，称为响应阶段，这
最新湖水污染分析模型
摘要 在两种情况下分析湖水中的污染物，分别建立模型即理论模型和实际模 型。理论模型是根据伊利湖和安大略湖各自的污染物流入流出的关系建立污染 物量关于时间的差分方程：伊利湖的污染物总量n+1n a 0.62a =，安大略湖的污染 物总量n n n b 6129.03230.627020.33600.87192.3077=-?+?+，n b 在n →∞时趋于 一个定值192.3077，这个定值就是安大略湖系统的平衡值；当35n =时 245.95n b =安大略湖的污染程度减少到目前水平的10%；当31n ≥≥是系统的污 染物的量是一直增加的，当203n ≥≥系统的污染物量急剧减少，大约从40 n ≥开始系统的污染物量几乎保持不变。实际模型中首先根据湖水的实际更新情况 重新确定湖水流入和流出占湖水总量的百分数，又由于湖水中污染物的浓度时 刻变化，所以用时间微元的方法对实际污染物流出的比例进行修正。分析铝厂 排放的污染物时，铝厂排放的污染物是赤泥，根据赤泥的物化性质利用重力沉 降原理求得赤泥颗粒从湖面沉降到湖底的时间t ，把一年分成多份t ，同时将铝 厂每年向湖水中排放的污染物量25单位按t 分成多份，每一个单位时间铝厂排 放到湖里的污染物量是0.3q ?=单位，则安大略湖的湖水中将始终保持有0.3单 位的赤泥，其余的赤泥都将在湖底沉积。综合安大略湖中赤泥和伊利湖流入的 污染物的情况预测了未来十年内的情况。模型中重力沉降原理指出颗粒的直径 影响沉降速度间接影响赤泥的排出量直径越小排出量越大，同时直径是最可能 实现改进的因素。在直径小于20um 时赤泥的排出量急剧增加。为减少安大略 湖的污染尽量把颗粒直径做小。 二、问题分析
水质中常用的指标有哪些
水质中常用的指标有哪些？ 1、有机化学指标溶解氧（Dissolved oxygen简称DO）指溶解在水中的分子态氧（O2），简称DO）。水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减 低。一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解氧可能过饱和；当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含 量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重 要指标之一。化学需氧量（Chemical oxygen demand 简称COD）化学需氧量是指以重铬酸钾（K2Cr2O7）或高锰酸钾（KMnO4）为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量（以mg/L计）。水中还原性物质包括有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一，在与水质有关的各种法令中均采用它作为控制项目。注：我国颁布的环境地面水质标准（1988年）中，规定了以酸性重铬酸钾法测得的COD值称为化学需氧量，（简称CODCr），而将高锰酸钾法测得的COD值称为高锰酸盐指数，（简称CODMn）。高锰酸盐指数，耗氧量（CODMn）高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和溶解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸盐
(完整版)水力学试题带答案
水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流；
河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型
水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量W 可划分为稀释容量W 稀释和自净容量W 自净两部分，即： W W W =+稀释自净 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。 河段污染物混合概化图如图。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 图 完全混合型河段概化图 0()i si i i W Q C C =-稀释 i i si i W K V C =??自净 即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 考虑量纲时，上式整理成： 086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C = 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =
式中：i W —第i 河段水环境容量（kg/d ）； i Q —第i 河段设计流量（m 3/s ）； i V —第i 河段设计水体体积（m 3）； i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）； si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）； 0i C —第i 河段上方河段所在水功能区水质背景值 （mg/L ）,取上游来水浓度。 若所研究水功能区被划分为n 个河段，则该水功能区的水环境容量是n 个河段水环境容量的叠加，即： 1n i i W W ==∑ 01131.536()0.000365n n i si i i i i i i W Q C C K V C ===-+??∑∑ 式中：W —水功能区水环境容量（t/a ）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD 、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： C t kV S t C t Q t C t Q dt dc c out in in )()()()()(V(t)++?-?= 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。 式中：V(t)——箱体在t 时刻的水量，m 3； dt dc ——箱体水质参数COD 、氨氮的变化率； )(t Q in ——t 时刻水库的入流水量，m 3/a ； )(t Q out ——t 时刻水库的出流水量，m 3/a ；
湖泊水库水质监测系统
随着社会的发展和人们对生活健康的关注，加上水资源的日益短缺和恶化，水质监测系统的运用备受关注。随着水质监测技术的逐步完善和成熟，水质监测技术已经成为环保管理部门对辖区水体水质、水体状况进行实时监测的主要手段。常规的实验室取样检测技术已经无法在第一时间获取水污染状况的准确信息。而且分析速度慢、操作复杂、稳定性差，特别是对附加药品一来使其存在二次污染。此外，随着水资源污染的日益加剧，水样的成分越来越复杂，而且检测的水质项目越来越多，从而对水质分析仪器的性能有了更高的要求。以往采用的水质监测方法已经远不能满足环保工作发展的需求。因此，发展水质在线监测系统势在必行。水质在线监测系统克服了常规水质分析仪器的缺点，使用无线数传设备（4G DTU）能够实时、连续、稳定、可靠得提供准备、快速的监测传输数据。 水质在线监测系统用于实时监测湖泊、水库、饮用水源地、地下水观测点等水质变化状况，系统融合了环境监测、集成和预警等技术，采用一体化、集成联动运行方式，加强了水质污染、异常事故的预防和污染排放的监管能力。同时，通过湖泊水质信息网络的建设，可分析区域内水质动态趋势，有效加强区域管理，为污染动态研究、湖泊富营养化预测、湖泊水库水污染治理提供科学依据，为水环境管理与决策提供科学有效的技术支撑。 系统构成 系统由监控中心、传输单元、智能站点、站房等组成，具备系统运行状态监控、视频监控、站房状态监控、远程控制、远程操作等功能。 根据客户需求的不同，可选择集成固定站、集装箱站、浮标站等形式。监测因子可涵盖常规五参数、叶绿素、蓝绿藻、氨氮、高锰酸盐指数、TOC、总磷、总氮、磷酸盐、硝酸盐
氮、亚硝酸盐氮、硅酸盐、重金属（Fe、Mn、Pb、Cd、Cr6+）、水位、流速、流量、流向、风速、风向、气温、气压、温度、光照度及雨量等。 方案特点 ?智能化站点控制，具备设备运行状况实时监控、远程监控、动态显示及数据管理功能；?采水方案、数据传输多样化，根据实际需求可选； ?准确、稳定可靠的分析技术，独特的高度定量设计； ?系统集成度高、故障率低，维护量小，有效数据率大大提高； ?扩展性强，并兼容市场主流的各家仪表； ?以第三方运营为保障手段，确保系统和设备的有效运行。
最新水质分析中的常用指标
1 水质分析中的常用指标 2 1、有机化学指标 3 4 溶解氧 (Dissolved oxygen简称DO) 5 指溶解在水中的分子态氧(O2)，简称DO)。水中溶解氧的含量与大气压、水6 温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶7 解氧含量减低。 8 一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解9 氧可能过饱和;当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含量降10 低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L 11 时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重要指标之一。 12 化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称COD) 13 化学需氧量是指以重铬酸钾(K2Cr2O7)或高锰酸钾(KMnO4)为氧化剂，氧化14 水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。水中15 还原性物质包括有机物和亚xiao 酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量16 反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，17 该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一，在与水质有关的各种法令中均18 采用它作为控制项目。 19 注：我国颁布的环境地面水质标准(1988年)中，规定了以酸性重铬酸钾法20 测得的COD值称为化学需氧量，(简称CODCr)，而将高锰酸钾法测得的COD值21 称为高锰酸盐指数，(简称CODMn)。 22 高锰酸盐指数，耗氧量(CODMn)
23 高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染24 的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及25 无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和26 溶解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。 27 高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰28 酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并29 不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸30 盐指数这一术语作为水质的一项指标，以有别于重铬酸钾法的化学需氧量，更31 符合于客观实际。 32 CODcr一般为CODMn的2到5倍，我们在实际工作中得到的数据基本上都在33 这个范围 34 生化需氧量(Biochemical oxygen demand简称BOD) 35 生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生36 物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无37 机物质氧化所消耗的氧量，但这部分通常占很小比例。 38 有机物在微生物作用下好氧分解大体上分为两个阶段。 39 1)含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水; 40 2)硝化阶段，主要是含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚xiao 酸盐41 和xiao 酸盐。约在5-7日后才显著进行。故目前常用的20℃五天培养法(BOD5 42 法)测定BOD值一般不包括硝化阶段。 43 BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解44 性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。
水力学考试试题与答案
1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流； 答案：b
遥感技术在湖泊环境研究中的应用
第12卷第3期 2006年9月 地质力学学报JOURNA L OF GE OMECHANICS V ol 112N o 13Sep.2006 文章编号:100626616(2006)0320287208收稿日期:2006202222 基金项目:国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”资助。 作者简介:孟庆伟(19812),男,在读硕士。主要从事环境演变与遥感地质研究。E 2mail :s olarwind 2map @s ohu 1com 遥感技术在湖泊环境研究中的应用 孟庆伟1,罗 鹏2,余 佳1,韩建恩1 , 吕荣平1,孟宪刚1,朱大岗1,邵兆刚 1(11中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081;21长安大学资源学院,西安 710054)摘 要:近10年来湖泊的研究内容不断拓展,研究方法不断完善,研究工作取得 了丰硕的成果。遥感技术作为科学、快速的调查和监测手段,在湖泊环境研究领域 中得到了广泛的应用。本文主要介绍国内外遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参 数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态 环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究进展。同时,综合评述了各种遥 感数据源、各类遥感信息提取技术在湖泊环境研究领域的应用前景。 关键词:湖泊环境;遥感技术;应用进展 中图分类号:P49文献标识码:A 0 前言 湖泊作为一种特殊的自然综合体,不仅是地表水载体和沉积矿藏赋存的场所,而且与大气、生物、土壤等多种要素密切相关。湖泊对气候、环境系统的变化反映极为敏感[1,2],特别是内陆湖泊被视为湖区环境变化和气候变异的指示器[3,4]。 湖泊研究随着遥感技术的发展迎来了一个新的研究阶段,遥感技术在湖泊环境研究中的应用,以其宏观性、实效性和经济性迅速取得了广泛的应用。作者在实施国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”时检索了国内外大量文献,整理了遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究成果,为项目研究宜选择的湖泊生态地质环境遥感信息提取技术提供了依据。现将国内外遥感技术在湖泊环境研究中的主要进展介绍如下,以飨读者。 1 湖泊水质遥感监测 湖水中的悬浮颗粒物,溶解性有机物,叶绿素2a 浓度,藻类种类、浓度及分布等都是影
水力学知识点讲解.
1 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦 定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真 空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求 掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力 （1）图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积 方向：垂直并指向受压平面 作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。 静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系 绘制的，只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。 （2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强 方向：垂直并指向受压平面 作用点D ：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。 求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。 （3）曲面壁静水总压力 1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x 水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。 2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。 在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上。 3〕合力方向：α=arctg 下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总 压力。 例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。容器内装满水，试绘出AB 的 压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大 小如何计算？ 解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2 γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， c p z =+γ x z P P d y d u μ τ=
水污染常规分析指标
水污染常规分析指标是什么? 水污染常规分析指标主要有： (1)臭味，是判断水质优劣的感官指标之一，清洁水是无臭的，受到污染后才产生臭味。 (2)水温，是水体一项物理指标。水体水温升高．表明受到新污染源的污染。 (3)浑浊度．地面水浑浊主要是泥土、有机物、微生物等物质造成的。浑浊度升高表明水体受到胶体物质污染。我国规定饮用水的浑浊度不得超过5度。 (4)pH值，是水中氢离子活度的负对数，pH值为7表示水为中性，大于7 的水呈碱性，小于7的水呈酸性。清洁天然水的pH值为6．5—8．5，PH值异常，表示水体受到酸碱性的污染。 (5)电导率，是测定水中盐类含量的一个相对指标。溶解在水中的各种盐类都是以离子状态存在的，因此具有导电性，所以导电率的大小反映出水中可溶性盐类含量的多少。 (6)溶解性固体．主要是溶于水中的盐类，也包括溶于水中的有机物、能穿透过滤器的胶体和微生物，因此溶解性固体的大小反映上述物质溶于水中的多少。 (7)悬浮性固体，包括不溶于水的淤泥、粘土、有机物、微生物等细微物质。悬浮物的直径一般在2mm以下。它是造成水质浑浊的主要来源，是衡量水体污染程度的指标之一。 (8)总氮，是水中台有机氯、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氯的总量，简称总氮，主要反映水体受污染的程度。 (9)总有机碳(TCO)．是指溶解于水中的有机物总量，折合成碳计算。总有机碳含量是反映废水中有机物总量，是水体污染程度的重要指标。
(10)溶解氧(DO)，是评价水体自净能力的指标。溶解氧含量较高，表示水体自净能力强；反之表示水体中污染物不易被氧化分解，此时厌氧性菌类就会大量繁殖，使水质变臭。 (11)生化需氧量或生化耗氧量(一般指五日生化学需氧量)BOD，水中有机物在微生物作用下，进行生物氧化，从而消耗了水中的氧。因此生化需氧量的大小能反映水体中有机物质含量的多少、说明水体受有机物污染的程度。 (12)化学需氧量(COD)，是指用化学氧化剂氧化水中需氧污染物质时所消耗的氧量，主要反映水体受有机物污染的程度。COD数值越大，说明水体受污染越严重。 (13)细菌总数，反映水体受到生物性污染的程度。细菌总数增多表示水体的污染状况恶化。 (14)大肠菌群，是表示水体受人畜粪便污染的程度。大肠菌群越高，水体污染越重。我国生活饮用水水质卫生标准规定大肠菌指数每升水不得大于3个。 什么叫化学需氧量（COD）？ 所谓化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量（COD）的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾（KMnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。有机物对工业水系统的危害很大。含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。有机物在经过预处理时（混凝、澄清和过滤），约可减少50%，但在除盐系统中
湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展
湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展 () 摘要：湖泊富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入水体并致使水体的溶解氧下降、透明度降低、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。富营养化水体治理技术按照治理手段可分为化学处理、物理处理和生态修复处理方法等。化学方法处理污染水体主要是添加化学药剂改变水体中氧化还原电位去除水体中悬浮物质和有机质。物理治理技术措施包括人工曝气、调水冲污、河道疏浚等措施。水体生态修复技术包括生物膜法处理技术、微生物制剂技术、人工湿地处理及生物栅修复等。本文阐述了当前国内外水体生态修复技术的相关研究进展并比较了各方法的优缺点，并对未来富营养化水体生态修复技术做了展望。 关键词：富营养化；生态修复技术 Research of water ecological restoration technology about lake eutrophication () Abstract: Lake eutrophication refers that nutrients of nitrogen and phosphorus are into the water, bringing the phenomenon that clarity and dissolved oxygen drop causing deterioration of water quality and death of fishes and other creatures. Treatments of eutrophic water include chemical treatment, physical treatment and ecological restoration. Chemical method are that adding chemicals into water changs redox potential to remove suspended substances. Physical treatments include artificial aeration, flushing and river dredging. Ecological restoration technologies include the biological membrane, microbial preparation, artificial floating island and biological grid restoration. This paper describes the progress research of ecological remediation technologies for the present and compares the advantages and disadvantages, and makes forecast for the future ecological restoration technologies of eutrophic water. Keywords: eutrophication; Ecological restoration technologies
三峡水库水质模型
三峡水库的水质模型 随着大型水利水电工程的建设,人类能够对水资源进行更加有效的管理和充分的利用,取得了巨大的防洪、发电、航运等效益。但是工程建成后,不可避免的带来了一些生态环境问题随着时间的发展,在水库的调度过程中将生态因子作为水库调度的重要目标之一。同时由于流体运动的复杂性,传统的物理模型试验己很难满足研究的需要,数值模拟成为研究流体力学方便和强有力的手段。三峡水库建成后,非汛期,三峡水库蓄水至175m,电站采取调峰运行模式。由于库水位提高和调峰运行,改变了天然河道的流态,引起水库各种环境问题。另一方面来讲，近年来随着计算机网络和信息技术的发展,环境信息系统的各方面性能取得了很大进步,其中数据传输、资料查询、统计分析等功能都有了明显提高。与此同时,人们研究了各种环境模型,针对当前的不同环境问题进行了深入的分析和预测,并取得了显著的成果。所以，使用信息技术与环境模型的方法，来解决三峡水库的各种环境问题也是一个较好的选择。利用水质模型的知识，对于三峡水库进行一个大致研究。 经过调查可知，三峡水库与一般的湖泊有着显著区别。首先,其流速分布不均,干流流速与支流流速,干流中心的流速与岸边流速,一般情况下的流速与弯道、回流沱之间的流速之间都有很大差别;其次,流场不同位置间存在巨大的水深差异;另外,不同季节的气温对藻类生长影响也有很大差别。在对水库的水质模型进行建立的时候,应根据上述建立的水深、流速、温度以及营养盐与富营养化的初步映射关系,在GIS系统的支持下,建立整个水库干流、支流的水体总体富营养化程度的实时监测体系，来相应更好的建立模型。由于三峡水库水环境管理信息系统针对库区区域水环境问题涉及因素多、信息量大,变化复杂等特点,采用GIS和数据库技术,实现了水库水污染资料的管理和相关数据的统计、查询。另外,三峡水库蓄水后,库区江段水位抬高,水面变宽,流速减小,水库的污染状况将发生新的变化。为了预测水库水质的变化,提前作出预警预报,可以选择建立了多个水流水质模型,对水库的水流水质状况进行模拟，然后在三峡水库水环境管理信息系统中集成某些合适的水质模型,提高系统的水质预测能力,对于三峡水库的水质管理和污染事故的预警预报,防治水库水质进一步恶化,具有重要的实用价值。 总体来说,三峡水库蓄水后可能面临的主要水污染问题是近岸水体质量的恶化以及可能出现的库首水体温度分层和意外水污染事故。所以在此我们设想并大致计算了5个不同的水质模型,实现它们与三峡水库水环境管理信息系统的有效连接,用于预测和分析三峡水库各种的水污染问题。下面分别对这些模型的功能和应用范围进行简单介绍: (1)库区一维模型。三峡水库是一个河道型水库,具有典型的河道特性。采用一维水质模型模拟600多km整个库区水流及污染物的输移扩散,便于人们把握三峡水库的水质整体状况,制定水库水污染控制的整体规划。另外,一维水质模型还可以为二维、三维水质模型提供必要的边界条件。 (2)岸边二维模型。三峡水库当前的污染主要表现为岸边污水排放,在一维水质模拟的基础上,采用深度平均的二维水质模型计算岸边排放的污水口附近的水流及污染分布,有利于人们预测三峡水库的岸边污染情况和发展趋势,及时地提出相应控制措施。 (3)(分层三维模型。三峡水库正常蓄水位达175 m,很大水域的水深将超过100 m,深度平均二维模型难以正确反映污染物浓度的垂向分布,采用分层三维水质模型,可以大大提高水深较大区域岸边污染混合区范围的预测精度。 (4)垂向水温模型。根据经验判断,三峡水库蓄水后将成为弱分层水库,可能在夏季出现水温分层,水库分层对水库水质以及下游生态的影响很大。垂向水温模型将用来预测水库水温分层结构和下泄水温过程。 (5)污染事故预警模型。污染事故预警模型采用简单的解析解,实现对三峡水库库首污染事故的快速预警预报,以便采取紧急的必要措施,防止污染事故的进一步扩散。而污染事故的精确
最新水质分析中的常用指标
水质分析中的常用指标 1、有机化学指标 溶解氧(Dissolved oxygen简称DO) 指溶解在水中的分子态氧(O2)，简称DO)。水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水 温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减低。 一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解氧可能过饱和;当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重要指标之一。 化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称COD) 化学需氧量是指以重铬酸钾(K2Cr2O7)或高锰酸钾(KMnO4)为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。水中还原性物质包括有机物和亚xiao 酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之 一，在与水质有关的各种法令中均采用它作为控制项目。 注：我国颁布的环境地面水质标准(1988年)中，规定了以酸性重铬酸钾法测得的COD值称为化学需氧量，(简称CODCr)，而将高锰酸钾法测得的COD值称为高锰酸盐指数，(简称CODMn)。 高锰酸盐指数，耗氧量(CODMn) 高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和溶解 的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。 高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸盐指数这一术语作为水质的一项指标，以有别于重铬酸钾法的化学需氧量，更符合于客观实际。 CODcr一般为CODMn的2到5倍，我们在实际工作中得到的数据基本上都在这个范围 生化需氧量(Biochemical oxygen demand简称BOD) 生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无机物质氧化所消耗的氧量，但这部分通常占很小比例。 有机物在微生物作用下好氧分解大体上分为两个阶段。 1)含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水; 2)硝化阶段，主要是含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚xiao 酸盐和xiao 酸盐。约在5-7日后才显著进行。故 目前常用的20℃五天培养法(BOD5法)测定BOD值一般不包括硝化阶段。 BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺 设计和动力学研究中的重要参数。 总磷(Total Phosphorus简称TP) 总磷为控制水体富营养化主要指标。以水中可被强氧化物质氧化转变成磷酸盐的各种形态磷的总量计。磷是植物生长的营养元素，也是生命必不可少的。如果水中的磷超过临界浓度后，就会刺激水生植物的生长，以至发生“藻花”，造成水 体的富营养化。 磷是由若干不同途径进入水体的，如排放含磷化合物的废水，农田的地表径流，以及畜牧场等。近年来，由于含磷洗涤 剂和其他日用含磷物质的使用，也增加了磷的排放量。 氨氮(Ammonia nitrogen简称NH3-N) 水中的氨氮是指以游离氨NH3(也称非离子氨)和离子氨NH4+形式存在的氮。对地面水，常要求测定非离子氨。两者的组成比决定于水的pH值和温度，当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则氨盐的比例较高。 水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化、合成氨等工业废水，以及农田排水等。氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。