第二章流域水污染迁移与转化

第二章流域水污染物迁移与转化本章内容流域概述流域水文过程流域水污染物迁移转化流域概述第二章流域水污染物迁移与转化流域定义流域（Basin）：是地表水及地下水分水线所形成的集水区域的统称，用来指一个水系的干流和支流所流经的整个区域。基本特征流域基本特征流域的几何特征、自然地理特征和人类活动影响的总称对于水质模拟而言，需要特别关注自然地理特征和几何特征基本特征——自然地理特征（1）气候特征包括降水、蒸发、湿度、气温、气压、风等要素，是河流形成与发展的主要影响因素，也是决定流域水文特征的重要因素。（2）下垫面条件下垫面：指流域的地形、地质构造、土壤和岩石性质、植被、湖泊、沼泽等情况。流域的下垫面条件反映了每一水系形成过程的具体条件，与非点源污染息息相关，并会影响径流的变化规律，进而影响到水质状况。基本特征——几何特征（1）流域面积流域面积是指流域地面集水区的水平投影面积，单位为km2。集水面积（2）流域长度和平均宽度河长与流域长度（3）河网密度（4）流域平均高程和平均坡度（5）流域形状系数流域水文过程第二章流域水污染物迁移与转化水文循环与水量平衡水文循环示意图水文循环水量平衡水量平衡原理在水文循环过程中，对任一区域或流域，任一时段进入水量与输出水量之差额等于其蓄水量的变化量。式中，I为给定时段内输入、输出该区域的总水量；O为时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。IOS水量平衡基本方程一般流域水量平衡方程流域多年平均水量平衡方程PRES000=PER陆面产汇流过程——产流流域产流流域产流量在流域产流过程中，由于植物截流、地面填洼、雨期蒸发及下渗等作用，会造成部分乃至全部径流损失，而通常将扣除这些损失后所余下的部分称为流域产流量。过程：降雨—径流实质：在下垫面垂向运动中各种因素综合作用下水分的发展过程，同时也是下垫面对降雨的再分配过程产流机制指降雨产生径流的基本物理条件，它取决于下垫面结构及降雨特性。主要有三种：（1）超渗产流（2）蓄满产流（3）界面产流流域产流过程的影响因素（1）流域下垫面的地理空间变化（2）降雨、蒸发、土壤含水量等的时空不均匀性流域主要产流过程地面径流的产流壤中流的产流地下潜水径流的产流地面径流是流域产流的主要来源壤中流和地下潜水径流对流域产流的贡献相对较小地面径流的产流产流条件从降水开始时起到某一时刻的地面径流量主要取决于降水量与下渗量在时空上的组合与发展。当降水强度大于下渗率时，会产生地面径流。产流过程降水、截留、洼地储蓄、下渗、蒸散发壤中流的产流壤中流的产流由土壤及土质等组成的包气带往往不是均一的，而是由各种不同性质的土层叠合在一起，当其中夹有透水性较差的土层时，常在交界处形成水流即壤中流。产流条件上层有较好的透水性；有一个阻水层（即弱透水性层）；两层土层的界面处有临时饱和层；有足够的土层坡度等。地下潜水径流的产流在包气带厚度不大且易透水的土层中，其下部存在不易透水岩层（不透水层）时，由于连续降水，有可能使整个包气带充水，当整个包气带含水量超过田间持水量接近饱和并有自由重力水补给地下水时，则形成潜水径流。坡地产流包括地面和地下产流流域产流的基本规律径流类型地面径流壤中流潜水径流产流条件降雨率＞下渗率土壤表层下渗率＞弱透水层下渗率稳渗率＞弱透水下渗率产流特征产于地面上产于包气带中相对弱透水层处产于下部不透水层地面上产流区别仅在有坡地面上除坡度外还要有一定的饱和层土层需要稳定的包气带饱和层陆面产汇流过程——汇流流域汇流流域汇流包含坡面流、壤中流、地下水流以及河道汇流等多种水流的汇集，可分为坡面汇流和河网汇流两个阶段。水质影响因素：上游径流大小、来水的水质、江段所接纳的排污负荷、地理地形以及潮汐作用等因素的综合影响降水与蒸发之差地表水流地下水流河网水流槽面降水出流过程地表水流出流过程地下水流出流过程流域出流过程（坡地汇流）（河网汇流）流域汇流过程框图水体水文过程河流水文过程湖泊（水库）水文过程河口水文过程水体水文过程---河流河流水情要素水位、流速、流量河流年径流变化年内变化、年际变化河水的运动（1）动力重力是基本动力，还受地转偏向力、惯性离心力、机械摩擦力（2）运动类型A河水的纵向运动均匀流非均匀流B河水的环流运动水内环流水体水文过程---湖库湖泊的水量平衡湖泊水位湖泊对河流的调节水库水文调节湖泊（水库）的热状况正温层、逆温层、温跃层深度/m10203040506004510152004510045101520温度/℃湖上层温跃层湖下层（a）正温层（b）逆温层（c）温跃层温度/℃温度/℃湖水温度的垂线分布类型水温/℃51015202530123456789101112气温表层6米12米20米30米40米60米水深80米底部月份湖泊不同深度水温的年变化过程湖泊（水库）水的运动（1）形式周期性升降波动，如波浪、波漾运动非周期性的水平流动，如湖流、风浪、混合等（2）种类湖（库）水的混合湖泊（水库）波漾和增减水水库异重流增减水示意图风增水减水漂流补偿流Z异重流潜入点断面漂浮物坝泄水孔回流三角洲淤积底层泥水异重流水库异重流示意图水体水文过程---河口河口区水情（1）河口区潮汐的涨落过程（2）潮流量的变化（3）河口潮波的变形河口区水的运动（1）河口的盐淡水混合（2）河口环流与河口锋感潮河段水文特性河口的冲洗时间（1）淡水分数法（2）修正进潮量法流域水污染物迁移转化第二章流域水污染物迁移与转化流域水污染物的陆面迁移污染物传输形式：溶解态和吸附态污染物传输路径：与污染物的物理化学形态有关非溶解态——只能通过地表径流传输溶解态——视化学成分的不同而有所区别污染物在水体中的迁移与转化迁移和转化衰减耗氧和复氧迁移与转化推流迁移分散稀释（1）分子扩散（2）湍流扩散（3）弥散转化和运移衰减有机物衰减的一般过程（1）含碳有机物分解曲线（2）硝化曲线有机物的氧化分解曲线含碳BOD的降解实验室条件：河流校正：沉淀与再悬浮：河流条件：C,CC0eTKLL11C,C,TTTTKK20C,C,201.047TTKKdCxuKKh0.49d59.1KQ0.48d70.0KrdsCsxuKKKKKhCC0rexpxxLLKud1lnABLKtL含氮BOD的降解硫化物衰减的过程NN0NexpxxLLKuCH2CH（NH2）·COOHCH2CH（NH2）·COOHSS+5H22H2S+2NH3+2CH3·CH2COOH耗氧和复氧一般过程（1）耗氧（2）复氧水体中溶解氧变化曲线清洁区分解区腐败区恢复区清洁区可氧化有机物含量溶解氧溶解氧有机物进入有机物至河流下游的时间或距离溶解氧或可氧化有机物含量关键过程（1）大气复氧（2）光合作用复氧（3）藻类的呼吸作用耗氧（4）沉积物耗氧污染物迁移和转化基本模型零维模型零维模型图示SVQ0CQC水污染物的源与汇0d()dCVQCCKCVt一维基本模型体积元的质量平衡关系22xxCCCDuKCtxx二维和三维基本模型二维三维2222xyxyCCCCCDDuuKCtxyxy222222xyzxyzCCCCCCCEEEuuuKCtxyzxyz