水环境非点源污染的模型模拟

!水环境非点源污染模型简介从非点源污染的特点来看它与自然界的水文循环密切相关#所以传统的水文模型被大量的引入构建了非点源污染模型的基础和框架#非点源污染过程是非常复杂的在建立模型时必须对整个过程进行系统分析并划分出相互联系的几部分分别进行模型化再根据它们的相互联系综合各部分内容形成一个完整的模型#非点源污染模型的一般层次结构如图!所示$%&’地表利用形式决定了非点源模型的水文模拟部分从而也就决定了整个模型的类型#所以可以根据地表利用形式不同把非点源模型分为以下几个主要类型(见图)*#受纳水体水质模型污染物迁移转化过程模型侵蚀和泥沙输移模型降雨径流模型非点源污染城市非点源污染住宅区商业区+,-工业区非城市非点源污染农业林业畜牧业+,-+,-采矿等图!非点源污染模型层次结构简图图)非点源污染模型分类简图)水环境非点源污染模型发展历程从./年代初到现在的近0/年间非点源污染模型发展大致经历了三个阶段#第一阶段为1/年代之前是研究的探索期#这一阶段在污染源调查非点源特性分析非点源污染对水质的影响分析等方面取得了大量的成果模型研究在此基础上得以蓬勃发展$23&#例如456647896:9;<64=4>?<96@E(FGEHIJKJLGIGKHMNJOHPOG*它是由美国环保局(C#4#;><*于!Q.3年发布的同时提供了大量的实用非点源模型并详细介绍了应用模型分析法评价和预测管理措施的实施效果#第二阶段从1/年代初至Q/年代初#这一时期非点源污染问题进一步受到重视#以非点源污染为主题的国际会议和各种专著大量出现#这一阶段的模型研究主要集中在把已有的模型用于非点源污染管理开发含有经济评价和优化内容的非点源管理模型#提出的有代表性的模型为4$.&等等#为了提高模型土壤侵蚀部分模拟的简便性和准确性美国农业工程师协会(<4<;*提出并逐步改进了5;>>模型T另外传统的土壤流失方程(C4@;*也经过改进形成9C4@;$1&#同时最佳管理措施D6>E发展更加成熟美国环保局U农业部水土保持局和各州政府都建立起了相应的实施细则和办法模型分析技术被大量应用于评价D6>E的效果#第三阶段从Q/年代初至今非点源模型方面主要是对现有模型的进一步完善借鉴新的工具如地理信息系统(RV4*对传统模型进行改造#而且这一阶段模型研究进一步由纯数学问题转向一种系统决策工具以帮助预测非点源污染的程度并对各种水域管理措施进行评价$Q&#同时把传统的非点源模型与专家系统或各种人工智能工具相结合开发非点源模型系统平台为非点源污染的研究和控制提供有利工具也成为一个重要的研究方向#0几个典型模型的功能比较在长期的非点源污染防治过程中建立和积累了大量有效的模型经过实践的检验和自身不断的发展逐步形成了若干种较为完善的常用模拟工具#由于其模拟机理和适用范围不同各模型间存在明显差别#在选用模型时应当有针对性的了解模型的特性以求达到最佳的模拟效果#因为非城市非点源污染问题最为突出下面把这方面模型分国外和国内部分加以简要比较(见表!和表)*为模型的应用/!西安建筑科技大学学报(自然科学版*第0%卷万方数据者提供一个可参考的依据!表国外主要非城市非点源污染模型#$$%名称主要特点适用范围&’()*模型$!由三部分组成+水文,侵蚀,化学物质迁移部分!-!在进行水文运算时按土地利用情况,土质等因素把流域分为若干子区域分别计算再迭加!.!侵蚀子模型用改进的美国通用土壤流失方程/模型还可预测泥沙的粒径分布!0!化学物质子模型包括吸附1解吸,化学物质的分解,扩散迁移和随土壤颗粒迁移而产生新的分布的过程!有机化合物2的迁移&3)模型$!有水文,泥沙侵蚀,污染物吸附1解吸,污染物降解,2迁移模拟几部分模型组成!-!水文模拟部分采用4567898:;<=:>?@A=8BC78D7@:E4B6?=9I吸附等温式!0!污染物的挥发,生物降解及其它消减过程均采用一级反应动力学模型!J!2的迁移模型是通过2在水和沉积物相浓度分别计算得到!杀虫剂2的迁移K()模型$!模型分为+水相迁移模型,气相迁移模型,土壤生态模型,植被生化模型-!本模型的突出之处为/以污染物的多相分布规律为依据进行综合模拟/并考虑了诸多生物活动对污染物分布的影响/如在受污染土壤上生长的植被对污染物的富集效应等!有毒重金属辐射污染&2