首页 / 专利库 / 天文学 / 天文现象 / 一种河口三角洲地区湿地湖泊内源污染评价方法

一种河口三洲地区湿地湖泊内源污染评价方法

阅读:180发布:2020-07-20

专利汇可以提供一种河口三洲地区湿地湖泊内源污染评价方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且河口三 角 洲地区湿地湖泊内源污染综合评价方法,其中的主要步骤为:A)测量 水 源河口三角洲地区湿地湖泊营养物质含量(TN,TP);B)提取 水溶性 有机物,计算并测量溶解 氧 含量(DO);C)选取并测量恒温层、跃温层、等温层 位置 温度 值以及河口区潮位、波强、流速等水动 力 过程的相关参数;D)建立温度与潮波过程的耦合模型;E)模型求解;F)河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价。,下面是一种河口三洲地区湿地湖泊内源污染评价方法专利的具体信息内容。

1.一种河口三洲地区湿地湖泊内源污染综合评价方法,其中的主要步骤为:
A)测量源河口三角洲地区湿地湖泊营养物质含量(TN,TP);
B)提取水溶性有机物,计算并测量溶解含量(DO);
C)选取并测量恒温层、跃温层、等温层位置温度值以及河口区潮位、波强、流速等水动过程的相关参数;
D)建立温度与潮波过程的耦合模型;
E)模型求解;
F)河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价。
2.根据综合评价方法,步骤A采用性过硫酸消解紫外分光光度法以及过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法。
3.根据综合评价方法,步骤B采用连续式隔膜电极法。
4.根据综合评价方法,步骤C采用分布式光纤温度测量仪(DTS)、SBY2-1声学波浪仪
与Global Water流速仪。
5.根据综合评价方法,步骤D采用水体热交换模型表征水体表面传热总的热交换
量(Qs)为长波辐射量(QR)、水面蒸发量(Qw)、水面显热对流量(Qh),其处理公式为:Qs=QR+Qw+QH
a.长波辐射量(QR):
由于大气所散发的辐射波长相对太阳入射波长较长,主要能量集中在4~120μm之
间,因此属于长波辐射范围;大气的长波辐射的处理公式为:
式中:T(water)、ε(air)、ε(water)、Rt(w)、σ、T(air)、C(cloud)分别为水面0m处温度、水的辐射系数、大气的辐射系数、水面长波辐射反射率、波兹尔曼常数、为水面上2m处气温、覆盖率。
b.水面蒸发热损失(Qw):
蒸发直接体现热量与水量交换过程的联系,处理公式为:
3
式中:L、Cw、ρ(air)、P、Rlt分别为蒸发潜热、蒸发传热系数、空气密度(取1.225kg/m )、一个标准大气压相对湿度
c.显热对流量(Qh):
热对流是指热量通过流动介质,由空间的一处传播到另一处的现象。水体表面热通量为正值时,表层处于升温状况,水温较水体以下各层为高,密度分层稳定.反之,在降温状况,表层水温则可能低于以下各层,形成不稳定状态,这时上下层发生热对流,其处理公式为:
Qh=CHcp(air)ρ(air)u(wind)(T(air-r)-T(watcr))
式中:CH、cp(air)、u(wind)、T(air_r)分别为显热传导体积系数(取0.0014)、水的定压比热(取1003)、水面处的速、水面上空气的干球温度,其余同上。
6.根据综合评价方法,步骤D另一方面计算穿透传热过程总的热交换量,其处理公式为:
2
Qsw(s)=Q(sw_surface)(1-0.65C(cloud))(1-Rt(sw))
Qsw(z)=Qsw(s)exp{-ηe(S-z)}
式中:QSW(S)与QSW(Z)分别为水面太阳短波辐射量和水下短波辐射量变化过程,其中,-1
Rt(sw)、Q(sw_surface)、Qsw、ηe(m )分别为无量纲的短波辐射表面反射率、通过水面的总短波辐射量、透过水面的净短波辐射、衰减系数。
另外应用二维潮波方程以表征滨海地区湿地湖泊受到海洋潮流的影响:
a某地的潮位(ξ):
上式中,a0为平均海面;Rj为潮波振幅;θj为潮波的初位相;σj为潮波角速度;r(t)为非天文潮位,泛指因水文、气象状况变化引起的水位变化。
b.潮流(u):
其中u、v分别为流速的北分量和东分量;U0、V0为欧拉余流;Ui、ξi为北分量的调和常数;Vi、ηi为东分量的调和常数。
c.二维潮波方程:
上式中,D为总水深,x、y为东、北方向,U、V为潮流的东、北分量,AH为水平涡粘系数,kb为底摩擦系数
7.所述的综合评价方法,步骤E中的模型求解,是采用有限元体积法进行计算,并通过商用CFD软件实现。
8.所述的综合评价方法,步骤F中的综合评价方法,是通过模型求解得到不同水温条件,并带入步骤A,步骤B,步骤C所测得相关数据,耦合水质模型与溶解氧模型,耦合温度模型与河口潮波模型,从而求得研究区河口三角洲地区湿地湖泊中相关指标随着季节型变化条件的影响与存在的内在趋势,并对河口三角洲地区湿地湖泊内源污染程度进行评级,可以及时的预测河口三角洲地区湿地湖泊内源污染问题,并加以相关管理。

说明书全文

一种河口三洲地区湿地湖泊内源污染评价方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境污染评价与管理应用领域,具体涉及一种通过河口三角洲地区湿地湖泊温度模型与潮波模型将多种水质水量参数指标拟合成一个可以进行河口三角洲湿地湖泊内源污染的综合评价方法。

背景技术

[0002] 水体分层是水体由于温度或盐度等条件差异,从而产生的密度分层变化的现象,夏季典型的正向水温分层结构从上到下依次为变温层、跃温层(或称为斜温层)和等温层(或称为恒温层)。可以知道,跃温层的形成阻挡了河口三角洲地区湿地湖泊上下物质的交换,当温度分层形成后,下部水体处于厌状态,使得底部的沉积物通过生化方法,产生一定量的污染物质,当进入冬季时,上部水温降低,上下层的水温趋于一致,此时跃温层被破坏,进入春季以后,水面受到持续的太阳辐射的加热作用,使得高温水体遇到低温水体而发生混合作用,导致下部底泥中的污染物质翻到上部,使得污染物在整个水体中混合,导致水体的水质下降,产生内源污染问题。
[0003] 对于河口三角洲地区湿地湖泊内源污染的控制常常是基于长时间序列的水质参数监测,并采用曝气方式破坏分层,使得水体达到充分供氧混合,大多属于末端治理环节,还并未有通过前端管理与综合评价,控制河口三角洲地区湿地湖泊内源的综合评价方法。
[0004] 对于河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价主要有三类指标:
[0005] 第一类是总氮与总磷(TN、TP),这类指标反映了河口三角洲地区湿地湖泊中营养盐的含量与河口三角洲地区湿地湖泊富营养化程度。
[0006] 第二类是溶解氧含量(DO),这类指标反映了水体水质受污染程度。
[0007] 第三类是水温,由于河口三角洲地区湿地湖泊受外界条件产生的能量输入输出变化的影响,反映到河口三角洲地区湿地湖泊内部,即为温度的梯度差异,水温的变化会抑制水体浮游生物量,从而产生DO与总磷总氮在数量上的变化。
[0008] 第四类是河口潮汐强度,这类指标反应了潮波过程对水体产生的扰动,强度较大时底泥中的污染物翻动,引发内源污染问题
[0009] 在实际工作中,这三类指标通常是不连续的监测,并且指标之间的相关性分析较小,对指标间的综合分析与管理过程较少,因此需要一种河口三角洲地区湿地湖泊内源污染问题的综合评价与管理体系的建立。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种河口三角洲地区湿地湖泊内源污染的综合评价方法,通过水温分层模型,建立一个河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合指标。
[0011] 为了实现上述目标,本发明提供的河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价方法,其中的主要步骤为:
[0012] A)测量水源河口三角洲地区湿地湖泊营养物质含量(TN,TP);
[0013] B)提取水溶性有机物,计算并测量溶解氧含量(DO);
[0014] C)选取并测量恒温层、跃温层、等温层位置温度值以及河口区潮位、波强、流速等水动过程的相关参数;
[0015] D)建立温度与潮波过程的耦合模型;
[0016] E)模型求解;
[0017] F)河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价。
[0018] 根据综合评价方法,步骤A采用性过硫酸消解紫外分光光度法以及过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法。
[0019] 根据综合评价方法,步骤B采用连续式隔膜电极法。
[0020] 根据综合评价方法,步骤C采用分布式光纤温度测量仪(DTS)、SBY2-1声学波浪仪与Global Water流速仪。
[0021] 根据综合评价方法,步骤D采用水体热交换模型表征水体表面传热总的热交换量(QS)为长波辐射量(QR)、水面蒸发量(QW)、水面显热对流量(Qh),其处理公式为:QS=QR+Qw+QH
[0022] 长波辐射量(QR):
[0023] 由于大气所散发的辐射波长相对太阳入射波长较长,主要能量集中在4~120μm之间,因此属于长波辐射范围;大气的长波辐射的处理公式为:
[0024]
[0025] 式中:T(water)、ε(air)、ε(water)、Rt(w)、σ、T(air)、C(cloud)分别为水面0m处温度、水的辐射系数、大气的辐射系数、水面长波辐射反射率、波兹尔曼常数、为水面上2m处气温、覆盖率。
[0026] 水面蒸发热损失(QW):
[0027] 蒸发直接体现热量与水量交换过程的联系,处理公式为:
[0028]
[0029] 式中:L、Cw、ρ(air)、P、Rh分别为蒸发潜热、蒸发传热系数、空气密度(取1.225kg/m3)、一个标准大气压相对湿度
[0030] 显热对流量(Qh):
[0031] 热对流是指热量通过流动介质,由空间的一处传播到另一处的现象。水体表面热通量为正值时,表层处于升温状况,水温较水体以下各层为高,密度分层稳定.反之,在降温状况,表层水温则可能低于以下各层,形成不稳定状态,这时上下层发生热对流,其处理公式为:
[0032] Qh=CHcp(air)ρ(air)u(wind)(T(air-r)-T(water))
[0033] 式中:CH、cp(air)、u(wind)、T(air_r)分别为显热传导体积系数(取0.0014)、水的定压比热(取1003)、水面处的速、水面上空气的干球温度,其余同上。
[0034] 根据综合评价方法,步骤D另一方面计算穿透传热过程总的热交换量,其处理公式为:
[0035] Qsw(s)=Q(sw_surface)(1-0.65C(cloud)2)(1-Rt(sw))
[0036] Qsw(z)=Qsw(s)exp{-ηe(S-z)}
[0037] 式中:QSW(S)与QSW(Z)分别为水面太阳短波辐射量和水下短波辐射量变化过程,其-1中,Rt(sw)、Q(sw_surface)、Qsw、ηe(m )分别为无量纲的短波辐射表面反射率、通过水面的总短波辐射量、透过水面的净短波辐射、衰减系数。
[0038] 另外应用二维潮波方程以表征滨海地区湿地湖泊受到海洋潮流的影响:
[0039] 某地的潮位(ξ):
[0040]
[0041] 上式中,a0为平均海面;Rj为潮波振幅;θj为潮波的初位相;σj为潮波角速度;r(t)为非天文潮位,泛指因水文、气象状况变化引起的水位变化。
[0042] 潮流(u):
[0043]
[0044]
[0045] 其中u、v分别为流速的北分量和东分量;U0、V0为欧拉余流;Ui、ξi为北分量的调和常数;Vi、ηi为东分量的调和常数。
[0046] 二维潮波方程:
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 上式中,D为总水深,x、y为东、北方向,U、V为潮流的东、北分量,AH为水平涡粘系数,kb为底摩擦系数
[0050] 所述的综合评价方法,步骤E中的模型求解,是采用有限元体积法进行计算,并通过商用CFD软件实现。
[0039] 所述的综合评价方法,步骤F中的综合评价方法,是通过模型求解得到不同水温条件,并带入步骤A,步骤B,步骤C所测得相关数据,耦合水质模型与溶解氧模型,耦合温度模型与河口潮波模型,从而求得研究区河口三角洲地区湿地湖泊中相关指标随着季节型变化条件的影响与存在的内在趋势,并对河口三角洲地区湿地湖泊内源污染程度进行评级,可以及时的预测河口三角洲地区湿地湖泊内源污染问题,并加以相关管理。
[0040] 本发明提供了河口三角洲地区湿地湖泊内源污染的综合评价方法,操作简单,成本低廉,评价速度快,评价结果考虑了溶解氧,总氮总磷等指标,评价精度高,可以有效控制由温度分层引起的水体富营养化与其他内源污染问题。附图说明
[0041] 图1为本发明的流程示意图,图2为专利具体实施过程在黄河三角洲的采样分布图。

具体实施方式

[0042] 本发明提供了一种基于河口三角洲地区湿地湖泊模型的综合内源污染评价方法,其主要方法如下:
[0043] A)表层水样采集与保存:首先在采样点处使用干净的水桶进行汲水,然后将水样转移至事先准备好的贴有标签的聚乙烯塑料采样瓶内,每处采样2.8L左右。水温、光照强度、DO等指标现场测定,并记录当天采样时间、天气状况、河口三角洲地区湿地湖泊水位、潮流大小等参数以供实验研究参考,采样频率为每2~3天采样一次,采样完毕后带同实验室当天内完成其他化学指标的测定。
[0044] B)纵向水样采集与保存:根据河口三角洲地区湿地湖泊地形特点,在代表性点位选择取样点,沿水深方向使用有机玻璃定深采水器每隔5~10米取样一次,将水样用棕色广口玻璃瓶保存带回实验室在4℃下保存或适时测定。采样记录要求同上。本研究在河口三角洲地区湿地湖泊入口附近、河口三角洲地区湿地湖泊不同深度、原河道主流区、入海口等不同代表性点位选取了10个采样点。
[0045] C)上游径流水样的采集:根据河口三角洲地区湿地湖泊上游的地形情况,分别在支流汇合处、人口较为密集的村庄处以及相隔一段距离的地方,设置9-10个采样点,采样使用聚乙烯塑料瓶,在河道 内水流顺畅的地方汲水,避免在岸边死水区采样。采样的同时测定水温、总磷总氮等指标。
[0046] 具体采样分布见附图。
[0047] 将采样的结果进行数据分析与整理,做出研究区域河口三角洲地区湿地湖泊总磷总氮与DO的瞬时分布值,结合瞬时温度分布情形,描绘分层条件下相关指标的分布,本研究在2009年3月至12月持续抽样监测主库区的水质状况,结果显示研究区湿地湖泊存在明显的总氮超标,全年平均检测含量1.4mg/L,超标31%。
[0048] 根据相关温度参数,导入水体热交换模型,进行求解,做出河口三角洲地区湿地湖泊垂向温度分布图像,利用能量方程与RNG k-ε模型进行耦合求解,时间步长为0.01s,时间步数为500s,计算出温度分层条件下相关参数的分配规律。
[0049] 河口三角洲地区湿地湖泊内源污染综合评价:
[0050] 温度成层条件下DO存在明显的季节性变化,4、5月份在温度分层逐渐形成的过程中,溶解氧在纵向也形成了上高下低的基本分布。不过由于冬季上下水体的混合复氧,溶解氧浓度整体较高,底部也在7~8mg/L左右,此时湖泊基本不存在缺氧或者厌氧区域。7月份分层稳定,水体形成了DO垂向梯度:表层水体8~9mg/L,基本接近饱和浓度;随着水深的增加,溶解氧浓度降低,并且在温跃层水深范围内急剧减小;底层水体的溶解氧已经降低至4mg/L左右。底层溶解氧随着时间不断下降,9月份为2.1mg/L,10月末仅为0.5mg/L,完全处于厌氧环境。进入1月份以后,温度分层消失。
[0051] 研究区河口三角洲地区湿地湖泊水体垂向营养物分布特征不明显,但是汛期河口三角洲地区湿地湖泊的总氮在20~40m水深范围内也存在浓度升高的现象,这是由于上游河流降雨期河水总氮浓度大幅增加,并以潜流的形式汇入河口三角洲地区湿地湖泊造成的。而此深度范围内总磷不存在明显的升高。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈