基于WEAP模型的西苕溪流域水质安全保障方案
李燕，李恒鹏
(1．中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与环境国家重点实验室，江苏南京210008；2．Department of Geography，University College London．London WCIE 6BT，United Kingdom)
摘要：针对西苕溪流域水质安全问题，基于WEAP建模平台，构建了西苕溪流域水资源评估与规划模型。在模型验证基础上，分析了西苕溪流域2001—2020年河道水功能目标满足度及水供需关系，识别了流域水资源利用存在的问题，并探讨了水源地和中下游区水质安全保障措施及其改善水质的效用，在此基础上提出了西苕溪流域水质安全保障方案。研究表明：TN是影响水源地供水安全的限制性因素，TN、TP
是影响河道水功能的重要指标。通过综合实施废水处理厂节水型设备、退耕还林等水资源管理措施能起到较好地削减TN产出的效果，水源地河道TN浓度降低。基本上能保证全年实现河道Ⅲ类水功能目标，中下游河道TP、TN浓度亦能达到Ⅲ类水功能要求。
关键词：水质安全；水供需关系；管理方案；WEAP模型；
西苕溪流域经济发展及人口增长的用水需求，各种污染源(工业、农业和生活排放)导致水质退化，水资源统一管理政策及措施的缺乏，是目前造成水资源危机的关键因素。水资源统一规划和管理是实现流域社会、经济及生态环境可持续发展的有效举措，是当今国内外研究的前沿和热点之一。水资源规划曾主要致力于水利工程的建设及基于水利工程的水资源调度方式的探讨来平衡水量配置和水质恶化的问
题。近年来，国际上水资源规划和管理逐渐向多学科方向发展，从自然生态系统和社会经济管理系统相互作用的角度出发，加强水资源管理模块的有效综合，开发了SWAT(Soil Water Assessment T001)M1，MULINO DSS(Muhisectoral，Integratedand Operational Decision Support System)、WEAP(Water Evaluation And Planning)等适合流域尺度的综合水资源管理模型。
随着太湖流域工业化、城市化进程加快，水污染问题严重。2002年实施的“引江济太”工程通过调水缓解了流域部分地区的水质恶化问题，但从长远看水环境保护在本质上必须控制流域内排污，剖析流域水与污染物质输移的自然过程和社会经济过程，把生态、生活和生产用水需求及水环境目标纳入到水资源规划和管理决策系统中，才能为流域水资源管理措施的实施及水质改善效果的定量化分析提供依据。本文以太湖上游的西苕溪流域为研究区，基于WEAP工具构建西苕溪流域水资源评估与规划模型，有效地将流域陆源污染物排放和河流水质变化响应联系起来，模拟污染排放及河流水质变化过程，分析流域河道水功能满足度，探讨流域水质安全的保障措施及其效用，在此基础上提出西苕溪流域水质安全管理方案，对实现西苕溪流域水资源供水安全及生态安全具有重要的现实意义，并为西苕溪流域水资源可持续利用与科学管理提供依据。
1研究区概况
考虑到河流流域自然水文过程特征，为保证研究区的相对独立性以及流域边界与行政边界较好地统一，本文选择以范家村为出口点的西苕
溪流域作为研究区(见图1)，其流域面积达2 075 km2，地貌类型包括山地、丘陵和平原，地面高程在2一l 578 m之间；属于亚热带季风气候，降雨主要以梅雨和台风雨为主，多年平均降水量为l 548．9 mm，时空分布不均，降雨集中于4—9月，自东北向西南逐渐增加。流域土地利用类型齐全，主要包括耕地、林地、城镇用地、草地、水体、滩涂和裸地；各类用地面积比例极为悬殊，林地比例最高，占流域面积的66．0％，耕地次之，约占28．5％，再次为城镇用地，约占2．3％。草地主要分布在流域上游海拔较高的山顶，为自然草甸，面积极小，约占全流域的3·0％左右。
2 研究方法
2．1 WEAP系统
WEAP是由斯德哥尔摩环境机构(Stockholm Environmental Institute)开发的综合决策支持系统，能够以政策导向开展水系统的综合模拟与分析。该系统将供给与需求之间、水量和水质之间、经济发展与环境
制约之间综合在一个全面的框架之下，其独特之处体现在把用户端——用水规律、设备效率、回用、价格和分配与供给端——地表水、地下水、水库和调水，放在同等的地位来考虑，全面评估各种水资源开发和管理选择，并考虑水资源系统多元和互相竞争的利用方式。目前，WEAP系统已被世界各国有关部门广泛用于流域未来水资源供需平衡
评估和气候、决策驱动的水资源管理情景分析等。WEAP作为开放式的河流流域建模工具，其应用通常包括以下几个步骤：①研究定义：包括设置时间跨度、空间界限、系统组成和问题结构；②现状基准：代表水系统现状的基本定义，提供系统的实际用水需求、污染负荷、资源和供给的当时情况，构成所有预案分析的基础；③关键假设：代表政策、成本和影响需求、污染、供给和水文因素；④定制预案：预案是关于特定社会经济环境和特定政策、技术条件下未来的系统可能如何随时间演进的自我统一的描述；⑤预案评估：就水资源的充足程度、成本和效益、与环境目标的兼容性及对关键变量后不确定性的敏感程度对各预案进行评估。
2．2 西苕溪流域水资源评估与规划模型的构建
在WEAP建模环境下，通过概化西苕溪流域的水系结构、供需水以及不同来源污染物排放过程，分别建立流域水量供需模块，产污、排污及其在河流中滞留和损失等过程整合的水质模块，模型结构的流程见图2。选择2000年为现状基准年，模拟期为2001～2020年，每年12个时间步长，以日历月为基础并从1月份开始。
根据流域2000年以来人口增长速度，在模拟期设置流域人口自然增长
率为0．265％。根据西苕溪流域水功能及水质规划目标，将两苕溪流域划分为水源地保护区和中下游流域区。作为水源地保护区，其河流水质目标为I一Ⅱ类水标准，主要是满足区域本身及中下游流域区的生活饮用水；中下游流域区水环境功能定义为多功能区，主要是作为工业、农业用水区以及用水保留区，其河流水质目标以Ⅱ、Ⅲ类水为主。在构建模型时，把整个流域分为水源地和中下游这2个区域分别加以考虑。
水资源系统主要由天然河流(西苕溪干流及6条一级支流)、城镇水用户、农村水用户、农业灌溉用水端、工业生产用水端、取水口、回水口、水处理基础设施等组成。通过对流域城镇人口、农村人口、农田灌溉面积及工业总产值进行空间集总和概化，用“点”对象分别代表城镇、农村、农业灌溉及工业生产需水、排污用户。水资源系统节点代表分水或耗水，连接线代表从一端向另一端运动的方向。根据西苕溪流域的自然特征、水资源的供需特点及污水排放状况，城镇、农村生活用水主要取自于水源地保护区；农业灌溉用水和工业生产用水遵
循“就地取水”的原则，直接从附近河网取水。流向上，取水、回水点的分布顺序：水源地城镇、农村取水点，水源地农业、工业取水点，城镇、农村回水点，水源地农业、工业回水点，中下游城镇、农村取水点，中下游农业、工业取水点，中下游城镇、农村回水点，中下游农业、工业回水点。其中，中下游城镇、农村取水点上游的节点均在水源地保护区内的河流上，其余的位于中下游流域区的河流上(见图3)。
1)流域水量供需模块采用西苕溪流域1989—2000年的月平均气温、降水状况作为多年平均气候条件情景，用西苕溪千流及其主要支流的多年月平均河JII径流量来表征流域多年月平均来水状况。根据已有研究成果?1，多年月平均河川径流量采用1989～2000年月平均时间序列流量的模拟结果，经扣除流域河道内生态环境需水流量后得到可供给流域生产、生活的月流量。水需求端主要考虑生活用水、工业用水和农业灌溉用水。由于城镇、农村水基础设施和生活水平的差异，生活用水不同，因此城镇、农村生活需水子模块分别进行模拟。其中，城镇生活需水量按照人均生活用水需求计算，农村生活需水按照单位住户需水计算，细分为厕所、洗涤和淋浴用水等。农业灌溉需水、工业生产需水量估算采用定额法，分别根据单位公顷灌溉需水量、万元产值需水量计算得到。同时，由于生活用水、农业灌溉用水的季节性差异，在模块建立过程中考虑生活用水、农业灌溉用水的月变化特征。
(2)流域产污、排污模块流域在向城镇、农村、工业、农业等用水部门提供生活、生产用水的同时，也接纳了用水部门排放的污染物，本
研究主要选取TN、TP、CODer来模拟流域水环境状况。西苕溪流域污染物主要以点、面源形式排放，点源污染物包括生活污染物和工业污染物，面源污染物主要来自于耕地、林地、城镇用地等主要土地利用类型的面源污染产出及水体中大气污染物沉降。根据WEAP系统建模思想，在考虑从源一汇一系列过程的污染物滞留和损失的基础上，通过各项点、面源污染物量的计算把污染物量归到水系统中的排污用户上，建立流域陆源污染物排放与河流水环境响应模块。水源地保护区人类活动影响较小的林地污染物年产出量和水库中大气污染物年沉
降量作为流域污染物的背景值。生活污染物输入量包括城镇用地面源污染物年产出，以及在城镇、农村人均年产污量及初始水污染物本底值计算的基础上扣除掉土壤滞留和损失所剩下的部分。工业污染物排放量通过工业年回水量及其污染物浓度负荷计算所得；农业面源污染物年排放量采用耕地年径流量与径流污染物浓度获得。以上林地、城镇用地和耕地径流的污染物浓度数据根据西苕溪流域已有研究得到的。污染物在河道中的降解计算采用一维衰减水质模型计算法，TN、TP、CODcr日衰减率采用太湖流域已有研究成果，分别为0．05、0．15、0．10。
2．3模型率定和验证
为了保证西苕溪流域水资源评估与规划模型模拟结果的有效性，对模型的水量与水质模拟结果进行率定和验证。水量率定和验证采用西苕溪流域范家村水文站1989～2000年的实测序列，详细分析请参考文献。率定和验证结果显示：西苕溪流域月径流量模拟值与实测值拟合良好，率定期月径流量确定性系数为0．76，年径流平均误差仅为8％；验证期的确定性系数为0.74，年径流平均误差为13％。通过对模型水质参数的率定，确定TN、TP、CODcr通过土壤滞留和损失的折算系数分别为0．412、0．033、0．725。选择西苕溪水源地保护区出口和范家村出口为验证区，这两个出口的TN、TP、CODcr水质指标基本上反映了流域不同水功能区的水质状况。比较水质指标的实测数据和模拟
数据，各监测点TN、TP、CODcr的平均误差分别为12．1％、1 1．3％、25．5％，最大误差分别为22．0％、15．1％、36．6％，证实模型可以较好地进行西苕溪流域的水环境模拟。
3结果与讨论
3．1水功能目标满足度
基于西苕溪流域水资源评估与规划模型，对西苕溪流域源头(未受人类活动影响)、水源地(受到水源地保护区人类活动影响)、中下游流域区主干河道的CODcr、TN、TP水质变化进行模拟，得到流域主河流2001—2020年多年月平均的水功能目标满足程度，模拟结果见图4。流域源头CODcr、TP浓度均在I类水标准内，而TN浓度在0．5～1 mg
／L之间，属于Ⅲ类水标准。水源地保护区CODcr、TP浓度分别在I类、Ⅱ类水标准内；TN浓度除个别月份(7—9月)为l—1．5 mg／L，属Ⅳ类水标准外，其它月份均低于1 mg／L，属于Ⅲ类水标准。中下游流域区CODcr浓度12月份为Ⅲ类水标准，其它月份均在I一Ⅱ类水标准内；对于TP浓度，3月、6月低于0．1 mg／L，满足Ⅱ类水标准，1～2月、4～5月及7～8月在0．2 mg／L以下，满足Ⅲ类水标准，其它月份均超过0．2 mg／L，属Ⅳ类水标准；对于TN浓度，除3月、6月处于Ⅳ类水标准内，7月、8月为V类水标准外，其它月份均超过V类水标准。根据以上分析，流域源头、水源地保护区水质指标除CODcr、TP指标可达到水功能目标之外，TN指标均达不到水功能要求。中下游流域区CODcr能达到河道水功能要求；TP指标除1—8月能满足河道水功能要求外，9—12月处于Ⅳ类标准，达不到水功能目标；TN指标所有月份
均达不到水功能要求。因此，TN是流域源头和水源地保护区水质控制性指标，需要对水源地保护区的TN进行削减和控制；对中下游流域区来说，TN、TP是该区水质的控制性指标，特别是要对TN污染物进行大量削减，才有可能达到水功能要求。
3．2水资源供需关系
运用WEAP的水量分析模块，在不考虑水需求方对人流水质要求，而仅考虑人口增长、农业灌溉技术改进的前提下，2001—2020年西苕溪流域水源地、中下游流域区各水需求方每年每月的满足度均达到100％。该结果较好地说明若不受水质约束，西苕溪流域的潜在可供给水资源量能完全满足流域各类生产和生活对水资源量的需求，流域不存在单纯水量短缺的问题。进一步结合流域用水对水质条件的要求，考虑到河道水功能受TN超标的影响，2001—2020年水源地保护区无法提供Ⅱ类水。在此基础上，人为降低城镇、农村生活用水需求人流水质的要求，把TN指标设定为Ⅲ类水质标准，分析在TNⅢ类水质约束下中下游城镇和农村生活用水的供需平衡状况。模拟得到，在TN Ⅲ类水质约束下水源地保护区可供给城镇、农村生活用水的能力有限，其中，1～7月、1 1月、12月水源地供水能力较大，能满足人们的生活需求；8一10月水源地TN水质已超Ⅲ类，不能满足人们生活用水的Ⅲ类水质要
求。2001—2020年间中下游流域城镇生活需水8～10月平均短缺量分别达到83．47万m3、72．58万m5、72．58万in3，农村生活需水8～10月平均短缺量分别达到131．15万m3、1 14．05万m3、114．05万m3。根据国标《农田灌溉水质标准》及他人研究成果，确定西苕溪流域农业用水对水质的要求，经模拟得到2001—2020年流域水资源现状在质和量上均可满足农业用水的需求。根据国家标准《城市污水再生利用工业用水水质》对工业用水水质标准的规定，2001—2020年流域现状水质水量亦能满足要求。
3．3 问题剖析
流域自然本底值是指没有人类干扰和污染的水体条件的代表浓度，因此近似地把水源地保护区上游受人类活动影响不大的林地生态系统
的面源污染产出和大气沉降量作为流域水源TN本底值。根据2000年水源地林地TN面源产出量、氮大气沉降量和林地径流量，计算得到水源地TN固有本底值高达2．65 mg／L，远远超过了地表Ⅱ类水质标准。这是由于西苕溪流域水源地林地主要分布在海拔高、坡度陡的上游地区，土壤侵蚀能力较大，携带的污染物质较多；同时，河道坡降较大，流域水流速度快，污染物的滞留降解能力较低。
城镇、农村生活污染物排放及农业面源污染产出也是水源地重要的污染源。根据国家法规规定水源地必须限制人类活动强度，但在现实中仍有一定比例的人口分布和相当份额的农业开发。水源地人口自然增长率稳定，但人口数量仍持续稳定地增加，人们生活污染物排放量相应地逐年增长。根据2000年水源地保护区污染源TN产出结构(见图5)，林地TN面源污染产出份额最大，其次是农业面源污染、农村生活污染和城镇生活污染。较大的TN本底值及人类活动的影响使得水源地出口的TN浓度超过了河道地表饮用水功能要求。
在饮用水供需关系上，8～10月的高温天气导致流域生活用水需求量远大于其它月份，虽然该时段雨水较多，但暴雨增多造成的面源污染物及高温造成的生活污染物排放量增长幅度更大；而在枯水期，流域降水少且强度小，大部分TN滞留在土壤中，随地表径流流入河中的TN 量较小，同时流域生活用水量不大。根据水源地2004年实测水质数据，水源地5个均匀分布的水质监测点8～10月TN浓度比l 1～12月TN浓度要大，进一步证实了在水质条件约束下，丰水期水源地供给饮用水能力不足，而枯水期水源地能满足流域生活_用水的需求。
中下游流域城市化、工业化进程快，工业发展规模大、农业高度发达，城市不透水层面积剧增，点、面源TN污染物产出量极大，其中工业TN 排放量占中下游流域区总TN排放量的53％。虽然该区已采取污水处理措施，但污水处理范围有限，处理力度也远远满足不了流域水功能要求，排入河道的污染物量对河道水质污染的贡献率最大，水质问题依然非常严峻。
3．4流域水质安全保障措施的效用
减少西苕溪流域污染物的入河通量是目前改善流域水质、满足生活用水对水质要求的有效手段和途径。
以提高流域水质安全程度为目标，制定不同的流域水资源管理措施，包括水源地建立城镇生活污水处理厂(TN处理能力为55％)、家庭使用节水型设备(节水型马桶、洗衣机节水率分别为66．7％、49．4％)，退耕还林(15％比例)，河流沿岸建立缓冲带措施(通过沉淀、过滤、吸附、降解等作用TN的去除率可达到60％左右，以及在中下游区域加大废水处理厂除污力度和农田施肥控制措施。通过一系列管理措施的情景模拟，结果表明水源地在分别实施废水处理厂、使用节水型设备及退耕还林措施下，对削减水源地TN量起到一定的作用，但不能提高生活用水的供给能力，仍满足不了人们生活对水质的要求；而建立河流沿岸缓冲带措施的实施，可一定程度上提高水源地Ⅲ类水质的供水能力，8～9月的生活需水得到完全满足。中下游通过实施建立废水处理厂，河流9一12月TP浓度大幅度下降，符合了水功能目标要求；TN 浓度虽大幅度降低，但只有3月、6月满足河道的水功能目标，只单纯
通过建立废水处理厂，TN指标仍达不到水功能要求，必须采取其它措施进行削减。表l是2001—2020年水源地分别实施各项管理措施后多年月平均Ⅲ类水质生活需水满足度、TN削减状况，以及中下游TN、TP 水功能目标的改善程度。
综合以上管理措施，遵循先易后难、可行性的原则，西苕溪流域水质安全综合控制方案具体实施如下：水源地建立废水处理厂(城镇污水TN去除率55％)，80％的农村住户使用节水型用水设备，2001～2020年间退耕还林措施分阶段执行，2001—2007年从15％开始每年以0．1％的速度增长到15．6％，2008～2020年从21．4％开始每年以0．1％的速度增长到22．7％，以及建立河流沿岸缓冲带(TN去除率为37％一40％)；中下游建立废水处理厂，城镇污水、工业废水TN去除率为55％，工业TP去除率为23％，并实施农业氮肥输入量控制措施使TN减少量占农业TN总输出量的28．8％。经模拟，该综合控制方案实施效果较好，在TN Ⅲ类水质标准下，通过前3个措施能完全削减掉水源地TN超标部分，其中退耕还林削减能力最大，其次为废水处理厂，节水型用水设施的削减能力最小。在污染物总量控制之下，通过建立人工湿地缓冲
带削减面源TN产出，能使水源地保护区河道TN浓度降低，全年基本上控制在Ⅲ类水功能目标(见图6)；中下游在实施废水处理厂和农业施肥控制措施下，其河道TP、TN浓度亦能达到Ⅲ类水功能目标。
4结论
本研究基于WEAP系统建立了西苕溪流域水资源规划和评估模型，经率定和验证表明该模型能很好地模拟流域水量和水质状况。在不考虑流域需水方对入流水质要求的前提下，2001—2020年西苕溪流域不存在单纯水量短缺的问题。但水质问题非常严峻，全流域河流TN浓度远远超出了各段河道的水功能要求，TN是影响水源地作为流域生活饮用水来源的限制因素。在水资源管理综合措施实施下，水源地河道TN浓度降低，基本上能实现河道Ⅲ类水功能目标。由于流域TN本底输出已超过了Ⅱ类水质标准，因此将水源地河流水功能目标定为CODcr、TPⅡ类，TN控制在Ⅲ类以内比较合理。对中下游区来说，除了TN外，TP 也是影响河道水功能的重要因素。通过建立废水处理厂和农业面源污染控制措施，中下游河道CODcr、TP、TN指标亦能达到Ⅲ类水功能目标。
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
一、相关模型简介清单
二、城市内涝模型 1)MIKE URBAN城市排水模拟软件 MIKE URBAN 城市排水软件是顶级的排水管网模拟软件。它整合了ESRI 的ArcGIS 以及排水管网模拟软件，形成了一套城市排水模拟系统。该模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流或渗流、合流制管网的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面, 可为水资源的可持续利用、污染控制、雨水和污水管网管理及城市防洪提供综合管理方案。 应用领域 ?雨污水泵站优化调度 ?排水管网溢流（CSO /SSO）分析 ?管网泥沙淤积评估 ?管网水质分析 ?城市降雨径流过程分析 ?城市内涝分析与风险评估 ?城市排水防涝规划 ?低影响开发（LID）的模拟 ?海绵城市的规划
2)MIKE FLOOD MIKE FLOOD 是迄今为止最完整的洪水模拟工具。它包括完整的一维及二维的洪水模拟引擎，从河流洪水到平原洪泛，从城市雨洪到污水管流，从海洋风暴潮到堤坝决口，能够模拟所有实际的洪水问题。MIKE FLOOD 甚至可以模拟以上各种情况的组合。其它模拟软件所不具备的功能，都可在MIKE FLOOD 中找到 应用领域 ?洪水管理 ?快速的洪水评估 ?绘制洪泛图 ?工业区、居民区等的灾害分析 ?编制应急计划，如疏散路径及优先级等 ?气候变化的影响分析 ?防洪措施研究 ?城市排水与河流、海洋洪水的综合问题研究 ?溃坝及其他防洪设施垮塌的影响研究 3)InfoWorks ICM 完整模拟城市雨水循环系统，实现了城市排水管网系统模型与河道模型的整合，更为真实的模拟地下排水管网系统与地表受纳水体之间的相互作用。它在一个独立模拟引擎内，完整的将城市排水管网及河道的一维水力模型，同城市流域二维洪涝淹没模型结合在一起，
文件编号： 版本： 发布日期： 发布人： 上 塘 河 水 质 检 测 方 案 作者徐金立 学号 201406660321 指导老师曾滔 2016年 10月
第一章背景调查与初步方案制定 (1) 1.1上塘河水质状况背景 (1) 1.1.1水体的水文、气候、地质、和地貌资料 (1) 1.1.2沿岸布局，污染源等情况 (1) 1.2监测断面设置，与采样点的布设 (2) 1.2.1河流监测断面设置 (2) 1.2.2河流采样点设置 (3) 1.2.3采样时间和采样频率的确定 (3) 1.2.4检测项目设定 (3) 1.3水样的采集，运输和保存 (3) 1.3.1水样的采集与运输 (3) 1.3.2水样的保存 (3) 第二章水样预处理与项目检测 (4) 2.1水样的消解 (4) 2.2水样的富集与分离 (4) 2.3采样及检测技术选择 (5) 第三章结果表达与质量保证 (6) 3.1结果表达 (6) 3.2质量控制 (7) 3.2.1采样时质量控制 (7) 3.2.2实验时的质量控制 (7)
第一章背景调查与初步方案制定 1.1上塘河水质状况背景 1.1.1水体的水文、气候、地质、和地貌资料 水文:上塘河位于杭州市区东北，源自施家桥，从杭州城区丁桥镇进入余杭境内，穿越星桥镇、临平镇，至施家堰进入海宁，经海宁盐官镇进入钱塘江。全长48公里。河面宽30-50米，最宽处70米，流域面积245 平方公里。上塘河多年年平均水位为2.9米。上塘河干流连接众多支流，相互沟通。互相贯通的支流有杭笕港、颜家漾、杨家村河等。杭州市年平均降水量在1100～1600毫米之间，年雨日130～160天。杭州市年平均蒸发量为1150~1400毫米。地域分布上南部大于北部。 气候：杭州市地处长江三角洲南翼，杭州湾西端，钱塘江下游，京杭大运河南端，属亚热带季风气候区。杭州市年平均气温15.3℃～17℃。地域分布上南部高于北部，平原高于山区。 地貌资料：杭州市杭州地处长江三角洲南沿和钱塘江流域，地形复杂多样。杭州市西部属浙西丘陵区，主干山脉有天目山等。东部属浙北平原，地势低平，河网密布，湖泊密布，物产丰富，具有典型的“江南水乡”特征。 水环境现状：随着上世纪70年代，城市建设和工业发展的加速，大量工业废水和生物污水排入上塘河干流和支流，导致上塘河水质急剧恶化，有机污染严重，常年处于V类和劣V类水。经过河道配水工程和五水共治项目，河道水有了环境性好转，但由于多年沉积在河流底部的污染物没有彻底清除，河流水质很不稳定。 1.1.2沿岸布局，污染源等情况 水体沿岸用地状况和河段污染概况：该河段沿岸为学生宿舍楼尚德园、梦溪村、新教科大楼和师生活动中心以及部分小区住所，人口分布密集，靠近德胜路处有一间工厂房。排污过多，污染源多在校园，主要有食堂污水、实验室废水、泳池废水、医疗污水、生
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
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；
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。
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
水质自动监测站建设方案 编制单位：榆林兴源电子科技有限公司编制时间：2015年07月
目录 一、水质在线自动监测系统概述 (2) 二、水质在线自动监测系统设计依据 (3) 三、水质在线自动监测系统详述 (4) 3.1 采配水单元 (4) 3.2 预处理单元 (4) 3.3 清洗单元 (6) 3.4系统控制单元 (6) 3.5 数据采集、传输和远程监控 (9) 四、水质在线自动监测仪器 (10) 4.1 五参数分析仪（德国科泽 K100 W系列） (10) 4.2 高锰酸盐指数（德国科泽 K301 COD Mn A） (13) 4.3 氨氮分析仪 (德国科泽K301 NH4 A ) (16) 五、项目预算 (18)
一、水质在线自动监测系统概述 在线水质自动监测系统是以自动监测设备——在线水质分析仪为核心，结合现代的计算机（包括软件）技术、自控技术、网络通讯技术、流体取样术等先进技术手段高度集成的一套完整的自动分析系统。它可以有效地分析来水的各项水质参数，并对水样进行自动留样。同时可利用水质模型功能软件对水质变化趋势进行有效的预测预警，也可以根据实时水质参数之间的关联组合所表现的综合性质，为决策人员提供大量客观详实的有效数据和判断依据。 通常水质在线自动监测系统包括自动分析仪器、取样单元、配水单元、预处理单元、数据采集单元、通讯单元和控制单元；除此以外，还包括清洗除藻、纯水、供电、防雷等辅助单元。水样通过取样设备自动抽取到指定位置，由中控设备控制相应的管路和阀门对水样进行初步的预处理后再进行有针对性的分类处理，合理分配给相应的水质分析设备，分析设备采用符合国家统一颁布的标准方法对水样进行分析测量，并将测量得到的结果传输到数据采集设备，最后由数据采集设备统一发送到远程服务器。在现场，中控设备通常可以对各个系统进行简单的控制，并将测量结果实时显示在中控监视器上。在远程控制中心，一方面通过有功能强大的数据平台，可以把接收来自各站点的监控系统相关信息，汇总得到各种数据报表，并可对数据进行分析处理。先进的数据平台还能结合水质模型功能软件对水质数据进行分析评估以及预测、预警。 本项目监测以下7个常规参数：水温、PH、电导率、DO、浊度、高锰酸盐指数、氨氮。
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=
课程：流域水文模型姓名：xxx 专业：水利工程 学号：xxxxxxxxxxxx
流域水文模型研究的若干进展 摘要: 计算机技术和一些交叉学科的发展, 给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统( GI S) 和遥感( RS) 技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景,应用GI S的水文模型尽管有诸多优点, 但并不能代表模型本身的高质量, 遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中, 给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究, 建立基于RS和GI S的耦 合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。 1引言 用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,应用GIS的水文模型尽管有诸多优点,但并不能代表模型本身的高质量,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中。 2 分布式水文模型 流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]
水质监测方案 ——嘉陵江凤县段 一．监测目的 环境监测的目的是准确，及时，全面的反映环境质量现状和发展趋势，为环境管理，污染源控制和环境规划提供科学依据。具体归纳为： 1.对污染物作时间和空间上的追踪，掌握污染物得来源，扩散转移，反应，转化，了解污染物对环境质量的影响程度，并在此基础上，对环境污染物作出预测，预报和预防。 2.了解和评价环境质量的过去，现在和将来，掌握其变化规律。 3.收集环境背景数据，积累长期监测资料，为制定和修订各类环境标准，实施总量控制目标管理提供依据。 4.实施准确可靠的污染源的污染监测，为执法部门提供执法依据。 5.在深入广泛开展环境监测的同时，结合环境状况的改变和监测技术的发展，不断改革和更新监测方法和手段，为实现环境保护和可持续发展提供可靠的技术保障。 2）.目标与要求 此次是针对嘉陵江凤县段的地标径流状况进行监测，从而了解嘉陵江源头水体状况，观察分析嘉陵江有害物质的分布，对水体质量进行评述并提出一定对策与建议来保护嘉陵江的水体环境，利用我们学过的知识来解决实际的问题。巩固和加深我们对水体监测的基本理论，同时加强布点，采样，分析，测定等步骤与方法，为毕业后尽快适应实际工作打下良好的基础。 二、基础资料的收集 本次监测选取了宝鸡市凤县段嘉陵江进行检测。根据相关的文档和网上搜寻的资料可知，嘉陵江是长江上游的一条支流，发源于秦岭北麓的宝鸡市凤县。水域的有关资料如下： 1. 地形地貌 凤县位于陕西省西南部，东经106°24′54″——107°7′30″，北纬33°34′57″——34°18′21″。因地连陕甘，又处入川孔道，北依秦岭主脊，南接紫柏山，古栈道贯通全境，故有“秦蜀咽喉，汉北锁钥”之称。县境海拔在915—2739米之间，县城所在地双石铺镇海拔960米，西北隅与甘肃省两当县交界处透马驹峰海拔2739米，为境内最高点。紫柏山、代王山等海拔在2500米以上。最低海拔915米，位于温江寺乡西部河谷。嘉陵江为境内最大河流，发源于境内代王山南侧，自东北向西南斜贯，在境内长76公里，在县境西南部形成凤州——双石铺宽谷构造盆地，小峪河、安河等为其主要支流，呈枝状分布。东部中曲河为褒河支流西河上源，南流出境，属汉江水系。 2.气象
关于水力学的发展史 我到各国旅行的目的之一是为了了解那里人们的历史。几年以前在一次有十多个国家的代表的国际会议上，我讲了水力学历史。他们都了解自己国家这方面的发展史。我希望这种交往能继续。林博士说你们出版了一本“中国水利史”。我希望在座的有人把它翻译成英文或其他文字。 今天我要讲的第一个人是著名的希腊人。亚里士多德（公元前384—322）。他比阿基米德（公元前287—212）早。对后人的影响了大。博学，是个百科全书式的人物。他把存在的一切都写了下来。那时代（公元前四世纪）人们对事物不试验。不分析，而是猜测。亚里士多德书中所谈，按现在的观点都是不对的。后来有人说他使历史至少倒退了一千年。甚至2千年。那时，希腊人认为物质由四种元素组成：土、水、空气和火。这里的“元素”不是现代概念的元素。后来又加了第五种：以太。他们认为没有真空。这个真空必有某种东西填入其中。这一概念是由亚里士多德时代传下来的，并延续很久。亚里士多德解释物体在空中飞行是说，冲进物体后面的空间的空气推动物体前进。人们都相信他。他还谈到科学不是静止的，必须前进，这一观点很有道理，至今还影响我们。他死了很长时间后人们开始崇拜他，把他的话固定化。大约有一千多年。在公元后一、二百时，曾有一人说亚不对，两块石头相擦而过，它们后面的空气往两个相反方向推动各自的石头，那就乱套了。他说石头能在空气中飞行，是因为离手时得到了一个推动力，但他的学说没有被接受。大家说，推动力是看不到的。 黑暗时代（指中世纪，公元600年至1500年——记录者注），没有什么科学的发展，反而后退了。只有风车、水车等。那时代，阿拉伯人把希腊文著作译成阿拉伯文。公元一千多年后又从阿拉伯传入欧洲。经院哲学家认为自己受到良好教育，他们宗教信仰坚定。喜欢亚里士多德的一些书，奇妙地把亚的学说宗教化。他们建立了第一所大学。部分学者开始试着分析事物，如自由落体、重力等等。 第一个开始考察事物的人是达·芬奇（1452—1519）意大利人，是博学的人。他是杰出的画家、解剖学家。他的画今天价值几百万美元；他是工程师，制造了许多东西：船闸上的人家门，降落伞，他第一个建立了边续性定律，
XX县作为本项目监测点，鉴于本次监测任务顺利进行，特绘制XX 县环境监测总体方案图，如下图1所示： 图1 XX县环境监测总体方案图 1监测内容 XX县地表水水质、县政府所在地空气质量、重点污染源（水、气）、城区及交通干线噪声质量等监测工作。具体内容如下： 1.1地表水水质监测 严格执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91—2002）、《环境水质监测质量保证手册（第二版）》及《水和废水监测分析方法》（第四版）等相关标准和规范。 监测区域现场勘查及资料收 集 （包括地理位置、地形地貌、气 象气候、土壤利用等） 编制监测方案 确定监测项目 及类别 确定确定监测点 布置及采样时间 和方法 电话预约 现场样品采集 检测室样品分析 检测 数据处理及结 果分析上报 出具监测报告 接受委托 后期服务
1.1.1 监测断面 哈尔腾河红崖子断面。 1.1.2 监测指标及方法依据（见表1-1） 采用《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）表1中除粪大肠菌群以外的23项指标。具体监测项目见下表： 表1-1 地表水监测因子及检测方法依据 监测指标技术要求方法依据 水温，℃ pH 溶解氧 高锰酸盐指数 化学需氧量（COD） 五日生化需氧量 （BOD） 氨氮（NH3-N） 总磷（以P计） 总氮（湖、库，以N计） 铜 锌 氟化物（以F-计） 硒 砷 汞 镉 铬（六价） 铅
氰化物 挥发酚 石油类 阴离子表面活性剂 硫化物 此外还可根据XX当地污染实际情况，适当增加区域污染物监测。 1.1.3 监测网点布置（见表1-2） 表1-2 地表水监测网点布置 组号监测点名称监测点位置设点依据 1.1.4 样品采集方法及设备（见表1-3） 表1-3 样品采集方法及设备 样品名称采样方法采集设备 地表水 1.1.4监测时间及频次（见表1-4） 每季度至少监测1次，全面至少监测4次，且需在各监测月份的上旬（1-10日）完成水质监测的采样及实验室分析。具体监测时段按下表执行（特殊情况除外）
第四章 思考题: 4-1：N-S 方程的物理意义是什么？适用条件是什么？ 物理意义：N-S 方程的精确解虽然不多，但能揭示实际液体流动的本质特征，同时也作为检验和校核其他近似方程的依据，探讨复杂问题和新的理论问题的参考点和出发点。 适用条件：不可压缩均质实际液体流动。 4-2 何为有势流?有势流与有旋流有何区别? 答:从静止开始的理想液体的运动是有势流. 有势流无自身旋转,不存在使其运动的力矩. 4—3 有势流的特点是什么？研究平面势流有何意义？ 有势流是无旋流，旋转角速度为零。研究平面势流可以简化水力学模型，使问题变得简单且于实际问题相符，通过研究平面势流可以为我们分析复杂的水力学问题。 4-4.流速势函数存在的充分必要条件是流动无旋，即x u y u y x ??=??时存在势函数，存 在势函数时无旋。流函数存在的充分必要条件是平面不可压缩液体的连续性 方程，即就是0 =??+??y u x u y x 存在流函数。 4—5何为流网，其特征是什么？绘制流网的原理是什么 ？ 流网：等势线（流速势函数的等值线）和流线（流函数的等值线）相互正交所形成的网格 流网特征：（1）流网是正交网格 （2）流网中的每一网格边长之比，等于流速势函数与流函数增值之比。 （3）流网中的每个网格均为曲线正方形 原理:自由表面是一条流线，而等势线垂直于流线。根据入流断面何处流断面的已知条件来确定断面上 流线的位置。 4-6.利用流网可以进行哪些水力计算?如何计算？ 解:可以计算速度和压强。计算如下：流场中任意相邻之间的单宽流量?q 是一常数。在流场中任取1、2两点，设流速为，，两端面处流线间距为?m1， ? 。 则?q=?m1= ? ，在流网中，各点处网格的?m 值可以直接量出来，
1.静态模型与动态模型的区别 数字流域模型用于模拟与时空要素相关的流域水文气象，如地下水流、砂砾石含水层、降雨、蒸发、壤中流、河道流、坡面流等。 （1）静态模型 在对流域进行静态建模时，通常按地面分水线与地下分水线是否重合将流域分为闭合流域和非闭合流域。在静态模型中，流域按照河流盆地、流域、子流域、集水区进行分级，其空间构成要素有流域地形DEM、流域范围、集水区单元、坡面、河道、土地利用与覆盖。其中、水系和流域面是静态模型的重要组成部分。水系由出口、源、节点、链构成，通过采用霍顿分级法、斯特拉勒分级法对河段进行分级和编码，进而建立节点与河段的拓扑关系和基数；流域的地貌特征包括流域面积、流域长度和宽度、流域形状、河网密度和河道维持常数、河流频度和链频度、面积—河长曲线、高程曲线、流域坡度。 （2）动态模型 流域动态模型通常分为环境过程模型和水资源调度模型。常见的环境过程模型有气候与降水模型、水力模型、水文模型、水质模型、侵蚀与沉积模型、陆面过程模型、生态系统模型；水资源调度模型有水资源管理模型、洪水调度模型、发电调度模型、灌溉调度模型、生态调度模型。气候模型采用大气环流模式GCM，对三维气候模型GCM来说，其气候物理系统应遵循动量守恒、质量守恒、能量守恒、湿度守恒、状态方程；降水预报模型采用MM5模式和WRF，通过反距离权重插值方法、站点平均估计、泰森多边形最近邻域插值、空间统计插值，模拟站点降水到面降水的过程；水文模型通常包括系统模型、分布式物理模型、概念集总式水文模型、随机模型、地表水文模型、地下水模型；水力模型通过应用一维水力方程、二维圣维南方程并基于GIS进行洪水制图；侵蚀与沉积模型用于模拟雨滴侵蚀、片流侵蚀、细沟侵蚀、冲沟侵蚀、河道侵蚀；水环境模型包括流域概化模型、水质模型、非点源污染模型；陆面过程模型能够模拟影响气候变化的发生在陆地表面的土壤中控制陆地与大气之间动量、热量及水分交换过程。 （3）静态模型与动态模型的区别 静态模型可以对流域形态进行逼真地模拟，系统消耗少，只能模拟流域静态状况，无流态水位等动态效果。适合于只表现流域形态的情况，需要提供地形高程数据，高精影像数据或河道矢量数据，对计算机硬件要求低。 动态模型具有动态水位表现与水流流动动态可视效果，可较好模拟局部水面波动，与水流数值模拟相结合可表现水流的多种物理状态，但建模工作量大，模拟范围和精度有限，需数学模型计算，则计算量很大。适合随机的水位波动模拟或有数值模拟计算的科学可视化模拟；适用于局部模拟，需要提供精度较高的河道地形数据，河道沿程水位数据，网格坐标，对计算机硬件要求高。 参考文献 [1]环境研究.湖及其流域水中铯迁移动态模型[J].国外环境科学技术,1992(4). [2]徐慧,欣金彪,徐时进.淮河流域大型水库联合优化调度的动态规划模型解[J].水文,2000(20)1. [3]周惠成,陈守煌.流域汇流的模糊系数非线性微分动态模型[J].水利学报,1995(5). [4]张尚弘,赵刚.数字流域仿真系统中水流模拟技术[J].系统仿真学报,2008(20)10. [5]吴菲,张杰华,董长虹.万家沟小流域综合治理生态经济优化模型[J].水土保持应用技术,2010(5). [6]李抗彬.新疆下坂地水库冰雪融水径流预报模型研究[D].西安理工大学,2007.
前沿讲座总结 一．前沿讲座概述 本学期的前沿讲座包括流域水质模型浅谈、低温等离子体在水处理中的应用、光催化技术原理及其在环境工程中的应用和膜科学技术前沿进展。学院通过开设环境工程系列学科前沿讲座，介绍环境工程专业相关的前沿发展动态和热点技术。一方面，帮助我们了解相关领域的专业前沿知识；另一方面也让我们在课内知识学习之余了解相关领域的发展现状以及存在的问题。这极大的开拓了我们的视野，为我们的专业课程学习提供相关的资料，培养我们的专业素养，激发专业学习的兴趣。 ．前沿讲座内容 1. 流域水质模型浅谈 流域水质模型浅谈主要包括DHI和MIKE系统、流域水环境问题、水质模型和水环境模拟四方面内容。 DHI的软件产品和咨询服务涵盖整个水文循环的过程，主要服务领域如下：城市水和工业（市政供排水、污水处理技术、环境风险评价、健康和安全风险评估和城市水软件）；水资源（河流和洪水管道、水文、土壤和废物、水资源管理和水资源软件）；河口和海岸（港口和海洋技术、海岸河口动力学、生态和环境、海洋软件）； DHI软件:FeFlow、MIKE SHE水处理模拟软件WES，管网建模软件MIKE URBAN河流海洋一维、二维模拟软件MIKE11、MIKE 21，水资源管理软件等。 流域水环境问题：在水的供求关系紧张与水污染的双重压力下，水环境问题日趋严重主要体现在水体污染、湖泊面积的萎缩和数量的减少、水土流失面广量大、地表水的短缺导致对地下水的超量开采。总的来说，水环境方面目前还存在的许多问题待研究解决。 水质模型：描述污染物在水体中运动变化规律及其影响因素相互关系的数学表达式和计算方法。包括一维（中小河流）、二维（宽线型江河湖库、河口）和三维（排污口附近、深水湖库） 水环境模拟：治理规划流域水，深滩河项目。MIKE技术构建降雨径流，水 动力学污染物扩散等模型，应急突发事故的模型包括一维水文模型和水动力模型，流域水质模型与模拟的分类与发展、水质模型与模拟的一般方法步骤、污染物迁移转化的规律、
第三节水质监测方案的制定 一、地面水质监测方案的制订 (一)基础资料的收集 在制订监测方案之前，应尽可能完备地收集欲监测水体及所在区域的有关资料，主要有： (1)水体的水文、气候、地质和地貌资料。如水位、水量、流速及流向的变化；降雨量、蒸发量及历史上的水情；河流的宽度、深度、河床结构及地质状况；湖泊沉积物的特性、间温层分布、等深、线等。 (2)水体沿岸城市分布、工业布局、污染源及其排污情况、城市给排水情况等。 (3)水体沿岸的资源现状和水资源的用途；饮用水源分布和重点水源保护区；水体流域土地功能及近期使用计划等。 (4)历年的水质资料等。 (二)监测断面和采样点的设置 在对调查研究结果和有关资料进行综合分析的基础上，根据监测目的和监测项目，并考虑人力、物力等因素确定监测断面和采样点。 1、监测断面的设置原则 在水域的下列位置应设置监测断面： (1)有大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上游和下游。 (2)湖泊、水库、河口的主要入口和出口。 (3)饮用水源区、水资源集中的水域、主要风景游览区、水上娱乐区及重大水力设施所在地等功能区。 (4)较大支流汇合口上游和汇合后与干流充分混合处；入海河流的河口处；受潮汐影响的河段和严重水土流失区。 (5)国际河流出入国境线的出入口处。 (6)应尽可能与水文测量断面重合，并要求交通方便，有明显岸边标志. 2、河流 (1)监测断面的设置原则: ①在确定的调查范围的两端应布设断面, ②调查范围内重点保护水域重点保护对象附近水域应设断面, ③水文特征突然变化处(支流汇入处)水质急剧变化处(污水排入处)重点水 工构建物(取水口桥梁涵洞)水文站附近应设断面. 对于江、河水系或某一河段，要求设置三种断面，即对照断面、控制断面和削减断面。 ①对照断面： 为了解流入监测河段前的水体水质状况而设置。这种断面应设在河流进入城市或工业区以前的地方，避开各种废水、污水流入或回流处。一个河段一般只设一个对照断面。有主要支流时可酌情增加。 ②控制断面： 为评价、监测河段两岸污染源对水体水质影响而设置。控制断 面的数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定。断面的位置与废水排放口的距离应根据主要污染物的迁移转化规律,河水流量和河道水力学特征确定. 一般设在排污口下游500-1000m处.
水力学模拟试题及答案（一） 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（ C ） 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 （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