chr4湖泊与水库水质模型-20130512

Chr9 面污染水质模型张小琴河海大学水文水资源学院水质模型§2 面源污染的特征和影响因素§4 面源污染水质统计模型§3 水质模型的建立面污染水质模型§1 概述2007年太湖蓝藻爆发的原因是全湖富营养化和局部水域的有机污染问题，主要污染指标为氨氮、总磷和化学需氧量。

其污染原因除了工业、城市生活外，农业面源污染在一定程度上加剧了氮、磷污染。

Impacts on ecosystem•Ecosystem integrity (生态系统完整性) •Human health (健康）•Water supply (供水）•Fish and wildlife populations (鱼类与野生生物）•Recreational opportunities （娱乐功能）•Eutrophication （富营养化）•Temperature increase （水温升高）•Loss of habitat for breading population •Loss of esthetic value （美学价值丧失）•groundwaterImpacts on water quality面源污染影响沙漠化的中国！从图片上可以清晰看到我国大部分土地没有被绿色植被所覆盖，而是以赤裸裸的黄色直接面向宇宙，多年的干旱和毫无节制的滥砍滥伐使我们的绿色极度匮乏！非点源污染研究概况第一阶段 第二阶段 第三阶段农业非点源污染研究20世纪60年代到70年代初 农业非点源污染模型研究的起步和迅速发展时期输出系数模型法、Screening Procedures、SCS径流曲线数法、 USLE、Horton入渗方程和农药输移和径流模型(PRT)，等。

以统计模型的研究和应用为主，模型功能结构单一，无法对农 业非点源污染全过程进行模拟和估算。

11非点源污染研究概况第一阶段 第二阶段 第三阶段农业非点源污染研究20世纪70年代中后期至90年代初 农业非点源污染模型的蓬勃发展时期，很多模型相继问世农业径流管理模型(ARM)、农药化肥迁移模型(ACTMO)、化学污染物 径流负荷和流失模型 (CREAM) 、用于模拟农业活动对地下水影响的 GLEAMS 模型、用于大流域非点源污染负荷模拟的 SWRRB 和 SWAT 模型，等。

湖泊富营养化模型的研究进展
湖泊富营养化模型的研究进展
湖泊的富营养化是全球普遍关注的环境问题之一.湖泊的富营养化模型是防治、修复和治理湖泊富营养化的重要决策工具.按研究的侧重点不同,将湖泊富营养化模型分为简单回归模型、水质模型、生态模型和生态-水动力水质模型,并分别回顾了四类模型的研究进展.最后指出湖泊富营养化模型的发展趋势,强调不确定理论、3S技术、耦合模型是今后湖泊富营养化模型研究的重点,应在此基础上建立通用的模拟、预测、评价和优化模型,为湖泊富营养化管理提供科学依据.
作者：梁婕曾光明郭生练苏小康黄国和Liang Jie Zeng Guangming Guo Shenglian Su Xiaokang Huang Guohe 作者单位：梁婕,曾光明,苏小康,黄国和,Liang Jie,Zeng Guangming,Su Xiaokang,Huang Guohe(湖南大学环境科学与工程学院,长沙,410082) 郭生练,Guo Shenglian(湖南大学环境科学与工程学院,长沙,410082;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉,430072)
刊名：环境污染治理技术与设备ISTIC PKU英文刊名：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL 年，卷(期)：2006 7(6) 分类号：X524 关键词：湖泊富营养化模型进展。

2023年11月 灌溉排水学报第42卷 第11期 Nov. 2023 Journal of Irrigation and Drainage No.11 Vol.42140文章编号：1672 - 3317（2023）11 - 0140 - 05三种水质动态预测模型在米山水库的应用与结果对比黄林显1，张明芳2，钱 永3,4*，邢学睿5，邢立亭1，韩 忠6（1.济南大学 水利与环境学院，济南 250022；2.威海市水文中心，山东 威海 264209； 3.中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，石家庄 050061；4.河北省/地调局地下水污染机理与修复重点实验室，石家庄 050061；5.山东正元地质资源勘查有限责任公司，济南 250101；6.山东省第六地质矿产勘查院，山东 威海 264209）摘 要：【目的】分析不同水质预测模型的预测精度，探寻最优的水库水质预测方法。

【方法】分别构建了季节性差分自回归滑动平均模型（SARIMA ）、霍尔特-温特（Holt-Winters ）模型和长短时记忆（LSTM ）神经网络模型，利用米山水库2012—2018年的月平均电导率观测数据对模型进行训练，利用2019年月电导率实测数据对模型进行验证，考察3种预测模型的准确性和稳定性。

【结果】SARIMA 模型和Holt-Winters 模型仅能考察水质数据的时序演化趋势，预测精度较低；相比之下，LSTM 神经网络模型能同时考察水质数据的时序演化趋势及不同时刻之间的前后依赖关系，具有较强的非线性映射能力，预测精度最高。

【结论】LSTM 神经网络预测模型仅在电导率值突变处误差相对较大，但整体预测效果较为理想，因此在水质预测中更加具有推广价值。

关 键 词：时间序列模型；LSTM 模型；电导率；水质预测；米山水库中图分类号：P641.2 文献标志码：A doi ：10.13522/ki.ggps.2022653 OSID ： 黄林显, 张明芳, 钱永, 等. 三种水质动态预测模型在米山水库的应用与结果对比[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(11): 140-144.HUANG Linxian, ZHANG Mingfang, QIAN Yong, et al. Comparison of Three Models for Predicting Water Quality in Mishan Reservoir[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(11): 140-144.0 引 言【研究意义】地表水质预测能够有效揭示水环境的演化趋势，及时评估水体污染状况并制定相应治理措施，对水生态环境保护和水资源管理具有重要意义[1]。

......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a n+10.62a n，安大略湖的污染物总量 b n6129.0323 0.62n7020.3360 0.87 n192.3077，b n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 n35 时b n 245.95 安大略湖的污染程度减少到目前水平的10% ；当 3 n 1 是系统的污染物的量是一直增加的，当 20 n 3 系统的污染物量急剧减少，大约从n40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q 0.3 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、问题分析伊利湖的湖水每年有38% 的更新，湖水的更新引起湖内污染物量的变化。

假设流入伊利湖的湖水是不含有污染物的，而流出伊利湖的湖水又将携带污染物，那么伊利湖是一个没有污染物注入只有污染物排除的系统，污染物的量逐渐减少，根据污染物排除的情况获得伊利湖污染物量随时间变化的关系。

第四章水质模型与水环境容量1、污染物质在水中有哪些运动形式？污染物质在水中运动的形式，可以分为两大类：一类是随流输移运动，一类是扩散运动。

在随流输移运动中，污染物服从水体的总体流动特征，产生从一处到另一处的大范围运动（包括主流方向以及垂直主流方向）。

而扩散运动则是使污染物质在水体中得到分散和混和的物理机制，按物理机制的不同，扩散运动包括分子扩散、紊动扩散和剪切流离散。

此外，在工程实际当中遇到的水体大都是具有固体边界的（大面积水体中的局部污染问题除外），而污染物在边界附近，将产生所谓边界反射问题，而且这种反射作用往往对污染物的分布产生重要影响，不可忽略。

2、什么是水质模型和环境容量？水质模型，是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移的，包括物理、化学、生物作用过程的数学方程，该方程（或方程组）用来描述污染物数量与水环境之间的定量关系，从而为水质评价、预测和环境影响分析提供基础的量化依据。

环境对污染物的容纳也有一定限度，这个限度我们称之为环境容量或者环境负荷量，超过了这个限度，环境就可能遭到破坏。

水环境容量则是指在满足一定的水环境质量标准的前提下，水体能够容纳污染物的最大负荷量。

水环境容量的推求同样是以污染物在水体中的输移扩散规律以及水质模型为基础的，是对污染物基本运动规律的实际应用。

水环境容量的计算，从本质上讲就是由水环境标准出发，反过来推求水环境在此标准下所剩的污染物允许容纳余量，其中包含了在总量控制的情况下，对纳污能力的估算和再分配。

3、什么是水质模型？水质模型是一个用于描述污染物质在水环境中的混合、迁移过程的数学方程或方程组。

建立水质模型，首先要针对所研究污染的性质选择合适的变量，明确这些变量的变化趋势以及变量相互作用的实质；然后用数学方程或方程组予以描述，建立模型，利用数学方法求解；最终与实际资料对比、验证，修改、提炼模型，以解决实际问题。

4、分子扩散运动的费克定律有哪些主要内容？（1）费克（fick）第一定律费克（fick）第一定律提出单位时间内，通过单位面积的溶解物质与溶质浓度在该面积法线方向的梯度成比例，扩散强度与污染物自身特性有关。