基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的方法與實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的方法，根據(jù)輸入污染物總量、輸出污染物總量和自凈能力對(duì)污染物的降解總量，利用水體污染物的輸入輸出關(guān)系和物料平衡原理得到污染物凈積累量，通過(guò)水體污染物凈積累量，來(lái)得到水體的污染程度，并通過(guò)與相關(guān)指標(biāo)的對(duì)比，獲取水體污染物富集趨勢(shì)，本發(fā)明同時(shí)提供了相應(yīng)的驗(yàn)證試驗(yàn)裝置，本發(fā)明的方法可對(duì)水體污染物富集情況作出判斷，得到水體污染物富集趨勢(shì)，為水環(huán)境治理提供依據(jù)。
【專利說(shuō)明】基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的方法與實(shí) 驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染 物富集的方法與實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 景觀水體是城市水環(huán)境的重要組成部分，我國(guó)城市景觀水體普遍面臨污染負(fù)荷 高、水體自凈能力差的問(wèn)題，水體富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重。
[0003] 依據(jù)《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-88)來(lái)進(jìn)行，有水質(zhì)指數(shù)法評(píng)價(jià)、單項(xiàng)水質(zhì)參 數(shù)評(píng)價(jià)方法兩大類(lèi)，一類(lèi)是以水質(zhì)的物理化學(xué)參數(shù)的實(shí)測(cè)值為依據(jù)的評(píng)價(jià)方法；另一類(lèi)是 以水生物種群與水質(zhì)的關(guān)系為依據(jù)的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法。較多采用的是物理化學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)方 法，其中又分：①單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)法即用某一參數(shù)的實(shí)測(cè)濃度代表值與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，判斷水 質(zhì)的優(yōu)劣或適用程度。②多項(xiàng)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)法即把選用的若干參數(shù)綜合成一個(gè)概括的指數(shù) 來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)，又稱指數(shù)評(píng)價(jià)法。指數(shù)評(píng)價(jià)法用兩種指數(shù)即參數(shù)權(quán)重評(píng)分疊加型指數(shù)和參數(shù) 相對(duì)質(zhì)量疊加型指數(shù)兩種。參數(shù)權(quán)重評(píng)分疊加型指數(shù)的計(jì)算方法是，選定若干評(píng)價(jià)參數(shù)，按 各項(xiàng)參數(shù)對(duì)水質(zhì)影響的程度定出權(quán)系數(shù)，然后將各參數(shù)分成若干等級(jí)，按質(zhì)量?jī)?yōu)劣評(píng)分，最 后將各參數(shù)的評(píng)分相加，求出綜合水質(zhì)指數(shù)。數(shù)值大表示水質(zhì)好，數(shù)值小表示水質(zhì)差。用這 種指數(shù)表示水質(zhì)，方法簡(jiǎn)明，計(jì)算方便。參數(shù)相對(duì)質(zhì)量疊加型指數(shù)的計(jì)算方法是，選定若干 評(píng)價(jià)參數(shù)，把各參數(shù)的實(shí)際濃度與其相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)濃度相比，求出各參數(shù)的相對(duì)質(zhì)量指 數(shù)，然后求總和值。根據(jù)生物與環(huán)境條件相適應(yīng)的原理建立起來(lái)的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法，通過(guò)觀 測(cè)水生物的受害癥狀或種群組成，可以反映出水環(huán)境質(zhì)量的綜合狀況，因而既可對(duì)水環(huán)境 質(zhì)量作回顧評(píng)價(jià)，又可對(duì)擬建工程的生態(tài)效應(yīng)作影響評(píng)價(jià)，是物理化學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)方法的補(bǔ) 充。缺點(diǎn)是難確定水體污染物的性質(zhì)和含量。
[0004] 以上方法基本上能夠比較直觀地對(duì)水體中各項(xiàng)污染物的濃度進(jìn)行描述，并為水質(zhì) 狀況的確定提供方依據(jù)，但由于其研究對(duì)象主要局限于水體，而并不包含與之有緊密聯(lián)系 的底質(zhì)等其他源和匯，因此，在污染物濃度變化幅度較大且頻率較高時(shí)，單純地使用水體污 染物濃度來(lái)評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)就變得比較片面，不能準(zhǔn)確地描述實(shí)際狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于水體污染物 凈積累量判斷水體污染物富集的方法與實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)水體污染物凈積累量（NPA，Net Pollutants Accumulation)，來(lái)得到水體的污染程度，并通過(guò)與相關(guān)指標(biāo)的對(duì)比，獲取水體 污染物富集趨勢(shì)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1，計(jì)算輸入污染物總量Σ Mi
[0009] ΣΜ± = c1Q1+c2W1+c3Q2+c 4W1+c5 λ hWs+Ciin
[0010] 式中，Cl為再生水中某一種污染物的年平均濃度，Qi為地表補(bǔ)水的年總流量，c 2為 降雨中某種污染物的濕沉降通量，Wi為湖面面積，c3為污廢水中某一種污染物年平均濃度， 9 2為污廢水的年總流量，（：4為某種污染物的干沉降通量，（：5為地表徑流中污染物年平均濃 度， Ci為其他污染輸入中污染物年平均濃度，λ為徑流系數(shù)，h為年總降雨量，12為徑流匯 流面積，m為其他污染源的年總流量；
[0011] 步驟2,計(jì)算輸出污染物總量Σ Ni
[0012] ΣΝ± = d^g+dskW^dgWW^din
[0013] 式中噸為水體排水中某一種污染物的年平均濃度，Q3為某種水體的年排水量，d2 為污染物的揮發(fā)通量，k為當(dāng)?shù)氐恼舭l(fā)系數(shù)，d3為滲透濃度，ω為滲透系數(shù)，屯為其他輸出 源的年單位輸出量，η為其他輸出源的數(shù)量；
[0014] 步驟3,計(jì)算自凈能力對(duì)污染物的降解總量Σ Si
[0015] Σ Si = P V+ Θ ff3T
[0016] 式中：P為單位體積內(nèi)某一種污染物被浮游植物去除的效率，V為浮游植物體積， 此處等于湖水體積，Θ為單位面積內(nèi)某一種污染物被水生植物去除的效率，w 3為水生植物 的覆蓋面積，T為水生植物的生長(zhǎng)周期；
[0017] 步驟4,根據(jù)水體污染物的輸入輸出關(guān)系和物料平衡原理，得到如下式所示的污染 物凈積累量（NPA，Net Pollutants Accumulation):
[0018] NPA = ΣΜ-ΣΝ?-ΣΞ?
[0019] 式中，所有指標(biāo)的計(jì)算均以年為單位；對(duì)于某個(gè)水體，如果計(jì)算得到ΝΡΑ>0,則說(shuō) 明該水體正處于污染物不斷富集的過(guò)程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 ΝΡΑ < 0,說(shuō)明污染物在該水體內(nèi)不存在富集現(xiàn)象。
[0020] 一般而言，自然的景觀水體中污染物的污染物主要有有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽，包括總氮、 總磷等。上述的各個(gè)參數(shù)，主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和查閱相關(guān)資料兩種方式得到，其中，步驟1 算式中，進(jìn)水濃度 Cl在現(xiàn)場(chǎng)湖水進(jìn)水口處采樣測(cè)定獲??；進(jìn)水量Qi通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定或查閱相 關(guān)設(shè)計(jì)資料獲得；濕沉降通量c2和干沉降通量c 4通過(guò)查閱當(dāng)?shù)卮髿馕廴镜南嚓P(guān)數(shù)據(jù)獲?。?廢水中污染物，主要指通過(guò)其他途徑直接排放的廢水或作為污水處理廠收納水體的城市景 觀水體的排入廢水，其濃度c 3和排量Q2需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況獲得；湖水面積A根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資 料獲得；徑流系數(shù)λ根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地面情況，參考相關(guān)徑流系數(shù)；年降水量h通過(guò)當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)獲 得；徑流匯流面積W 2通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算或查閱已有資料獲得；其他污染源年總流量m和污染物 濃度c5以實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)為準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。
[0021] 步驟2算式中，排水污染物濃度di通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集排水口處水樣測(cè)定獲得；年排水 量Q3通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定或查閱已有資料獲得；污染物的揮發(fā)通量d 2參考當(dāng)?shù)卮髿馕廴疚飻?shù)據(jù)； 蒸發(fā)系數(shù)k由當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)獲得；滲透濃度(13為湖水的濃度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集水樣測(cè)定獲得； 滲透系數(shù)ω根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)底質(zhì)的特點(diǎn)采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定獲得；其他輸出源年單位輸出量di和輸出 源的數(shù)量η根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況測(cè)定獲得。
[0022] 步驟3算式中，單位體積浮游植物對(duì)某種污染物的去除效率Ρ可通過(guò)查閱資料獲 得；浮游植物的體積V可等價(jià)為湖水體積；單位面積水生植物的去除效率Θ可通過(guò)查閱資 料獲得；水生植物面積W 3通過(guò)收集現(xiàn)場(chǎng)資料獲得；水生植物的生長(zhǎng)周期Τ根據(jù)植物種類(lèi)的 不同現(xiàn)場(chǎng)獲得。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的實(shí)驗(yàn)裝置， 包括一個(gè)中空的圓柱形有機(jī)玻璃柱，有機(jī)玻璃柱上方側(cè)面開(kāi)有進(jìn)水口 1和出水口 2,下部有 滲透水出口 3,出水口 2采用溢流式，有機(jī)玻璃柱內(nèi)底部鋪設(shè)湖泊底泥，其上栽種水生植物 4,所述進(jìn)水口 1、出水口 2和滲透水出口 3均設(shè)置有流量計(jì)和水質(zhì)檢測(cè)儀，所述流量計(jì)和水 質(zhì)檢測(cè)儀連接單片機(jī)。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用一種新的方法，對(duì)水體污染物富集情況作出判斷，得 到水體污染物富集趨勢(shì)，為水環(huán)境治理提供依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為實(shí)施例中昆明翠湖不同輸入、輸出途徑中各種污染物的貢獻(xiàn)情況。圖1(a) 為各輸入源輸入C0D量占總輸入C0D量的百分比；圖1(b)為各輸出源輸出C0D占總輸出 C0D量的百分比；圖1(c)為各輸入兀輸入TN量占總輸入TN量的百分比；圖1(d)為各輸出 源輸出TN占總輸出TN量的百分比；圖1 (e)為各輸入源輸入TP量占總輸入TP量的百分 比；圖1(f)為各輸出源輸出TP占總輸出TP量的百分比。
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0028] 1.水體污染物的輸入輸出關(guān)系，在以物料平衡為基本原理的情況下，提出如式1 所示的污染物凈積累（NPA，Net Pollutants Accumulation)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0029] NPA = ΣΜ-ΣΝ?-ΣΞ? 式 1
[0030] 式中，Σ Mi為輸入污染物總量，Σ隊(duì)為輸出污染物總量，Σ Si為自凈能力對(duì)污染 物的降解總量，所有指標(biāo)的計(jì)算均以年為單位。對(duì)于某個(gè)水體，如果計(jì)算得到NPAX)，說(shuō)明 該水體正處于污染物不斷富集的過(guò)程，NPA越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 NPA < 0,說(shuō)明污染物在該水體內(nèi)不存在富集現(xiàn)象，水體自凈能力發(fā)揮了重要的污染物降解 作用。式1提出的模型的研究邊界為景觀湖泊的物理邊界。
[0031] 如表1所示，根據(jù)式1，污染物輸入主要由再生水補(bǔ)水、降雨補(bǔ)充、已處理/未處理 的污水、大氣干沉降、地表徑流以及其他污染源（如樹(shù)葉、魚(yú)飼料和鳥(niǎo)類(lèi)排泄物）等組成；污 染物輸出途徑中，主要涉及到滲透、排水、蒸發(fā)以及其他輸出（如灌溉和噴灑）等。
[0032] 一般而言，水體自凈過(guò)程主要由水體中的物理、物理化學(xué)和生物化學(xué)作用共同組 成。由于模型邊界是整個(gè)景觀水體，保括水體以及沉積物，因此，以稀釋、擴(kuò)散、沉淀和混合 等為主的物理過(guò)程，以及以氧化還原、吸收和絮凝為主的物理化學(xué)過(guò)程，由于其僅限于改變 污染物的存在狀態(tài)，因此不會(huì)對(duì)污染物的總量減少起到明顯作用。因此，重點(diǎn)考慮以浮游動(dòng) 物和浮游植物，以及水生動(dòng)物和水生植物為主的生物凈化作用。
[0033] 表1景觀湖泊污染物輸入和輸出途徑及水體自凈能力組成
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟1，計(jì)算輸入污染物總量Σ Mi ΣΜ! = (^Qi+cA+c^+cA+CsAh^+Cim 式中，q為地表補(bǔ)水中某一種污染物的年平均濃度，Qi為地表補(bǔ)水的年總流量，c2為降 雨中某種污染物的濕沉降通量，Wi為湖面面積，c3為污廢水中某一種污染物年平均濃度，Q2 為污廢水的年總流量，c4為某種污染物的干沉降通量，c5為地表徑流中污染物年平均濃度， Ci為其他污染輸入中污染物年平均濃度，λ為徑流系數(shù)，h為年總降雨量，W2為徑流匯流面 積，m為其他污染源的年總流量； 步驟2,計(jì)算輸出污染物總量Σ隊(duì) ΣΝ± = ω W^din 式中噸為水體排水中某一種污染物的年平均濃度，Q3為某種水體的年排水量，d2為污 染物的揮發(fā)通量，k為當(dāng)?shù)氐恼舭l(fā)系數(shù)，d3為滲透濃度，ω為滲透系數(shù)，di為其他輸出源的 年單位輸出量，η為其他輸出源的數(shù)量； 步驟3,計(jì)算自凈能力對(duì)污染物的降解總量Σ Si Σ Si = P V+ Θ ff3T 式中：p為單位體積內(nèi)某一種污染物被浮游植物去除的效率，V為浮游植物體積，此處 等于湖水體積，Θ為單位面積內(nèi)某一種污染物被水生植物去除的效率，W3S水生植物的覆 蓋面積，T為水生植物的生長(zhǎng)周期； 步驟4,根據(jù)水體污染物的輸入輸出關(guān)系和物料平衡原理，得到如下式所示的污染物凈 積累量（NPA，Net Pollutants Accumulation): NPA = ΣΜ?-ΣΝ-ΣΞ? 式中，所有指標(biāo)的計(jì)算均以年為單位；對(duì)于某個(gè)水體，如果計(jì)算得到ΝΡΑ>0,則說(shuō)明 該水體正處于污染物不斷富集的過(guò)程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 ΝΡΑ < 0,說(shuō)明污染物在該水體內(nèi)不存在富集現(xiàn)象。
2. -種基于水體污染物凈積累量判斷水體污染物富集的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括 一個(gè)中空的圓柱形有機(jī)玻璃柱，有機(jī)玻璃柱上方側(cè)面開(kāi)有進(jìn)水口（1)和出水口（2)，下部有 滲透水出口（3)，出水口（2)采用溢流式，有機(jī)玻璃柱內(nèi)底部鋪設(shè)湖泊底泥，其上栽種水生 植物（4)，所述進(jìn)水口（1)、出水口（2)和滲透水出口（3)均設(shè)置有流量計(jì)和水質(zhì)檢測(cè)儀，所 述流量計(jì)和水質(zhì)檢測(cè)儀連接單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104281783SQ201410565713
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】陳榮, 尹雷, 郭紅兵 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)