WASP水质模型在河流

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用世界地质第30卷第2期2011年6月杨平1，王童2，陶占盛1，王新民1文章编号：1004—5589(2011)02一0265～05WASP应用实例背景前言WASP模型概述结论展望目录WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用WASP模型体系WASP模型体系Steete-Phelps模型体系QUAL模型体系最初80年代3种随着经济发展，水污染日益加剧，水体污染最突出的问题是富营养化。对于富营养化问题，数学模型可以综合反映其系统特征。1前言WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用70年代WASPWASP水质模型在河流富营养化问题中的应用WASP全称为WaterQualityAnalysisSimulationProgram，即水质分析模拟程序．由美国国家环保局环境研究实验室开发模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律。描述水质现状，提供一般性水质预测和提供特定位置水质预测．WASP由有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO两个子模块组成。TOXI是有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态模型，可预测溶解态和吸附态化学物质在河流中的变化情况；EUTRO模块采用OTOMAC富营养动力学模型，可预测DO、COD、碳、叶绿素a、硝酸盐、有机氮和正磷酸盐等在河流中的变化情况.2.1 WASP模型的原理水质指标C（TP，BOD,DO,COD等）质量平衡式Ux，Uy，Uz分别为河流的横向、纵向、垂向的流速C溶质浓度横向、纵向、垂向的扩散系数点源，非点源负荷边界负荷动力转换项2.2应用WASP模拟河流水质运移的基本过程河网模型的概化：将河流分为若干个→设置参数采集数据输入模型参数信息：①设置环境参数；②设置传输参数③设置边界参④设置转化参利用WASP软件进行模拟结果输出并分析①生成被模拟物质在各段上每个时刻的浓度值；②对生成的．cSV数据文件进行统计分析；③对生成的．BMD文件进行结果的图形化显示。3WASP模拟河流污染状况的案例以辽宁省浑河的一条支流细河为例，应用WASP对该条河流的BOD和DO指标进行模拟。将实际河流分段，将实际水体分为3段，并设置每段的水体体积、相邻分区间的距离、每段河流的剖面面积。3.1WASP模拟河流污染状况的案例过程第一段：河流附近有一个仙女河污水处理厂第二段：河流附近是工业园区和居民生活区，有三一重工、辽鞍集团等企业，还有杨士乡等居民聚集区；第三段：河流附近有少量居民居住。采集数据：①各段的河流长度、宽度、深度和水流速；②边界浓度；③每段河流中在某些时间点测得的污染质浓度值；④水温和光照的时间序列值。建立模拟并输人参数:选用的模型为EUTRO(富营养化模型)，时间步长设置为1。用来模拟的指标为BOD和DO，依次录入河段的初始浓度、边界浓度值、光照和水温等其他相关参数信息。3WASP模拟河流污染状况的案例运行模拟:结果的输出主要有3种方式：显示每个时刻的每段河流(共3段)的污染质浓度值;CSV的数据文件;BMD文件进行结果的图形。2.2应用WASP模拟河流水质运移的基本过程3WASP模拟河流污染状况的案例二段很多时刻超100mg/L，河流污染较严重,河段附近有工业园区和居民生活区,不能被微生物降解的有机物大于能被微生物降解的有机物,施行减排措施.一段河流中的BOD含量低5mg/L,有污水处理厂2.2应用WASP模拟河流水质运移的基本过程3WASP模拟河流污染状况的案例5~7月期间BOD140mg/L居民用水增加，生活污水工业废水排放多→河中有机物质剧增→BOD增加10月后期，排污量的减少，污染程度减缓。5~9月水温高→排污的增加→有机物含量高→水中溶解氧被消耗（DO下降）→水体处于厌氧状态，厌氧微生物繁殖，有机物发生腐败，生成NH,HS等→使水发臭发黑。WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用4结论采用WASP模型对浑河支流细河的各河段水质变化进行模拟显示：7月，靠近居民生活区和工业区附近河段，BOD值过大，DO值过小。说明该期间该河段中有机污染物含量高，河流污染严重。这个模拟与实际情况基本吻合，表明基于生态系统动力学模型的WASP能很好地反映河流富营养化问题的动态变化规律。可根据不同季节灵活地对河流附近工厂制定减排方案，或者通过建立污水处理厂对污水进行净化，从而改善河流的水质状况，保护水环境。5应用与展望----国外研究在TMDL管理上应用Rodriguez等选用了WASP构建了布伦瑞克港耗氧物质TMDL管理系统。莫比尔湾、密西根湖的TMDL管理模式研究中均用了WASP作为水质的模拟工具。在湖库富营养化过程中应用Hoybye等通过校验Kakhovka水库实测数据与WASP计算结果，认为水质量的影响因素是水库周围营养物质的增长速率与入库量。RoughRiver生态修复项目中采用WASP进行了DO模拟。Jae在YeongrangLake降雨-径流污染负荷研究中分析了径流污染对湖水的影响，WASP模拟结果与实测值相关性较好。Stow等字NeuseRiverEstuary藻类模拟研究中比较了NEEM、WASP、Neu-BERN3个模型的有效性，结果WASP在河流整体、上游、下游3项的有效性高于其他2个模型。与其他模型耦合EPA技术中心提供给了多种水环境管理相关的技术模型，WASP的输入与输出均可以与其他模型相连接，如EFDC、PRZMHSPFSED3D等。BarrMileonReservoir富营养化研究讲SWAT水动力和营养盐模拟结果作为边界条件输入WASP软件进行富营养化工程分析。与GIS结合应用：Sukanda等江水质模拟和GIS技术结合构建了THACHINRIVER管理决策系统，采用WASP进行稳态一维模拟计算不同情境下的水质变化情况。重金属有毒物研究应用PA和ORD研究所选用WASP对SudburyRiver中汞的迁移转化进行了二维模拟。5应用与展望----国内研究河流1992年汉江武汉段富营养化过程模拟，WASP具有较好的物理和数学理论基础，能从机理上分析水质成分和各项间转化的规律。廖振良等应用WASP对苏州河环境综合整治一期工程和方案实施了有关模拟。杨家宽等采用了WASP6模拟了汉江襄樊BOD、DO等并进一步模拟了南水北调中线工程队汉江襄樊地区水质的影响。于顺东等通过模拟美国的BrandwineRivers水体中的DO的浓度变化来分析了WSAP的灵敏度。河网唐迎洲等通过C++语言编程讲三级联解平原河网水动力模型与WASP5软件耦合，模拟分析引调水工程中不同实施方案的环境效益。史铁锤等以WASP估算了太湖河网的COD的水环境容量，建立了点源和非点源的管理模式。湖库三峡库区水质仿真研究使用了WASP6模拟了TP、DO、BOD等结果与实测值的相对误差在15%以下的占92%，验证额WASP的可靠性。欧阳丽等讲WASP应用与三峡水库回水区香溪河库湾P、N水环境容量。孙文章等在东昌湖用WASP模拟了BOD、DO、TN、TP4项指标，验证了WASP的有效性。王文杰等以WASP氮磷循环为基础，次用了有限体积法配合通量向量分裂格式建立了而为水质耦合数学模型，结果证明了耦合模型较高的可靠性和实用性。其他贾海峰等以密云水库为背景研究了GIS（地理信息系统用于全球环境变化动态监测）与WASP半紧密内嵌的集合模式，实现密云水库长时序水质模拟和水环境管理的情景分析。郭羽等以EFDC-WASP为核心模型构建了白河水污染预警决策支持系统，模拟分析了氰化物水污染事故过程。张永祥等选择长河流域进行了WASP适用性检验，叶绿素、TN、TP模拟值与实测值偏差较小。WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用作为一个结构灵活、普适性较好的水质模型WASP在国内外均得到了广泛且有效的应用。国内的WASP研究和应用多在较大的流域范围上进行，多为河流和湖库的一二维模拟、较少的针对河口或者海湾。对重金属等特殊物质的研究也不多，wasp后处理功能的使用稍显薄弱。以国际研究的现状来看，在“小尺度、高精度”的研究中，使用其他二、三维水动力模型可有效提高精度。在有毒物、浮游生物、细菌等物质的研究中，WASP的应用仍有出色地表现。随着非点源的研究普及，WASP模拟中增加非点源输入的考量，提升水环境问题的判定能力。WASP的应用不仅仅局限在单一水质的模拟，而是将其作为大型流域管理模型或者综合管理模式的核心部分，支持流域水环境的综合研究和管理。5应用与展望谢谢！