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，通過水體污染物凈積累量，來得到水體的污染程度，并通過與相關(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題，水體富營養(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，一類是以水質(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)量優(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)的原理建立起來的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法，通過觀 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，通過水體污染物凈積累量（NPA，Net Pollutants Accumulation)，來得到水體的污染程度，并通過與相關(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 明該水體正處于污染物不斷富集的過程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 ΝΡΑ < 0,說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)、營養(yǎng)鹽，包括總氮、 總磷等。上述的各個(gè)參數(shù)，主要通過現(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通過當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)獲 得；徑流匯流面積W 2通過現(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通過現(xiàn)場(chǎng)采集排水口處水樣測(cè)定獲得；年排水 量Q3通過現(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可通過查閱資 料獲得；水生植物面積W 3通過收集現(xiàn)場(chǎng)資料獲得；水生植物的生長周期Τ根據(jù)植物種類的 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)，說明 該水體正處于污染物不斷富集的過程，NPA越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 NPA < 0,說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（如樹葉、魚飼料和鳥類排泄物）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 等為主的物理過程，以及以氧化還原、吸收和絮凝為主的物理化學(xué)過程，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,則說明 該水體正處于污染物不斷富集的過程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果計(jì)算得到 ΝΡΑ < 0,說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)