环境质量评价学 PPT课件.ppt
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I j I jl I jP I js I jk
2021/3/16
13
2.4 湖库富营养化判别标准 2.4.1 判别指标 • 物理指标：透明度、水温、光强等，透明度最常用 • 化学指标：与藻类增殖直接相关的DO、CO2、COD
以及营养盐等指标 • 生物学指标：藻类现存量（叶绿素）、生物指标
（调查特定生物出现的状况）、多样性指数（调查 群集生物的多样性）、藻类增殖的潜在能力
和磷同时成为限制性营养物质控制因子
2021/3/16
9百度文库
2.3.2 营养源与营养负荷
主要营养源及其来源
类型 外源 内源
来源 工业废水 点源 城镇生活污水 固体废物处置场 矿区地表径流 城镇地表径流 农牧区地表径流 面源 大气降尘 大气降水 水体投饵养殖 水面娱乐活动废弃物 水土流失及土壤侵蚀 底泥及沉积物
2021/3/16
10
营养物质入湖途径
点源污染
湖
河渠
非点源污染
泊
水
库 地下水
2021/3/16
降尘
降水 养殖 投饵
11
2021/3/16
12
营养负荷 • 地面径流的营养负荷，Ijl • 降水的营养负荷，Ijp • 人为因素营养负荷
– 生活污水营养负荷，Ijs – 工业污水营养负荷，Ijk
• 湖泊水库的总营养平衡
2021/3/16
18
• 引入冲刷速率常数r（令r=Q/V），则得到：
dC Ic sC rC dt V
• 在给定初始条件：t=0时，C=C0，可得解析解
C(t) Ic V (s r)C0 Ic exp[ (s r)t] V (s r) V (s r)
• 在湖泊、水库的出流、入流流量及营养物输入稳定
环境质量评价与系统分析 （四）
主讲：冯流
四、湖泊与水库水质模型
1、湖库的水文、水质特征 • 与河流比，流速小，污染物停留时间长 • 水质的分层分布、存在斜温层
• 水生生态系统相对封闭
2021/3/16
2
2、湖库的富营养化问题 2.1 湖泊富营养化定义 • 湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体
7
营养物质对藻类生长的影响
• Liebig最小值定理：任何一种有机物的产率都由该种
有机物所必需的、在环境中丰度最低的物质决定
• Monod模型：描述生物生长速率与营养物质含量关系
的方程
max
S KS
S
为微生物的生长速率；max为微生物的最大生长速率；S为
营养物质的实际浓度；KS为营养物质的半饱和浓度
的情况下，当t时，可达到营养物的平衡浓度
Cp：
CP
(r
Ic s)V
2021/3/16
19
• 若进一步令
LND 0.6 lg h 2.87
2021/3/16
16
3、湖库完全混合箱式模型
3.1 Vollenweider模型
概述
• 模型创始：R.A.Vollenweider在20世纪70年代初期 研究北美大湖时提出
• 适用对象：停留时间很长，水质基本处于稳定状态 的湖泊水库
• 模型假定：湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化
2021/3/16
8
• 实际中单营养成分控制的情形很少，藻类生长往往
受到一种以上营养物质的制约，如碳、氮、磷等。
其增长速率将大大降低，为：
max
PS KP PS
NS KN NS
CS KC CS
限制性营养物质因子结论：
1）自然条件下磷的丰度一般偏低，成为限制性营养物质控制 因子
2）工业污染导致自然界磷的含量上升，使得磷/氮比提高，氮
15
Vollenweider临界负荷法
• 可接受的磷负荷LPA （mg/m2a）
LPA 0.6 lg h 1.40
• 磷的危险临界负荷LPD （mg/m2a）
LPD 0.6lg h 1.70
• 可接受的氮负荷LNA （mg/m2a）
h为湖库的
水深（m）
LNA 0.6 lg h 2.57
• 氮的危险临界负荷LND （mg/m2a）
• 2021/3/16
14
2.4.2 判别标准
富营养化的水质条件
总氮（TN）
＞
总磷（TP）
＞
BOD5
＞
pH
＞
细菌总数
＞
叶绿素a（chla）
＞
0.2~0.3mg/L 0.01~0.02mg/L
10mg/L 7~9
100000个/L 0.01mg/L
水质达到表中状态，有可能引起富营养化
2021/3/16
中藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和 溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化， 从而使湖泊生态和水功能受到阻碍和破坏的现象。
2021/3/16
3
从湖泊的发展历程看，由贫营养向富营养的过渡是 一个正常演变过程，只是在自然状态下，这个过程 进展非常缓慢而已；但是富营养进程会由于人类大 规模的活动而大大提速，进而缩短湖泊的自然演替 周期
率，是输入、输出和在湖泊内沉积的该种营养物量
的函数
2021/3/16
17
• 模型不足：不能描述发生在湖泊内的物理、化学和 生物过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分层，是 只考虑输入 — 输出关系的模型
模型基本形式及其解析解
• 模型基本形式
V
dC dt
Ic
sCV
QC
V为湖泊水库容积；C为某种营养物的浓度；Ic为该营养物 质的总负荷；s为该营养物在湖泊水库中的沉积速率常数； Q为湖泊出流流量
温分层 给和 变 和混
消耗 化
合
湖泊营养度 植物的生产活动
湖岸带的发育
5
• 限制性营养物质 • 温度和照度 • 湖泊形态 • 溶解氧和pH
2021/3/16
6
2.3 营养物质对富营养化的影响
2.3.1 限制性营养物质因子
藻类生长的营养物质需求 淡水藻类各种元素的湿重含量（%）
元素 氧 氢 碳 硅 氮 钙 钾
2021/3/16
4
2.2 富营养化的控制因子
地理位置
人类的影响 地下水、农业、
矿业
流入的营养盐
地质 基底的组成 流域生态系统
地形
纬度
湖盆的形态
气候
深度
湖底的 凹凸
湖的 面积
降水 风 日照
湖底堆积物 的性质
2021/3/16
湖外物质的流 入（营养盐）
透明度
光的 透入
热的传 氧气 季 湖水
播和水 的供 节 流动
2021/3/16
含量 80.5 9.7 6.5 1.3 0.7 0.4 0.3
元素 磷 镁 硫 氯 钠 铁 硼
含量 0.08 0.07 0.06 0.06 0.04 0.02 0.001
元素 锰 锌 铜 钼 钴
含量 0.0007 0.0003 0.0001 0.00005 0.000002
P/N≈1:9
2021/3/16
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2.4 湖库富营养化判别标准 2.4.1 判别指标 • 物理指标：透明度、水温、光强等，透明度最常用 • 化学指标：与藻类增殖直接相关的DO、CO2、COD
以及营养盐等指标 • 生物学指标：藻类现存量（叶绿素）、生物指标
（调查特定生物出现的状况）、多样性指数（调查 群集生物的多样性）、藻类增殖的潜在能力
和磷同时成为限制性营养物质控制因子
2021/3/16
9百度文库
2.3.2 营养源与营养负荷
主要营养源及其来源
类型 外源 内源
来源 工业废水 点源 城镇生活污水 固体废物处置场 矿区地表径流 城镇地表径流 农牧区地表径流 面源 大气降尘 大气降水 水体投饵养殖 水面娱乐活动废弃物 水土流失及土壤侵蚀 底泥及沉积物
2021/3/16
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营养物质入湖途径
点源污染
湖
河渠
非点源污染
泊
水
库 地下水
2021/3/16
降尘
降水 养殖 投饵
11
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营养负荷 • 地面径流的营养负荷，Ijl • 降水的营养负荷，Ijp • 人为因素营养负荷
– 生活污水营养负荷，Ijs – 工业污水营养负荷，Ijk
• 湖泊水库的总营养平衡
2021/3/16
18
• 引入冲刷速率常数r（令r=Q/V），则得到：
dC Ic sC rC dt V
• 在给定初始条件：t=0时，C=C0，可得解析解
C(t) Ic V (s r)C0 Ic exp[ (s r)t] V (s r) V (s r)
• 在湖泊、水库的出流、入流流量及营养物输入稳定
环境质量评价与系统分析 （四）
主讲：冯流
四、湖泊与水库水质模型
1、湖库的水文、水质特征 • 与河流比，流速小，污染物停留时间长 • 水质的分层分布、存在斜温层
• 水生生态系统相对封闭
2021/3/16
2
2、湖库的富营养化问题 2.1 湖泊富营养化定义 • 湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体
7
营养物质对藻类生长的影响
• Liebig最小值定理：任何一种有机物的产率都由该种
有机物所必需的、在环境中丰度最低的物质决定
• Monod模型：描述生物生长速率与营养物质含量关系
的方程
max
S KS
S
为微生物的生长速率；max为微生物的最大生长速率；S为
营养物质的实际浓度；KS为营养物质的半饱和浓度
的情况下，当t时，可达到营养物的平衡浓度
Cp：
CP
(r
Ic s)V
2021/3/16
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• 若进一步令
LND 0.6 lg h 2.87
2021/3/16
16
3、湖库完全混合箱式模型
3.1 Vollenweider模型
概述
• 模型创始：R.A.Vollenweider在20世纪70年代初期 研究北美大湖时提出
• 适用对象：停留时间很长，水质基本处于稳定状态 的湖泊水库
• 模型假定：湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化
2021/3/16
8
• 实际中单营养成分控制的情形很少，藻类生长往往
受到一种以上营养物质的制约，如碳、氮、磷等。
其增长速率将大大降低，为：
max
PS KP PS
NS KN NS
CS KC CS
限制性营养物质因子结论：
1）自然条件下磷的丰度一般偏低，成为限制性营养物质控制 因子
2）工业污染导致自然界磷的含量上升，使得磷/氮比提高，氮
15
Vollenweider临界负荷法
• 可接受的磷负荷LPA （mg/m2a）
LPA 0.6 lg h 1.40
• 磷的危险临界负荷LPD （mg/m2a）
LPD 0.6lg h 1.70
• 可接受的氮负荷LNA （mg/m2a）
h为湖库的
水深（m）
LNA 0.6 lg h 2.57
• 氮的危险临界负荷LND （mg/m2a）
• 2021/3/16
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2.4.2 判别标准
富营养化的水质条件
总氮（TN）
＞
总磷（TP）
＞
BOD5
＞
pH
＞
细菌总数
＞
叶绿素a（chla）
＞
0.2~0.3mg/L 0.01~0.02mg/L
10mg/L 7~9
100000个/L 0.01mg/L
水质达到表中状态，有可能引起富营养化
2021/3/16
中藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和 溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化， 从而使湖泊生态和水功能受到阻碍和破坏的现象。
2021/3/16
3
从湖泊的发展历程看，由贫营养向富营养的过渡是 一个正常演变过程，只是在自然状态下，这个过程 进展非常缓慢而已；但是富营养进程会由于人类大 规模的活动而大大提速，进而缩短湖泊的自然演替 周期
率，是输入、输出和在湖泊内沉积的该种营养物量
的函数
2021/3/16
17
• 模型不足：不能描述发生在湖泊内的物理、化学和 生物过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分层，是 只考虑输入 — 输出关系的模型
模型基本形式及其解析解
• 模型基本形式
V
dC dt
Ic
sCV
QC
V为湖泊水库容积；C为某种营养物的浓度；Ic为该营养物 质的总负荷；s为该营养物在湖泊水库中的沉积速率常数； Q为湖泊出流流量
温分层 给和 变 和混
消耗 化
合
湖泊营养度 植物的生产活动
湖岸带的发育
5
• 限制性营养物质 • 温度和照度 • 湖泊形态 • 溶解氧和pH
2021/3/16
6
2.3 营养物质对富营养化的影响
2.3.1 限制性营养物质因子
藻类生长的营养物质需求 淡水藻类各种元素的湿重含量（%）
元素 氧 氢 碳 硅 氮 钙 钾
2021/3/16
4
2.2 富营养化的控制因子
地理位置
人类的影响 地下水、农业、
矿业
流入的营养盐
地质 基底的组成 流域生态系统
地形
纬度
湖盆的形态
气候
深度
湖底的 凹凸
湖的 面积
降水 风 日照
湖底堆积物 的性质
2021/3/16
湖外物质的流 入（营养盐）
透明度
光的 透入
热的传 氧气 季 湖水
播和水 的供 节 流动
2021/3/16
含量 80.5 9.7 6.5 1.3 0.7 0.4 0.3
元素 磷 镁 硫 氯 钠 铁 硼
含量 0.08 0.07 0.06 0.06 0.04 0.02 0.001
元素 锰 锌 铜 钼 钴
含量 0.0007 0.0003 0.0001 0.00005 0.000002
P/N≈1:9