基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的方法与实验装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的方法，根据输入污染物总量、输出污染物总量和自净能力对污染物的降解总量，利用水体污染物的输入输出关系和物料平衡原理得到污染物净积累量，通过水体污染物净积累量，来得到水体的污染程度，并通过与相关指标的对比，获取水体污染物富集趋势，本发明同时提供了相应的验证试验装置，本发明的方法可对水体污染物富集情况作出判断，得到水体污染物富集趋势，为水环境治理提供依据。
【专利说明】基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的方法与实 验装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境监测领域，特别涉及一种基于水体污染物净积累量判断水体污染 物富集的方法与实验装置。
【背景技术】
[0002] 景观水体是城市水环境的重要组成部分，我国城市景观水体普遍面临污染负荷 高、水体自净能力差的问题，水体富营养化和黑臭现象严重。
[0003] 依据《地面水环境质量标准》(GB3838-88)来进行，有水质指数法评价、单项水质参 数评价方法两大类，一类是以水质的物理化学参数的实测值为依据的评价方法；另一类是 以水生物种群与水质的关系为依据的生物学评价方法。较多采用的是物理化学参数评价方 法，其中又分：①单项参数评价法即用某一参数的实测浓度代表值与水质标准对比，判断水 质的优劣或适用程度。②多项参数综合评价法即把选用的若干参数综合成一个概括的指数 来评价水质，又称指数评价法。指数评价法用两种指数即参数权重评分叠加型指数和参数 相对质量叠加型指数两种。参数权重评分叠加型指数的计算方法是，选定若干评价参数，按 各项参数对水质影响的程度定出权系数，然后将各参数分成若干等级，按质量优劣评分，最 后将各参数的评分相加，求出综合水质指数。数值大表示水质好，数值小表示水质差。用这 种指数表示水质，方法简明，计算方便。参数相对质量叠加型指数的计算方法是，选定若干 评价参数，把各参数的实际浓度与其相应的评价标准浓度相比，求出各参数的相对质量指 数，然后求总和值。根据生物与环境条件相适应的原理建立起来的生物学评价方法，通过观 测水生物的受害症状或种群组成，可以反映出水环境质量的综合状况，因而既可对水环境 质量作回顾评价，又可对拟建工程的生态效应作影响评价，是物理化学参数评价方法的补 充。缺点是难确定水体污染物的性质和含量。
[0004] 以上方法基本上能够比较直观地对水体中各项污染物的浓度进行描述，并为水质 状况的确定提供方依据，但由于其研究对象主要局限于水体，而并不包含与之有紧密联系 的底质等其他源和汇，因此，在污染物浓度变化幅度较大且频率较高时，单纯地使用水体污 染物浓度来评价水体的水质就变得比较片面，不能准确地描述实际状况。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于水体污染物 净积累量判断水体污染物富集的方法与实验装置，通过水体污染物净积累量（NPA，Net Pollutants Accumulation)，来得到水体的污染程度，并通过与相关指标的对比，获取水体 污染物富集趋势。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，计算输入污染物总量Σ Mi
[0009] ΣΜ± = c1Q1+c2W1+c3Q2+c 4W1+c5 λ hWs+Ciin
[0010] 式中，Cl为再生水中某一种污染物的年平均浓度，Qi为地表补水的年总流量，c 2为 降雨中某种污染物的湿沉降通量，Wi为湖面面积，c3为污废水中某一种污染物年平均浓度， 9 2为污废水的年总流量，（：4为某种污染物的干沉降通量，（：5为地表径流中污染物年平均浓 度， Ci为其他污染输入中污染物年平均浓度，λ为径流系数，h为年总降雨量，12为径流汇 流面积，m为其他污染源的年总流量；
[0011] 步骤2,计算输出污染物总量Σ Ni
[0012] ΣΝ± = d^g+dskW^dgWW^din
[0013] 式中吨为水体排水中某一种污染物的年平均浓度，Q3为某种水体的年排水量，d2 为污染物的挥发通量，k为当地的蒸发系数，d3为渗透浓度，ω为渗透系数，屯为其他输出 源的年单位输出量，η为其他输出源的数量；
[0014] 步骤3,计算自净能力对污染物的降解总量Σ Si
[0015] Σ Si = P V+ Θ ff3T
[0016] 式中：P为单位体积内某一种污染物被浮游植物去除的效率，V为浮游植物体积， 此处等于湖水体积，Θ为单位面积内某一种污染物被水生植物去除的效率，w 3为水生植物 的覆盖面积，T为水生植物的生长周期；
[0017] 步骤4,根据水体污染物的输入输出关系和物料平衡原理，得到如下式所示的污染 物净积累量（NPA，Net Pollutants Accumulation):
[0018] NPA = ΣΜ-ΣΝ?-ΣΞ?
[0019] 式中，所有指标的计算均以年为单位；对于某个水体，如果计算得到ΝΡΑ>0,则说 明该水体正处于污染物不断富集的过程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果计算得到 ΝΡΑ < 0,说明污染物在该水体内不存在富集现象。
[0020] 一般而言，自然的景观水体中污染物的污染物主要有有机质、营养盐，包括总氮、 总磷等。上述的各个参数，主要通过现场检测和查阅相关资料两种方式得到，其中，步骤1 算式中，进水浓度 Cl在现场湖水进水口处采样测定获取；进水量Qi通过现场测定或查阅相 关设计资料获得；湿沉降通量c2和干沉降通量c 4通过查阅当地大气污染的相关数据获取； 废水中污染物，主要指通过其他途径直接排放的废水或作为污水处理厂收纳水体的城市景 观水体的排入废水，其浓度c 3和排量Q2需根据现场具体情况获得；湖水面积A根据现场资 料获得；径流系数λ根据现场地面情况，参考相关径流系数；年降水量h通过当地数据获 得；径流汇流面积W 2通过现场测算或查阅已有资料获得；其他污染源年总流量m和污染物 浓度c5以实际现场为准，现场测定。
[0021] 步骤2算式中，排水污染物浓度di通过现场采集排水口处水样测定获得；年排水 量Q3通过现场测定或查阅已有资料获得；污染物的挥发通量d 2参考当地大气污染物数据； 蒸发系数k由当地气象数据获得；渗透浓度(13为湖水的浓度，通过现场采集水样测定获得； 渗透系数ω根据现场底质的特点采取现场测定获得；其他输出源年单位输出量di和输出 源的数量η根据现场具体情况测定获得。
[0022] 步骤3算式中，单位体积浮游植物对某种污染物的去除效率Ρ可通过查阅资料获 得；浮游植物的体积V可等价为湖水体积；单位面积水生植物的去除效率Θ可通过查阅资 料获得；水生植物面积W 3通过收集现场资料获得；水生植物的生长周期Τ根据植物种类的 不同现场获得。
[0023] 本发明还提供了一种基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的实验装置， 包括一个中空的圆柱形有机玻璃柱，有机玻璃柱上方侧面开有进水口 1和出水口 2,下部有 渗透水出口 3,出水口 2采用溢流式，有机玻璃柱内底部铺设湖泊底泥，其上栽种水生植物 4,所述进水口 1、出水口 2和渗透水出口 3均设置有流量计和水质检测仪，所述流量计和水 质检测仪连接单片机。
[0024] 与现有技术相比，本发明利用一种新的方法，对水体污染物富集情况作出判断，得 到水体污染物富集趋势，为水环境治理提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为实施例中昆明翠湖不同输入、输出途径中各种污染物的贡献情况。图1(a) 为各输入源输入C0D量占总输入C0D量的百分比；图1(b)为各输出源输出C0D占总输出 C0D量的百分比；图1(c)为各输入兀输入TN量占总输入TN量的百分比；图1(d)为各输出 源输出TN占总输出TN量的百分比；图1 (e)为各输入源输入TP量占总输入TP量的百分 比；图1(f)为各输出源输出TP占总输出TP量的百分比。
[0026] 图2为本发明实验装置结构简图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0028] 1.水体污染物的输入输出关系，在以物料平衡为基本原理的情况下，提出如式1 所示的污染物净积累（NPA，Net Pollutants Accumulation)评价指标。
[0029] NPA = ΣΜ-ΣΝ?-ΣΞ? 式 1
[0030] 式中，Σ Mi为输入污染物总量，Σ队为输出污染物总量，Σ Si为自净能力对污染 物的降解总量，所有指标的计算均以年为单位。对于某个水体，如果计算得到NPAX)，说明 该水体正处于污染物不断富集的过程，NPA越大，污染物的富集程度越高；如果计算得到 NPA < 0,说明污染物在该水体内不存在富集现象，水体自净能力发挥了重要的污染物降解 作用。式1提出的模型的研究边界为景观湖泊的物理边界。
[0031] 如表1所示，根据式1，污染物输入主要由再生水补水、降雨补充、已处理/未处理 的污水、大气干沉降、地表径流以及其他污染源（如树叶、鱼饲料和鸟类排泄物）等组成；污 染物输出途径中，主要涉及到渗透、排水、蒸发以及其他输出（如灌溉和喷洒）等。
[0032] 一般而言，水体自净过程主要由水体中的物理、物理化学和生物化学作用共同组 成。由于模型边界是整个景观水体，保括水体以及沉积物，因此，以稀释、扩散、沉淀和混合 等为主的物理过程，以及以氧化还原、吸收和絮凝为主的物理化学过程，由于其仅限于改变 污染物的存在状态，因此不会对污染物的总量减少起到明显作用。因此，重点考虑以浮游动 物和浮游植物，以及水生动物和水生植物为主的生物净化作用。
[0033] 表1景观湖泊污染物输入和输出途径及水体自净能力组成
[0034]
【权利要求】
1. 一种基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的方法，其特征在于，包括如下 步骤： 步骤1，计算输入污染物总量Σ Mi ΣΜ! = (^Qi+cA+c^+cA+CsAh^+Cim 式中，q为地表补水中某一种污染物的年平均浓度，Qi为地表补水的年总流量，c2为降 雨中某种污染物的湿沉降通量，Wi为湖面面积，c3为污废水中某一种污染物年平均浓度，Q2 为污废水的年总流量，c4为某种污染物的干沉降通量，c5为地表径流中污染物年平均浓度， Ci为其他污染输入中污染物年平均浓度，λ为径流系数，h为年总降雨量，W2为径流汇流面 积，m为其他污染源的年总流量； 步骤2,计算输出污染物总量Σ队 ΣΝ± = ω W^din 式中吨为水体排水中某一种污染物的年平均浓度，Q3为某种水体的年排水量，d2为污 染物的挥发通量，k为当地的蒸发系数，d3为渗透浓度，ω为渗透系数，di为其他输出源的 年单位输出量，η为其他输出源的数量； 步骤3,计算自净能力对污染物的降解总量Σ Si Σ Si = P V+ Θ ff3T 式中：p为单位体积内某一种污染物被浮游植物去除的效率，V为浮游植物体积，此处 等于湖水体积，Θ为单位面积内某一种污染物被水生植物去除的效率，W3S水生植物的覆 盖面积，T为水生植物的生长周期； 步骤4,根据水体污染物的输入输出关系和物料平衡原理，得到如下式所示的污染物净 积累量（NPA，Net Pollutants Accumulation): NPA = ΣΜ?-ΣΝ-ΣΞ? 式中，所有指标的计算均以年为单位；对于某个水体，如果计算得到ΝΡΑ>0,则说明 该水体正处于污染物不断富集的过程，ΝΡΑ越大，污染物的富集程度越高；如果计算得到 ΝΡΑ < 0,说明污染物在该水体内不存在富集现象。
2. -种基于水体污染物净积累量判断水体污染物富集的实验装置，其特征在于，包括 一个中空的圆柱形有机玻璃柱，有机玻璃柱上方侧面开有进水口（1)和出水口（2)，下部有 渗透水出口（3)，出水口（2)采用溢流式，有机玻璃柱内底部铺设湖泊底泥，其上栽种水生 植物（4)，所述进水口（1)、出水口（2)和渗透水出口（3)均设置有流量计和水质检测仪，所 述流量计和水质检测仪连接单片机。
【文档编号】G06F19/00GK104281783SQ201410565713
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】陈荣, 尹雷, 郭红兵 申请人:西安建筑科技大学