目錄

• 引言
• 模型概述
• 非點源污染模擬原理
• • 物質(zhì)遷移內(nèi)容
  • 過程
  • • 營養(yǎng)物
    • 農(nóng)藥
    • 病原菌運移
• 河道水質(zhì)模型
• • 營養(yǎng)元素的地表水體循環(huán)
  • 河道水質(zhì)模擬
  • 藻類模擬
  • 氮元素
  • 磷元素
  • 生化需氧量及溶解氧
  • 重金屬的運移
• 蓄水體水質(zhì)模擬

引言

今天無意接觸到這一塊，就記錄下來了。

模型概述

1、流域中非點源污染的來源主要是農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥的施用。
2、氮、磷等營養(yǎng)物和農(nóng)藥的遷移和轉(zhuǎn)化取決于化合物在土壤環(huán)境中經(jīng)歷的轉(zhuǎn)化過程。
3、SWAT模型可以模擬水文相應(yīng)單元內(nèi)氮、磷完整的營養(yǎng)物循環(huán)過程和任何一種農(nóng)藥的降解過程。
4、SWAT模擬流域內(nèi)泥沙、藻類、溶解氧、有機污染、多種不同形式的氮、磷以及農(nóng)藥等污染物質(zhì)的運移與轉(zhuǎn)換。
5、物質(zhì)循環(huán)模型可以分為非點源污染模塊、河道水質(zhì)模塊以及湖泊水庫水質(zhì)模塊。

非點源污染模擬原理

物質(zhì)遷移內(nèi)容

1、營養(yǎng)物：有機氮、氨氮、亞硝氮、硝氮、有機磷/無機磷；
2、農(nóng)藥；
3、重金屬；
4、病原菌；
5、生化需氧量、溶解氧。

過程

與水循環(huán)過程類似，多數(shù)先在水文響應(yīng)單元計算各種產(chǎn)出量（陸面過程），再輸出到子流域的滯蓄水體以及河網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)的過程。

營養(yǎng)物

氮素的土壤循環(huán)

SWAT模型監(jiān)測土壤中五種不同氮庫：
無機氮庫（NH4+和NO3-）
有機氮庫（新有機氮、活性有機氮和穩(wěn)定有機氮）

新有機氮是指以農(nóng)作物殘余和微生物的形式存在的有機氮；
活性有機氮和穩(wěn)定有機氮是指土壤中以腐殖質(zhì)形式存在的兩種不同類型的氮。

磷素的土壤循環(huán)

礦物性土壤中磷主要以三種形式存在：
腐殖質(zhì)中的有機磷；
難溶的礦物磷；
土壤溶液中的植物可利用磷。

農(nóng)藥

主河道中（僅模擬一種農(nóng)藥）
1、水中：降解、揮發(fā)、底泥沉降、出流；
2、底泥中：降解、再懸浮、解吸附、掩埋。

滯蓄水庫中（僅水庫，過程與主河道基本一致）

農(nóng)藥的地表水循環(huán)

病原菌運移

病原菌的來源
SWAT僅概念性地模擬兩種菌群，一種為可長久生存的，一種為相對短命的。
病原菌來自于綠肥（動物糞便），SWAT的肥料類型數(shù)據(jù)庫中有各種綠肥的含菌量參數(shù)。
在施肥過程中，病原菌也一同施入，并在植物葉面和表層10mm的土層中進(jìn)行分配。
另外可以通過點源輸入。

HRU的病原菌
1、植物葉面；
2、土壤溶液；
3、吸附在土壤顆粒中。

病原菌的運移模擬
1、植物葉面的雨水沖刷；
2、菌群的死亡-生長（3種介質(zhì)）；
3、土壤溶液中細(xì)菌的淋溶（淋溶的細(xì)菌認(rèn)為死亡）；
4、地表產(chǎn)流帶走；
5、在地表水體中（主河道、僅水庫）隨水流演進(jìn)，僅考慮死亡過程。

河道水質(zhì)模型

SWAT模型中的河流水質(zhì)模型采用QUAL2E模型。
該模型是以溶解氧為中心的多變量的綜合性河流水質(zhì)模型。
它能按照使用者的要求，模擬河道中泥沙、葉綠素—藻類、有機氮、氨氮、有機磷、可溶性磷、亞硝酸鹽、硝酸鹽、礦物質(zhì)磷、生化需氧量、溶解氧、農(nóng)藥、三種任選的重金屬等不同水質(zhì)指標(biāo)的濃度變化過程。

營養(yǎng)元素的地表水體循環(huán)

主河道中
1、藻類的死亡–增加有機氮和有機磷；
2、藻類的生長–氮磷固持（包括氨氮、硝氮、無機磷）；
3、有機氮/有機磷的底泥沉降；
4、有機氮的礦化及底泥吸附態(tài)氨氮的釋放–氨氮；
5、氨氮的硝化–亞硝氮–硝氮；
6、有機磷的礦化及底泥吸附態(tài)無機磷的釋放–無機磷。

滯蓄水體中（池塘、濕地、水庫、不包括洼地）
1、隨地表徑流進(jìn)入滯蓄水體，并出流進(jìn)入主河道；
2、僅考慮營養(yǎng)元素的沉降，不模擬轉(zhuǎn)化過程。

河道水質(zhì)模擬

藻類模擬

藻類（或葉綠素a）的生長和分解可以通過與生長率、呼吸速率、沉降率以及當(dāng)前河流中藻類數(shù)量建立函數(shù)計算得出。

氮元素

在含氧水體中氮是逐級轉(zhuǎn)化的，從有機氮轉(zhuǎn)化成氨氮再轉(zhuǎn)為氮，亞硝酸態(tài)氮，最后成為硝酸氮。
有機氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮通過沉降和底泥吸附從河道中除去。

磷元素

磷循環(huán)和氮循環(huán)相似。
藻體死亡后，藻體內(nèi)的磷轉(zhuǎn)化為有機磷。
有機磷再經(jīng)過礦化成為可被藻類吸收的溶解態(tài)磷。
同時，有機磷也可能會通過沉降作用從河流中去除。

生化需氧量及溶解氧

生化需氧量：
指水體中有機物質(zhì)分解所需要的氧氣的總量。由點源輸入到河網(wǎng)系統(tǒng)，在主河道和水庫中循環(huán)，
1、CBOD的底泥沉降；
2、CBOD的氧化分解（耗氧）。

溶解氧：
水體中的溶解氧濃度和大氣復(fù)氧、光合作用、動植物呼吸作用、底泥需氧量、升華需氧量、硝化作用、鹽度、溫度等相關(guān)。

1、復(fù)氧過程。大氣復(fù)氧、藻類的光合作用、水體擾動復(fù)氧（壩體）
2、消耗過程。藻類的呼吸作用、CBOD耗氧、底泥耗氧、氨氮硝化、亞硝氮硝化。

重金屬的運移

只允許模擬3種；
SWAT重金屬來源于點源輸入。重金屬運移是SWAT模型的物質(zhì)運移模擬中唯一一個不考慮HRU因素的物質(zhì)運移，僅是簡單地計算隨河網(wǎng)系統(tǒng)水流演進(jìn)過程和物質(zhì)量平衡。

蓄水體水質(zhì)模擬

SWAT湖泊、水庫水質(zhì)模型采用了一個簡單的污染負(fù)荷平衡模型。同時在模擬較為復(fù)雜的湖泊時，SWAT采用了分布式WASP水質(zhì)模型。

模擬水體中營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程時，SWAT假設(shè)在一個完全均勻的水體，當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體的同時，就會均勻分布于整個水體。
這個假設(shè)忽略了水體中的分層現(xiàn)象以及由于水體表層浮游生物引起的表層和下層之間的差異的存在。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SWAT模型非点源模拟原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。