冬季因表面水温不高，可能没有显著的温跃层。夏季 的温跃层较为明显。
水温分层
T
Z
湖库中温度的竖向分布
湖库中的热分层
均匀混合温度模型
对于均匀混合型湖泊，假定水温在各个方向是均匀 的，仅考虑它随时间的变化，可利用总体热量平衡 模型，计算湖泊温度随时间的变化过程。
T t (SR SRb AR ARb BR E C HOI )t
内源污染物
污染物来源 工业废水 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 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
污染物入湖途径
点源污染
河渠
流 域
非点源污染
湖
入
泊
地
水
表
库
面
地下水
降尘 降水 养殖投饵
营养源与营养负荷
i1

• 当 Ek > Ep 时，水面输入的风能将转化为势能，分层 不稳定，混合层水体向下扩展。
• 当 Ek > Ep 时，水体形成稳定的分层，水面风能用于 克服水体黏性而消失，混合层水体的厚度不增加。
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库水质模型
湖库完全混合箱式模型——沃伦威德尔模型
概述
创始：沃伦威德尔（R.A.Vollenweider）在 20 世纪 70年 代初期研究北美大湖时提出。
即水温、透明度、光强等，透明度最为常用。 （2）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。 （3）生物学指标
大致可分为藻类现存量（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）和藻类增殖的潜在能力。
判别标准
（1）卡尔森营养状态指数（TSI）
适用：停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊 水库。
假定：湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化率，是 输入、输出和在湖泊内沉积的该种营养物量的函数。
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，是只考虑其 输入—产出关系的模型。
模型
V
dC dt

Ic

sCV
TSI(SD) 10(6 ln SD)
ln 48 TSI(TP) 10(6 TP )
ln 2
ln 2
TSI(chla) 10(6 2.04 0.68ln chla ) ln 2
（2）修正的营养状态指数（TSIM）
TSIM(chla) 10(2.46 ln chla ) ln 2.5
湖库营养源 （1）点源 （2）非点源 （3）内源
营养负荷 （1）地面径流的营养负荷Ijl （2）降水的营养负荷Ijp （3）人为因素营养负荷（生活污水Ijs和工业污水Ijk） （4）湖泊水库的总营养平衡
I j I jl I jP I js I jk
富营养化的控制因子
湖泊富营养化定义 指湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质， 使水体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。
HOI
SR
SRb
AR
ARb
C
E
BR
分层温度模型
垂向一维温度模型
A(
z)

T t
uz
T t


Z

A(z)(D
Ev )
T z子扩散项时
T t

1 A( z )
z

A(
z
)Ev
T z


S A( z )
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
地质 基底的组成
流入的营养盐
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
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
温分层 给和 变 和混
消耗 化
合
能量平衡模型
能量平衡模型将湖库沿垂向分为 n + m 个小薄层其中， 上部 m 层为混合均匀层，下部 n 层为变温层，每层 厚度为ΔZ。
混合层 变温层
混合层
Δz
变温层
Ek / Ep 1
Ek / Ep ≥ 1
Ek 0W * Asdt
Ep g m V (i, k)P(m 1, k) (i, k)(m 1 i)z
第五章 湖泊水库水质模型
本章内容
湖泊水库的污染特性 湖泊水库温度模型 湖泊水库水质模型 湖泊水库富营养化模型 湖泊水库生态系统模型 湖泊水库水质模拟通用软件介绍 案例分析
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库的污染特性
污染来源与途径
污染源
污染类型 点源
外源污染物 面源
湖泊水库温度模型
湖泊水库水温特征
湖泊水温受湖面以上气象条件（主要是气温与风）、 湖泊容积和水深以及湖盆形态等因素的影响，呈现出 具有时间与空间的变化规律，比较明显的季节性变化 与垂直变化。
一般容积大、水深大的湖泊，水温常呈垂向分层型。 通常水温的垂向分布有三个层次，上层温度较高，下 层温度较低，中间为过渡带，称为温跃层。
QC
引入冲刷速度常数 r（令 r ＝ Q/V），则得到
dC Ic sC rC dt V
在给定初始条件，当 t ＝ 0，C ＝ C0 时，求得上式的解析解为
C Ic V (s r)C0 Ic exp[(s r)t] V (s r) V (s r)
TSIM(SD)=10(2.46+ 3.69 1.53ln SD ) ln2.5
TSI(TP)=10(2.46+ 6.71+1.15ln TP ) ln2.5
（3）综合营养状态指数
m
TLI( ) Wj TLI( j) j 1
Wj
rij 2
m
rij2
j 1
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊营养度 植物的生产活动
湖岸带的发育
（1）限制性营养物质
（2）温度和照度
GT
G T 20 max 1
GT 1.8(1.066)T 20
R1

2.718
282

(e
If Is
e
KeH
Ke HT
If
e Is
)
（3）湖库形态
（4）溶解氧和pH
湖泊水库富营养化判别标准
判别指标 （1）物理指标