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1、水资源保护课程设计报告沙颍河沈丘界首河段水质模拟结果分析院 系： 水利与环境学院 专 业： 水文与水资源工程专业 学 号： 20130520112 姓 名： 指导老师： 窦 明 2016年 12月30日目录第一章 研究区概况41.1自然地理概况41.2 水资源概况51.3 国民经与社会发展基本概况51.4 流域污染现状6第二章 水质数学模型及求解62.1一维水质模型62.1.1 水质模型的简介62.1.2 一维水质模型72.1.3 污染物在水中的扩散82.2 一维水质的有限差分解82.2.1 隐式差分体系92.2.2 追赶法求解差分体系102.3CODMn模型和DO模型122.3.1 CODM
2、n模型122.3.2 DO模型122.4. 模型中的参数132.4.1的计算132.4.2 、的计算162.4.3 初始条件17第三章 VB运行结果分析173.1 COD计算结果173.2.DO计算结果18第四章 结论与建议194.1结论194.2建议19第五章 附录205.1 率定K1205.2 率定K223附计算结果2834第一章 研究区概况1.1自然地理概况沈丘县地势西北部较高，海拔42米，东南部稍低，海拔36米。因河流冲刷，坑塘较多。河流7条，全长149公里。主要有河流有颍河、蔡河、泉河、汾河等。沈丘县属于暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.5，年平均降水量700毫米左右，全年无霜期
3、200天左右。界首位东经1151511532，北纬300330。地处淮北平原西北部。颍河横贯中部，泉河流经界首市与临泉之县间。年降水量817毫米，年均气温14.7。属沉积平原，地势平坦。海拔高度在32.5至38.2米之间，相对高度5.7米，西北稍高于东南，自然坡降为七千分之一至万分之一。平原地表并不平整，可分为北、中部黄泛平原区和南部河间平原区两部分。沙颍河是淮河的最大支流，发源于豫西伏牛山区，以颍河源为上游，颍河全长619km，流域面积36728km2。其中安徽境内长208km，流域面积4010km2。河南省境内，河长418km，流域面积28800km2。干流发源于河南省境内登封县嵩山，流经
4、禹州市、襄城县、许昌县、临颍县、西华县及周口市，至沙河汇入处全长262km，流域面积7348km2。在周口市纳沙河及贾鲁河后流域面积为25800km2。由于其支流沙河为其主要支流，习惯上将沙河作为颍河水系上游的干流而称作“沙颍河”。以沙河为上游，沙颍河发源于伏牛山区河南省鲁山县，流经叶县、郾城县、商水县、淮阳县、项城县、沈丘县进入安徽省。在安徽省境内，颍河于界首市常胜沟进入境，流经太和县、阜阳市、颍上县等县市，于颍上县正阳关镇沫河口注入淮河。 沙颍河周口以上流域面积25800km2，分沙河、颍河、贾鲁河。颍河流域面积7300km2，上游山区已建有白沙水库控制，下游平原河道排涝标准已达三年一遇。
5、贾鲁河流域面积约5900km2，由于上游引黄灌溉退水等原因，河道淤塞严重，有待整治恢复排洪排涝能力。沙河在漯河以上分为沙河、澧河、北汝河，流域面积12500km2，山区占75%，常为暴雨中心所在，是沙颍河洪水的主要源地。沙河上游已建昭平台、白龟山、孤石滩三座大型水库和泥河洼滞洪区，总防洪库容11m3，只能防御中小洪水。北汝河流域面积6080km2，尚无控制工程，洪水常威胁襄城、漯河和京广铁路安全。北汝河何口以下的沙河和周口以下沙颍河干流河道长400多公里，排洪能力全是3000m3/s ，防洪标准不到二十年一遇。周口以下流域面积14000平方公里为平原区，主要排水支流有汾泉河、黑茨河、新蔡河和新
6、运河。 图1.1 流域水系位置图 1.2 水文概况界首主要有颍河、泉河两大水系。颍河水系控制面积约占全县总面积的47%；泉河水系控制面积约占全县总面积的52%。余为茨谷河水系。颍河源出河南省登封县嵩山南麓，自西北而东南，由沈丘县刘湾村入境，流经县境中部，东至张庄出境入太和县，东南经阜阳、颍上，至沫河口与淮河成”T”字形相汇。泉河水系地势低洼，北高南低，河沟流向基本上南下入泉河。茨谷河水系的河沟境内有北八丈河、南八丈河、皇姑河、芦草沟、拉牵沟、东蒲沟等。沙颍河流域地处我国南北气候过渡地带，属于温带半湿润大陆性季风气候区，流域内地形复杂，冷暖气团交汇频繁，气候变化受季风以及地形特征的影响，冬春干旱
7、少雨，夏秋季降水量集中，易造成洪涝灾害。降水的空间分布规律是由东南向西北递减,时间分布在年内分配不均匀,汛期降水往往占全年总降水的60%左右,汛期径流量往往占全年总径流量70-80%,降水年际变化较大,多水年份降水量与少水年份降水量的比值达4倍以上,常出现连旱或连错年份。 流域多年平均年降水量为952mm,降水量年际、年内变化较大。历年最大年降水量为1452 mm (19901991年),最小年降水量为544.4mm ( 19981999年),最大年降水量与最小年降水量比值为2.7。年内降水量主要集中在讯期(59月),多年平均降水量619mm,占多年平均年降水量的68%,最大月降水量出现在7月
8、份,为193mm,最小月降水量出现在12月份,为17.6min,最大月降水量与最小月降水量比值为11mm。1.3 国民经与社会发展基本概况界首气候温和，物产丰富，是全国优质小麦、优质棉花、优质山羊、优质黄牛生产基地，截止2009年，界首市已成为安徽省粮、棉、油、肉的主产区。地方特产丰富，农副产品深加工具有得天独厚的资源优势。截止2012年，全年粮食总产量39.2万吨，增长4.3%。有序开展农村土地承包经营权登记试点，土地流转户数增多、流转面积扩大。实施占地2200亩现代农业示范园、农村公路建设、农村安全饮水工程、农村沼气工程、农村危房改造等项目，农民生产生活条件得到改善。截止2009年，界首市
9、实现地区生产总值57.29亿元，比上年增长15.0%。其中，工业增加值22.43亿元，增长32.8%。全市已形成20多个行业、2000多个品种的生产体系，国家级、省级品牌产品32个。医药、塑料化工、纺织制鞋、食品酿造、机械制造、有色金属冶炼六大支柱产业。沈丘县农副农品资源丰富。盛产小麦、玉米、大豆、棉花、芝麻、瓜果等。特色农业、畜牧业、养殖业已具规模，是国家确定的粮食生产基地、生猪外贸出口基地、槐山羊板皮出口基地、黄牛生产基地和揪楝树生产基地。沈丘县粮食作物以小麦、玉米、大豆为主；经济作物有棉花、烟叶、油菜籽、花生、芝麻、黄红麻；森林覆盖率21.4%；主要树种有泡桐、杨树、槐树、柳树、榆树等。
10、截至2012年9月底，全县民营工业企业达到588家，比去年底的69家净增17家。工业总产值79.47亿元,同比增长29.9%；销售收入77.88亿元，增长29.8%；实现工业增加值23.8亿元，增长29.9%；实现利润6.4亿元，增长22.2%；入库税金16186万元，增长36.7%。沙颍河流域多年平均气温,多年平均光照240天,多年平均无霜期200天,适合于多种粮食作物和经济作物的生长。2008年总人口 2400万,耕地3180万亩。农作物以小麦、大豆、红芋为主,兼有玉米、水稻、高梁等。河南省沙颍河流域涉及郑州、平顶山、漯河、许昌、周口、开封、洛阳等市，该区农业发达，人口稠密，是河南省重要的
11、商品粮生产基地。工业经过多年的发展，形成了包括冶金、煤炭、建材、纺织、电力、食品、卷烟等较为完整的工业体系，其中平顶山的煤炭，郑州的冶金、纺织、卷烟，开封的化工，漯河、周口的食品加工业均在全国有一定的影响。1.4 流域污染现状 淮河支流众多,北岸支流大多污染较为严重,重污染水体在汛期随洪水集中下泄对干流水质造成严重威胁。沙颍河是淮河水污染最为严重的支流。据1998年初实测资料,沙颍河污废水排放量为6158亿t,占淮河干流的4215%,COD排放量为2018万t,占淮河干流的43%,淮河水体中主要来源于沙颍河。2002年沙颍河(河南段)共接纳城镇排放的污废水量23185亿t,污径比达1B16,主
12、要污染项目有、COD、CODMn、TP等。沙颍河水污染对淮河干流水质造成严重威胁,多年来,淮河干流发生的多次较大污染事件都与沙颍河有关,给淮河造成不同程度的危害,而且都集中在春汛与夏汛。随着人口增长和经济快速发展，水资源问题逐渐成为制约地区可持续发展的主要因素，而承载着1.65 亿人口的淮河流域是我国水污染比较严重的地区之一。淮河流域的水污染问题又以沙颍河最为严重，曾在1994、2001、2002、2004 年相继发生污染团下泄事件，均与沙颍河有关，这些污染事件严重破坏了淮河流域的生态系统，并且带来了巨大的经济损失。所以研究沙颍河河南段的水质变化情况，可为沙颍河水污染治理提供决策依据。第二章
13、水质数学模型及求解2.1一维水质模型2.1.1 水质模型的简介水质模型是描述水体（河流、湖泊等）水质要素（BOD，DO等）在其他因素（物理、化学、生物等）作用下随时间和空间变化关系的数学表达式，经过近百年发展，水质模型已经相当成熟。污染物进入水体后随水流迁移，在迁移过程中受水力学、水文、物理、化学、生物、生态、气候等因素影响，引起污染物的输移、混合、分解、稀释和降解。建立水质模型的目的就是力图把这些互相制约因素的定量关系确定下来，对水质进行预报，为水质规划、控制和管理服务。水质模型按其建模方法和求解特点可分为确定性模型和随机模型；按模型描述的系统是否具有时间稳定性可分为稳态模型和动态模型；按系
14、统内参数的空间分布特性可分为一维、二维和三维模型，如果参数在3 个方向上都均匀分布，水体处于完全混合状态，这种模型为零维模型；按水质参数的转移特性可分为随流模型、扩散模型和随流扩散模型；按反应动力学性质可分为纯转移模型、纯反应模型、转移及反应模型和生态模型。现代科学技术的进步和环境学科的发展为我们进行水环境管理提供了科学理论和依据，并用来指导我们进行科学决策。2.1.2 一维水质模型对于河流来说，其深度和宽度相对于它的长度是非常小的，排入河流的污水，经过一段距排污口很短的距离，便可在断面上混合均匀。因此，绝大多数的河流水质计算常常简化为一维水质问题，即假定污染浓度在断面上均匀一致，只沿流程方向
15、变化。污染物浓度在水环境中的一维变化是对流、分散和自然净化三种作用的结果.当水环境中对流、分散和自然净化三种过程同时发生时, 即三种作用的迭加, 在数学上已建立这一过程的基本方程,即一维非稳态河流水质模型， 其数学表达式如下： (2-1) (2-2)式中：LC为水体中的COD浓度，mg/L；K1为COD的降解系数，d-1；K2为水体的复氧系数，d-1。Os为饱和溶解氧浓度，此处取 6mg/L；处于计算方便的目的，将BOD-DO模型的各项再重组，得： (2-3)式中：ST总源漏项，STSL+ SB+ SK，g/m3-day。2.1.3 污染物在水中的扩散污染物进入河流后，与河水的混合一般分为3 个阶段：第一阶段，污水在离开排放口以后，以射流（维持运动的主要动力是初始动能）或浮射流（动力是污水和受纳河水的密度差及初始动能
