引言
模型概述
非点源污染模拟原理
- 物质迁移内容
- 过程
- - 营养物
  - 农药
  - 病原菌运移
河道水质模型
- 营养元素的地表水体循环
- 河道水质模拟
- 藻类模拟
- 氮元素
- 磷元素
- 生化需氧量及溶解氧
- 重金属的运移
蓄水体水质模拟

引言

今天无意接触到这一块，就记录下来了。

模型概述

1、流域中非点源污染的来源主要是农业化肥和农药的施用。
2、氮、磷等营养物和农药的迁移和转化取决于化合物在土壤环境中经历的转化过程。
3、SWAT模型可以模拟水文相应单元内氮、磷完整的营养物循环过程和任何一种农药的降解过程。
4、SWAT模拟流域内泥沙、藻类、溶解氧、有机污染、多种不同形式的氮、磷以及农药等污染物质的运移与转换。
5、物质循环模型可以分为非点源污染模块、河道水质模块以及湖泊水库水质模块。

非点源污染模拟原理

物质迁移内容

1、营养物：有机氮、氨氮、亚硝氮、硝氮、有机磷/无机磷；
2、农药；
3、重金属；
4、病原菌；
5、生化需氧量、溶解氧。

过程

与水循环过程类似，多数先在水文响应单元计算各种产出量（陆面过程），再输出到子流域的滞蓄水体以及河网系统进行循环的过程。

营养物

氮素的土壤循环

SWAT模型监测土壤中五种不同氮库：
无机氮库（NH4+和NO3-）
有机氮库（新有机氮、活性有机氮和稳定有机氮）

新有机氮是指以农作物残余和微生物的形式存在的有机氮；
活性有机氮和稳定有机氮是指土壤中以腐殖质形式存在的两种不同类型的氮。

磷素的土壤循环

矿物性土壤中磷主要以三种形式存在：
腐殖质中的有机磷；
难溶的矿物磷；
土壤溶液中的植物可利用磷。

农药

主河道中（仅模拟一种农药）
1、水中：降解、挥发、底泥沉降、出流；
2、底泥中：降解、再悬浮、解吸附、掩埋。

滞蓄水库中（仅水库，过程与主河道基本一致）

农药的地表水循环

病原菌运移

病原菌的来源
SWAT仅概念性地模拟两种菌群，一种为可长久生存的，一种为相对短命的。
病原菌来自于绿肥（动物粪便），SWAT的肥料类型数据库中有各种绿肥的含菌量参数。
在施肥过程中，病原菌也一同施入，并在植物叶面和表层10mm的土层中进行分配。
另外可以通过点源输入。

HRU的病原菌
1、植物叶面；
2、土壤溶液；
3、吸附在土壤颗粒中。

病原菌的运移模拟
1、植物叶面的雨水冲刷；
2、菌群的死亡-生长（3种介质）；
3、土壤溶液中细菌的淋溶（淋溶的细菌认为死亡）；
4、地表产流带走；
5、在地表水体中（主河道、仅水库）随水流演进，仅考虑死亡过程。

河道水质模型

SWAT模型中的河流水质模型采用QUAL2E模型。
该模型是以溶解氧为中心的多变量的综合性河流水质模型。
它能按照使用者的要求，模拟河道中泥沙、叶绿素—藻类、有机氮、氨氮、有机磷、可溶性磷、亚硝酸盐、硝酸盐、矿物质磷、生化需氧量、溶解氧、农药、三种任选的重金属等不同水质指标的浓度变化过程。

营养元素的地表水体循环

主河道中
1、藻类的死亡–增加有机氮和有机磷；
2、藻类的生长–氮磷固持（包括氨氮、硝氮、无机磷）；
3、有机氮/有机磷的底泥沉降；
4、有机氮的矿化及底泥吸附态氨氮的释放–氨氮；
5、氨氮的硝化–亚硝氮–硝氮；
6、有机磷的矿化及底泥吸附态无机磷的释放–无机磷。

滞蓄水体中（池塘、湿地、水库、不包括洼地）
1、随地表径流进入滞蓄水体，并出流进入主河道；
2、仅考虑营养元素的沉降，不模拟转化过程。

河道水质模拟

藻类模拟

藻类（或叶绿素a）的生长和分解可以通过与生长率、呼吸速率、沉降率以及当前河流中藻类数量建立函数计算得出。

氮元素

在含氧水体中氮是逐级转化的，从有机氮转化成氨氮再转为氮，亚硝酸态氮，最后成为硝酸氮。
有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮通过沉降和底泥吸附从河道中除去。

磷元素

磷循环和氮循环相似。
藻体死亡后，藻体内的磷转化为有机磷。
有机磷再经过矿化成为可被藻类吸收的溶解态磷。
同时，有机磷也可能会通过沉降作用从河流中去除。

生化需氧量及溶解氧

生化需氧量：
指水体中有机物质分解所需要的氧气的总量。由点源输入到河网系统，在主河道和水库中循环，
1、CBOD的底泥沉降；
2、CBOD的氧化分解（耗氧）。

溶解氧：
水体中的溶解氧浓度和大气复氧、光合作用、动植物呼吸作用、底泥需氧量、升华需氧量、硝化作用、盐度、温度等相关。

1、复氧过程。大气复氧、藻类的光合作用、水体扰动复氧（坝体）
2、消耗过程。藻类的呼吸作用、CBOD耗氧、底泥耗氧、氨氮硝化、亚硝氮硝化。

重金属的运移

只允许模拟3种；
SWAT重金属来源于点源输入。重金属运移是SWAT模型的物质运移模拟中唯一一个不考虑HRU因素的物质运移，仅是简单地计算随河网系统水流演进过程和物质量平衡。

蓄水体水质模拟

SWAT湖泊、水库水质模型采用了一个简单的污染负荷平衡模型。同时在模拟较为复杂的湖泊时，SWAT采用了分布式WASP水质模型。

模拟水体中营养物质的转化过程时，SWAT假设在一个完全均匀的水体，当营养物质进入水体的同时，就会均匀分布于整个水体。
这个假设忽略了水体中的分层现象以及由于水体表层浮游生物引起的表层和下层之间的差异的存在。

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