太阳城集团

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一种流域重金属行为的动态定量模拟方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510288935.9

申请日:

2015.05.29

公开号:

CN105046043A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20150529|||公开
IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I 主分类号: G06F19/00
申请人: 北京师范大学
发明人: 孟耀斌; 周凌峰; 何寿亮; 逯超; 籍裴希
地址: 100875北京市海淀区新街口外大街19号
优先权:
专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司11227 代理人: 王宝筠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510288935.9

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.11.10|||2015.12.09|||2015.11.11

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本申请公开了一种流域重金属行为的动态定量模拟方法,在重金属土壤多元转化动力学模型和重金属快速平衡假设理论的基础上通过计算得到液相中的重金属随地表径流、壤中流、渗透流进行迁移的过程中淋滤出土壤中的重金属量、固相重金属在迁移过程中吸附在土壤颗粒上后,随地表径流中的悬浮泥沙迁移到河道的重金属量、河道中重金属通过沉降作用从水体中去除的重金属量、再悬浮从沉积相进入水体的重金属量、溶解相重金属通过扩散作用从高浓度区域向低浓度区域运移的重金属量、掩埋作用从沉积相中去除的重金属量,并通过对所得各重金属量进行计算机模拟得到研究流域的重金属浓度。

权利要求书

1.一种流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征在于,应用于水文
模型SWAT模型中,包括:
获取模拟研究区域重金属点源、面源污染的空间太阳城集团和采样数据;
依据所述采样数据确定模拟研究区域以点源排放进入河道的重金属量
Xp;
依据所述采样数据确定模拟研究区域土壤中的活泼态金属含量MS、不活
泼态金属含量Mn;
利用重金属土壤多元转化动力学模型确定土壤中不同形态的重金属以及
各形态间转化关系;
计算得到随地表径流、壤中流、渗透流进行迁移的过程中从土壤中淋滤
出的溶解相重金属量Xflow;
依据公式Xs_sed=Ms·sed·ε计算得到吸附在土壤颗粒上随地表径流中的悬
浮泥沙迁移到河道的活泼态重金属量Xs_sed;
依据公式Xn_sed=Mn·sed·ε计算得到吸附在土壤颗粒上随地表径流中的悬
浮泥沙迁移到河道的不活泼态重金属量Xn_sed;
根据重金属快速平衡假设理论保持研究区域的各态重金属处于平衡状
态;
依据公式计算得到河道中通过沉降作用从悬移质相
中去除进入沉积相的活泼态重金属量Xs_stl;
依据公式计算得到河道中通过沉降作用从悬移质相
中去除进入沉积相的不活泼态重金属量Xn_stl;
依据公式计算得到通过再悬浮从沉积相去除进入悬
移质相的活泼态重金属量Xs_rsp;
依据公式计算得到通过再悬浮从沉积相去除进入悬
移质相的不活泼态重金属量Xn_rsp;
依据公式计算得到通过扩散作用从高浓度区
域向低浓度区域运移的溶解相重金属量Xdif;
依据公式计算得到通过掩埋作用从沉积相中去除的活泼
态重金属量Xs_bur;
依据公式计算得到通过掩埋作用从沉积相中去除的不活
泼态重金属量Xn_bur;
根据重金属快速平衡假设理论保持研究区域的各态重金属处于平衡状
态;
依据所述重金属量Xp、Xflow、Xs_sed、Xn_sed、Xflow中离子态重金属含量Xcation
和Xflow中配合态重金属含量Xligand计算得到研究区域从点、面污染源进入河道
的各相态重金属量;
依据所述重金属量Xs_stl、Xn_stl、Xs_rsp、Xn_rsp、Xdif、Xs_bur、Xn_bur以及
公式x1:x2:x3=1:KL[L]γ:[sed]Kd计算得到进入河道的重金属经过沉降作用、再悬
浮作用、扩散作用、掩埋作用以及平衡分配后流出河道的各相态重金属含量;
综合各重金属量计算得最终河道重金属量;
其中,[L]为土壤液相中溶解态有机物浓度,γ为配合反应配位数取值范
围为0.5至1,Kd为是固-液分配系数,sed为产沙量,ε为重金属富集系数,vs
为重金属沉降速度,depth为河道水深,Xs_rch为河道中悬移质相活泼态重金属
含量,Xn_rch为河道中悬移质相不活泼态重金属含量,T为河道中水流运动时
间,vr为重金属再悬浮速度,Xs_sed为河道中底泥相活泼态重金属含量,Xn_sed
为河道中底泥相不活泼态重金属含量,vd为重金属在河道边界层中的扩散速
度,[X]rch为河道中水相溶解态重金属含量,[X]sed为河道中沉积相溶解态重
金属含量,vb为重金属掩埋速度,Dsed为沉积层厚度,其中所述x1:x2:x3表示离
子态、配合态、活泼态重金属快速平衡后之间的比例。
2.根据权利要求1所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,获取模拟研究区域重金属点源、面源污染的空间太阳城集团和采样数据,包
括:
通过在点源处分时段多次采集得到采样数据并测定其中溶解态重金属含
量,采用GPS定位并记录点源的经纬度;
通过实地调查和遥感影像的解译获得所述面源的坐标位置和面积太阳城集团,
在所述面源的位置内随机布点采集废矿渣、土壤样品作为采样数据,测定其
中的活泼态、不活泼态重金属含量。
3.根据权利要求1所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,在依据所述采样数据确定模拟研究区域土壤中的活泼态金属含量MS、
不活泼态金属含量Mn之后,还包括:
依据重金属土壤多元转化动力学模型中的公式计算得到
Ms=Kd·[M];
依据重金属土壤多元转化动力学模型中的公式计算得
到[ML]=KL[M][L]γ;
其中,所述[M]为土壤液相中的溶解态重金属浓度,[MLγ]为土壤液相中
配合态重金属浓度,[ML]为土壤液相中的配合物浓度。
4.根据权利要求3所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,所述根据重金属快速平衡假设理论保持研究区域的各态重金属处于平
衡状态,包括:
判断土壤中的有机物[L]含量,当所述有机物[L]含量大于预设值时,根据
重金属快速平衡假设理论保持研究区域活泼态重金属Mn、离子态重金属
[M]、配合物结合态重金属[MLγ]处于平衡状态,当所述有机物[L]含量小于
预设值时,根据重金属快速平衡假设理论保持研究区域活泼态重金属Mn、离
子态重金属[M]处于平衡状态。
5.根据权利要求4所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,所述根据重金属快速平衡假设理论保持研究区域活泼态重金属Mn、离
子态重金属[M]、配合物结合态重金属[MLγ]处于平衡状态,包括:
依据重金属快速平衡假设理论和三种形态重金属比例关系保持研究区域
活泼态重金属Mn、离子态重金属[M]、配合物结合态重金属[MLγ]保持“三
态”平衡状态:
其中所述三种形态重金属比例关系为:[M]:Ms:[MLγ]=1:Kd:KL·[L]γ;
土壤中重金属总量为:X=Xcation+Xligand+Xs=[SAT(1+[L]γ)+ρdKd][M]
其中,X为研究区域土层中的重金属总量,Xcation为土层中离子态重金属
总量、Xligand为土层中配合态重金属总量、Xs土层中活泼态重金属总量,SAT为
被土层中的饱和含水量,ρ为土壤容重,d为土层厚度。
6.根据权利要求1所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,所述计算得到随地表径流、壤中流、渗透流进行迁移的过程中从土壤
中淋滤出的溶解相重金属量Xflow的具体过程,包括:
判断土壤中的有机物[L]含量是否大于预设值,如果是,采用公式
X flow = X 0 · exp ( w mobile SAT + ρdK d t ) · ( K L [ L ] 0 γ e w mobile γt + SAT + ρdK d SAT ) 1 γ ρdK d SAT ( SAT + ρdK d ) ]]>计算得到随地表径流、壤
中流、渗透流进行迁移的过程中从土壤中淋滤出的溶解相重金属量Xflow;否则
采用公式计算得到随地表径流、壤中流、渗透流进
行迁移的过程中从土壤中淋滤出的溶解相重金属量Xflow;
其中,为初始时刻研究区域土层中的重金属总量,wmobile为当天流量,SAT为
被土层中的饱和含水量,ρ为土壤容重,d为土层厚度。
7.根据权利要求6所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征
在于,所述公式 X flow = X 0 · exp ( w mobile SAT + ρdK d t ) · ( K L [ L ] 0 γ e w mobile γt + SAT + ρdK d SAT ) 1 γ ρdK d SAT ( SAT + ρdK d ) ]]>的具体推
导过程,包括:
将公式X=[SAT(1+[L]γ)+ρdKd][M]代入公式得到公式:
dX dt = w mobile 1 + K L [ L ] γ SAT ( 1 + K L [ L ] γ ) + ρdK d X ; ]]>
依据太阳城集团t对公式进行积分得到淋滤出土壤的溶解态重金
属量Xflow: X flow = X 0 · exp ( w mobile SAT + ρdK d t ) · ( K L [ L ] 0 γ e w mobile γt + SAT + ρdK d SAT ) 1 γ ρdK d SAT ( SAT + ρdK d ) ; ]]>
其中[M]为土壤液相中的溶解态重金属浓度,[MLγ]为土壤液相中配合态重
金属浓度。
8.根据权利要求6所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征在
于,所述公式的具体推导过程,包括:
将公式X=[SAT+ρdKd][M]代入公式得到公式:
依据太阳城集团t对公式进行积分得到淋滤出土壤的溶解态重金
属量Xflow: X flow = X 0 ( 1 - exp ( w mobile SAT + K d ρd t ) ) ; ]]>
其中[M]为土壤液相中的溶解态重金属浓度。
9.根据权利要求6所述的流域重金属行为的动态定量模拟方法,其特征在
于,依据公式 X flow = X 0 · exp ( w mobile SAT + ρdK d t ) · ( K L [ L ] 0 γ e w mobile γt + SAT + ρdK d SAT ) 1 γ ρdK d SAT ( SAT + ρdK d ) ]]>计算得到随
地表径流、壤中流、渗透流进行迁移的过程中从土壤中淋滤出的溶解相重金
属量Xflow后,还包括:
依据公式[M]:Ms:[MLγ]=1:Kd:KL·[L]γ、和
计算得到淋滤出土壤的溶解态重金属Xflow中离子态重
金属含量Xcation和配合态重金属含量Xligand。

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一种 流域 重金属 行为 动态 定量 模拟 方法
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