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《湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》 1 3三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容 4 5 5 5 5 5 5 51自然環(huán)境下的湖庫(kù)水體,特別是具有污染型沉積物的湖庫(kù)水體,在年內(nèi)熱分層期間將在底層水體及缺氧環(huán)境下產(chǎn)生嚴(yán)重的水污染問(wèn)水體熱分層廣泛存在于自然界中,湖庫(kù)的這種穩(wěn)定的水溫分層結(jié)構(gòu)將會(huì)使原有水體在物理、化學(xué)性質(zhì)及水生生物特征及分布上出現(xiàn)較為明顯的變化。其中溶解氧是受到影響最為明顯且最為重要指標(biāo)之一。在湖庫(kù)水體熱分層期間,溫躍層(Thermocline或Metalimnion)阻止與上層水體的大氣復(fù)氧及光合作用產(chǎn)氧作用隔離開來(lái),滯溫層水體內(nèi)部的溶解氧在有機(jī)質(zhì)分解和底部沉積物耗氧反應(yīng)的共同作用下逐漸消耗,最終在湖庫(kù)下層水體形成穩(wěn)定的缺氧區(qū)域(Anoxiczone)。在夏季,深水湖庫(kù)在滯溫層出現(xiàn)缺氧區(qū)是十分常見(jiàn)的現(xiàn)象。對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較高、底部沉積物污染較嚴(yán)重的水體,有機(jī)質(zhì)含量及沉積物的污染狀態(tài)是導(dǎo)致水體在分層期底部溶解氧消耗的重要主導(dǎo)因素,也是導(dǎo)致水體底部出現(xiàn)穩(wěn)定缺氧區(qū)的主要原因。缺氧區(qū)將通過(guò)一系列的生物化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致湖庫(kù)底部水體的水質(zhì)下降,沉積物在缺氧狀態(tài)下將釋放氨及磷酸鹽(內(nèi)部污染負(fù)荷釋放),加重湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化。在原好氧條件下被吸附和沉淀的磷將被釋放進(jìn)入水體,導(dǎo)致沉積物中的磷向水體內(nèi)部擴(kuò)散。對(duì)于水體中的氮元素,在水體溶解氧含量充足的2作用將占據(jù)主導(dǎo)地位。一方面水體內(nèi)的氨氮向硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化反應(yīng)受N2O和N2的同時(shí),還會(huì)在硝態(tài)氮異化還原成銨及有機(jī)氮的氨化作用下繼續(xù)生成氨氮,增加水體內(nèi)氨氮濃度。沉積物在缺氧環(huán)境下還可以釋放金屬類元素(例如鐵和錳)和其他還原化合物(例如硫化物),這些化合物將明顯降低水體環(huán)境質(zhì)量。鐵、錳均為典型的對(duì)氧化還原十分敏感性的元素,還原條件下很容易由沉積物釋放進(jìn)入到上覆水體中。在水體溶解氧充足的情況下,好氧環(huán)境將在一定程度上抑制鐵、錳元素的釋放量。在缺氧區(qū)造成局部水體水質(zhì)下降的情況下,水體內(nèi)的水生生物環(huán)境將受到較大影響。我國(guó)湖庫(kù)水體大部分均具備供水功條件造成的局部水體水質(zhì)惡化將對(duì)湖庫(kù)水體供水功能造成嚴(yán)重影響。湖庫(kù)底部水體將會(huì)聚集大量的污染物質(zhì)和缺氧水體。在夏秋過(guò)渡期間,氣溫逐漸下降,水體表層混合層(Epilimnion)水溫下降,與滯溫層水質(zhì)及水生態(tài)系統(tǒng)健康。3因此,湖庫(kù)水體在穩(wěn)定熱分層引起的水體缺氧現(xiàn)象將對(duì)水體水質(zhì)合過(guò)渡期的水體水質(zhì)帶來(lái)較大的水環(huán)境惡化風(fēng)險(xiǎn)。開展大型湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模擬,能夠從機(jī)理層面上對(duì)湖庫(kù)水體熱分析、缺氧區(qū)、污染釋放過(guò)程的形成演化規(guī)律形成更為深刻的認(rèn)識(shí),對(duì)缺氧區(qū)和水質(zhì)演化的時(shí)空演化過(guò)程進(jìn)行更為清晰的定量化描述與預(yù)判,這對(duì)于提高湖庫(kù)水體生態(tài)環(huán)境保護(hù)運(yùn)行管理水平、抑制湖庫(kù)水體重大水質(zhì)問(wèn)題、保持湖庫(kù)健康運(yùn)行、改善水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。鑒于當(dāng)前湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模擬形式多樣、方法各異,行數(shù)值模擬的流程并不統(tǒng)一規(guī)范,通過(guò)制定《湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),可以更好地指導(dǎo)行業(yè)內(nèi)湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模擬工作,是該項(xiàng)工作更加系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。2022年4月,中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)正式批準(zhǔn)立項(xiàng)《湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。2022年8月,完成湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)流程以及邊界條件分析等工作。2023年4月27日,中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)線上組織召開了《湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制啟動(dòng)會(huì)議,成立了標(biāo)準(zhǔn)編制云南省水利設(shè)計(jì)院、武漢大學(xué)、南昌工程學(xué)院、中水東北公司、廣西環(huán)科院、浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院等多家參編單位共同討論了湖庫(kù)4水環(huán)境數(shù)值模擬的有關(guān)實(shí)踐情況,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的編制方向及編寫架構(gòu)進(jìn)行了初步探討,并對(duì)編寫任務(wù)進(jìn)行了初步分工。2023年7月23日,中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)線上組織召開了《湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)規(guī)范》(征求意見(jiàn)稿)技術(shù)審查會(huì),來(lái)自生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所、清華大學(xué)、中國(guó)環(huán)科院、北京市環(huán)科院、北京師范大學(xué)、中科院生態(tài)環(huán)境中心、北京市水務(wù)局等單位的專家參加了會(huì)議并成立了專家組,與會(huì)專家對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)出了相關(guān)完善意見(jiàn)和建議。作基礎(chǔ)上,經(jīng)不斷修改完善,形成了本征求意見(jiàn)稿。三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求進(jìn)行編寫。2、參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定,在編制過(guò)程中著重考慮了科學(xué)性、適用性和可操作性。3.2標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建的基本流程、基礎(chǔ)資料收集、數(shù)學(xué)模型構(gòu)建等進(jìn)行了規(guī)定,包括如下主要技術(shù)內(nèi)容:適用范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、湖庫(kù)水質(zhì)數(shù)學(xué)模擬的基本流程、數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)資料要求、湖庫(kù)水體水動(dòng)力學(xué)、水質(zhì)狀況初5步分析、湖庫(kù)水質(zhì)模擬數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、湖庫(kù)水質(zhì)數(shù)學(xué)模型參數(shù)的確定、率定與驗(yàn)證、湖庫(kù)水質(zhì)數(shù)學(xué)模擬及結(jié)果合理性分析以及附錄。本標(biāo)準(zhǔn)不涉及任何已有的專利內(nèi)容,與國(guó)家及行業(yè)其他標(biāo)準(zhǔn)無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利沖突。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建的基本流程、基礎(chǔ)資料收集、數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、參數(shù)的率定驗(yàn)證、模擬結(jié)果合理性分析等進(jìn)行了規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施能夠有效引導(dǎo)湖庫(kù)水環(huán)境數(shù)值模擬工作更加規(guī)范化、標(biāo)經(jīng)本標(biāo)準(zhǔn)
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