西南大学资源学院：《污染生态学》课程教学课件_第二章 污染物的生态过程

第二章污染物的生态过程 赵秀兰 西南大学

第二章 污染物的生态过程 赵秀兰 西南大学

陆生植物 陆生动物食物链 人类活动 毒物 大气 微生物 人类 自然运动与 污染物 水生生物 水生动物食物链 水 沉积物

污染物的生态过程及效应 环境因素和响应 过程和结果 化学特性 来源 污染物 物理性质(固、液、气等) 环境分布和转化 生物化学途径和迁移 物化特性 水溶性,蒸汽状,转化等) 空气水土壤(沉积) 暴露和吸收 环境水平 生理生化特性 (生物酱积和生物运转等) 生物有机体 生物效应 致死性和亚致死条件 生理学特性(致死毒性,亚致 死性,降低生产力等) 改变群体特性和动力学 生态学特性 (改变物种,改变动物 群体群落 改变群落结构和功能 捕食习性,改变光合作用呼吸 和生态系统反应 率,改变营养动力学等) 生态系统功能改变

污染物的生态过程及效应

生态系统中污染物的扩散混合过程 生态系统中污染物的吸附解吸过程 黏土矿物对污染物的晶体化学及固定过程 污染物的溶解沉淀过程 污染物的络合-解离过程 污染生态系统中的烷基化过程 污染物的生物降解合成过程 污染物的生物吸收摄取过程 学污染物的生物积累放大过程

生态系统中污染物的扩散 -混合过程 生态系统中污染物的吸附 -解吸过程 黏土矿物对污染物的晶体化学及固定过程 污染物的溶解 -沉淀过程 污染物的络合 -解离过程 污染生态系统中的烷基化过程 污染物的生物降解 -合成过程 污染物的生物吸收 -摄取过程 学污染物的生物积累 -放大过程

第一节污染物的扩散-混合过程 大气湍流扩散过程 1湍流扩散的基本理论 (1)湍流概念简介 ●扩散的要素 风:平流输送为主,风大则湍流大 湍流扩散比分子扩散快105~106倍 ●湍流:大气的无规则运动 ●湍流的起因 热力:温度垂直分布不均(不稳定) 机械:垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度

第一节 污染物的扩散-混合过程 一、大气湍流扩散过程 1.湍流扩散的基本理论 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 (1)湍流概念简介 风:平流输送为主，风大则湍流大 湍流:扩散比分子扩散快10 5 ～10 6 倍 扩散的要素 湍流:大气的无规则运动 湍流的起因

第一节化学污染物的扩散-混台过程 (2)基本理论 ●梯度输送理论:由大气湍流引起的某物质的扩散,类似 于分子扩散,可用分子扩散方程描述。 湍流统计理论 从污染源释放的粒子,在风沿 向的湍流中扩散,假定湍流场是均匀 平均风 稳定的,从原点释放出的一个粒子的 变动速度 位置用表示,则随时间而变化,但 其平均值为零 如果从原点放出很多粒子,则在 A轴上粒子的浓度最高,浓度分布以X 时间t或距离x 微粒的轨迹 轴为对称轴,并符合正态分布。 烟的平均形状

第一节 化学污染物的扩散-混合过程 (2)基本理论 梯度输送理论：由大气湍流引起的某物质的扩散，类似 于分子扩散，可用分子扩散方程描述。 湍流统计理论 从污染源释放的粒子，在风沿 x方 向的湍流中扩散，假定湍流场是均匀 稳定的, 从原点释放出的一个粒子的 位置用y表示，则y随时间而变化，但 其平均值为零。 如果从原点放出很多粒子，则在 x轴上粒子的浓度最高，浓度分布以 x 轴为对称轴，并符合正态分布

第一节污染物的扩散-混合过程 ●相似理论:湍流由许多大小不同的湍涡构成,大湍涡失去稳定分 裂成小湍涡,并发生能量转移,直到最小湍涡转化为热能为止 您 图a:烟团受小尺度湍涡作用,一边随风迁移 边受湍涡的搅扰,边缘不断与周围空气混合, 体积缓慢膨胀,烟团内浓度不断降低 图b:烟团受大尺度湍涡作用,主要被湍涡所 ()挟带,本身增长不大 69x 图c:烟团受尺度相当湍涡扯动变形,是一种最 强的扩散过程 图8.3大小不同的涡对烟团扩散的作用

第一节 污染物的扩散-混合过程 相似理论：湍流由许多大小不同的湍涡构成，大湍涡失去稳定分 裂成小湍涡，并发生能量转移，直到最小湍涡转化为热能为止。 图a：烟团受小尺度湍涡作用，一边随风迁移， 一边受湍涡的搅扰，边缘不断与周围空气混合， 体积缓慢膨胀，烟团内浓度不断降低。 图b：烟团受大尺度湍涡作用,主要被湍涡所 挟带，本身增长不大 图c:烟团受尺度相当湍涡扯动变形，是一种最 强的扩散过程

2污染物扩散模型-高斯烟流模型 (x,-y,2 理论基础-湍流统计理论 x,0,0) 坐标系 (x,y,0) 坐标原点O源排放点 g stan"(y)/x X轴—平均风向 y Y轴一水平垂直于平均风向 烟流扩散坐标系: Z轴垂直于OXY平面。指向天顶,取右手坐标系。 烟流中心线在OXY平面的投影与X轴重合 a.污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 四点偶语b.全部高度风速均匀稳定 C.源强是连续均匀稳定的 d.扩散中污染物是守恒的(不考虑转化)

• 理论基础‐‐湍流统计理论 – 坐标系 坐标原点O—源排放点 X轴—平均风向 Y轴—水平垂直于平均风向 Z轴--垂直于OXY平面。指向天顶，取右手坐标系。 烟流中心线在OXY平面的投影与X轴重合 2.污染物扩散模型-高斯烟流模型 a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b．全部高度风速均匀稳定 c．源强是连续均匀稳定的 d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） -四点假设

高斯烟流的形态 浓度 垂直分们 计算点 浓度 (x0.-) C,0,-) 烟流中心线 风速 弱湍流吋 △h 浓度分布日 强淄流时 Cx0,) 烟囟 地而浓度分布 浓度分布

高斯烟流的形态

高架连续点源扩散模式 高架连续电源:有一定的建筑高度的排放污染物的固定点源,源强 是连续的。 ·镜像全反射-->像源法 实源:c(x,y,x,H-) 像源:c(x,y,z,H+z) 烟流主轴(安源) (0,0,H) H P(x,2) z=0 烟流主轴(像源 (0,0,-H

高架连续点源扩散模式 • 镜像全反射‐‐‐‐>像源法 – 实源：cxyzH z (, ,, )  --像源: cxyzH z (, ,, )  高架连续电源：有一定的建筑高度的排放污染物的固定点源，源强 是连续的