灰色聚类法在地面水质综合评价中的应用

应用灰色聚类法对１９９５年南通市濠河水质进行单因子污染等级评价，评价结果表明灰色聚类法用于地面水质综合评价具有计算简便，能客观反映水质的污染状况，是一种较好的评价方法。     

永定河上游张家口地区主要河流污染物来源解析

运用内梅罗污染指数评价法对永定河上游张家口地区主要河流水质进行定量评价,在多元统计分析方法的基础上,结合产业结构与布局对其污染物来源进行解析。结果表明:(1)2013—2016年,永定河上游主要河流水质逐渐改善,但仍存在水污染问题,主要超标的水质指标为TP和氟化物,超标率分别为28.24%和22.59%。(2)空间聚类分析发现,洋河中下游断面鸡鸣驿、响水铺和八号桥,水污染相对较严重;清水河上游断面北泵房和洋河上游断面左卫,水污染较轻;桑干河断面石匣里、温泉屯、小渡口和清水河下游断面老鸦庄,水质清洁。(3)洋河中下游污染物来源于工业污染和城市生活污水,清水河下游和桑干河污染物来源于农业面源污染、畜禽养殖污染和有机物污染,洋河上游和清水河上游污染物来源于农业面源污染和生活污水。     

太湖西岸水质变化趋势及主要驱动因子

基于2009—2015年太湖西岸10个监测断面的8个水质指标数据,采用季节性Kendall检验法对其指标的浓度变化趋势进行分析,并用主成分分析法结合相关分析评价历年水质状况,分析影响太湖西岸水质的主要驱动因子。结果表明:(1)2009—2015年太湖西岸COD下降趋势显著,DO非显著上升,电导率、高锰酸盐指数、BOD5、氨氮、TP和TN均表现为高度显著下降趋势。(2)主成分分析从原始信息中提取出两个主成分,共解释了73.645%的结果,分别代表水质氮磷营养盐和有机污染。综合得分表明,2009—2015年太湖西岸水质呈逐年改善趋势。水质污染在空间上表现为北部向南部递减的趋势。(3)相关分析表明,氨氮和COD是影响该区域水质的主要驱动因子。     

长江流域丘陵与平原2类典型城镇面源污染来源解析

在长江流域丘陵城镇重庆永川区和平原城镇常州金坛区分别选取各含合流制和分流制2种排水体制的4个区域作为研究对象,监测雨天4个区域的河流、沿河排口和下垫面径流相关数据,分别采用河流质量守恒法、PMF模型和地表径流质量守恒法解析2类城镇4个区域面源对河流污染贡献、沿河排口污染来源贡献和各下垫面污染贡献。结果表明,城镇面源对4个研究区域内河流的5项水质指标(SS、COD、NH₃-N、TN和TP)均有一定程度的贡献,其贡献率与降雨等级、地区特征和排水体制有关;降雨期间,在2类城镇2种排水体制的沿河排口污染负荷来源中,地表径流是SS和COD负荷的主要来源,生活污水和管道沉积物是NH₃-N、TN和TP负荷的主要来源;受地形坡度和人口密度等因素影响,永川和金坛的主要产污下垫面不同,永川为小区道路,金坛为交通道路和屋顶。为提高上述研究区域面源污染的精细化管理,提出了针对性的控制措施。     

洪湖水质时空特征及污染驱动力分析

运用主成分分析法和聚类分析法,对2016年洪湖8个常规监测点的8项水质指标进行数据分析,识别洪湖主要污染因子,判别洪湖水质的时空差异性,揭示洪湖水质与污染源的内在联系,分析污染成因。结果表明,2016年洪湖8个监测点均出现超标现象,且入湖断面水质浓度大于出湖断面水质浓度,超标因子主要为COD、TP、TN、氨氮,超标最严重的监测点位为蓝田。丰水期有机污染严重,污染源主要为洪湖内水产围网养殖;枯水期氮磷超标严重,污染主要来源于洪湖流域农业种植及畜禽养殖等;平水期湖体内外源污染都占较大比重。因此,为提高洪湖水质保护水生态环境,应拆除洪湖内围网,并加强对外源污染的控制。     

基于“压力—状态—响应”机制的济宁市农业面源污染研究

运用清单分析、等标污染负荷和聚类分析等方法对济宁市农业面源污染进行了综合分析与评价,以明确济宁市农业面源污染状况及特征,有针对性地采取合理的污染防治措施。结果表明,济宁市农业面源污染中最主要的污染源为畜禽养殖,最主要的污染物为TN。2011年济宁市农业面源污染造成的综合水质指数平均值为1.73,达到轻度污染水平。梁山县、兖州市处于高压、高敏感区,是全市农业面源污染防治的重点区域。济宁东部农业面源污染中度敏感区是占整个控制区比例最高的区域,畜禽养殖是中度敏感区的重点污染源;复合污染型是全市农业面源污染治理中最为困难的类型。针对污染现状及类型,提出了一系列有针对性的控制对策。     

利用沉水植物生长期收割进行富营养化水体生态管理的实地研究

在以再生水为补水水源的圆明园玉玲珑水域进行沉水植物收割实验,自2011年4—12月间每隔半个月监测一次水质。结果表明,通过在生长期收割沉水植物,玉玲珑水体TP、SRP、TN、NH4+-N、NO3--N和COD的平均浓度可维持在0.1、0.04、0.86、0.1、0.32和18 mg/L左右,水质保持在Ⅲ类至Ⅳ类地表水之间;与之对照的不收割沉水植物的玉玲珑进水口水域,9月沉水植物开始死亡腐烂,TP、SRP、TN、NH4+-N最高分别可达0.5、0.1、2.4和0.60 mg/L;作为对照的另一以挺水植物为主的水域,水质普遍劣于有大量沉水植物生长的水域,TP、SRP、TN、NH4+-N最高分别可达1.2、0.60、6.1和0.61mg/L。圆明园的实地实验表明,沉水植物有很强的净化水质作用,通过生长期收割,能够进一步强化其水质净化作用,可以作为一项对富营养化水体进行生态管理的有效措施进行推广。     

基于北京清河流域水质提升的入河排污口排放要求确定策略研究

为探究基于流域水质目标的入河排污口排放标准与排污许可的实施路径,以北京清河为例,通过入河排污口实地摸排,确定了22个入河排污口和5个河道断面,并于2019年3—10月对27个采样点进行12次水样采集,对水样COD、氨氮、TN和TP进行检测。基于研究河段实测数据,应用MIKE11模型构建流域水动力水质模型,分析3种情景组合的截污纳管方案(方案1)、截污减排方案(方案2)对河段水质的改善效果,以及减排方案在雨期、非雨期对河段水质的污染影响。结果表明:(1)与方案1相比,方案2下研究河段水质状况明显改善,下游出水断面(Q5断面)的COD、氨氮、TN和TP模拟值分别降低49.08%、61.27%、65.80%、63.86%;COD、氨氮、TN和TP排放总量分别削减了541.95、46.13、216.79、8.30t/a。(2)雨期雨水汇入河段后,各污染物达标情况反而恶化,因此应做好入河排污口的污染管控,科学控制入河排污口雨期污染。     

多元统计分析对再生水河流水质特征分析

对以再生水为补给水源的通惠河进行水质监测，采用模糊综合评价的方法总体评价了通惠河的水质状况，综合评价结果表明，高碑店污水处理厂处理排放人河道的水质达到Ⅱ类水平，对通惠河的污染起到了一定的缓解作用。引入多元统计分析的方法：（1）空间聚类模型将通惠河水质类型分为两类，并具体分析了两种类型的水质18个参数的差别。分析发现第1类水体的主要污染物为硝态氮、亚硝态氮引起的氮污染、磷污染等工业污染，而第2类水体的污染主要以生活污水带来的有机污染为主。（2）运用因子分析解析通惠河的污染来源——主要来源于点源排放的污水产生的氨氮、硝态氮和有机污染。为保持再生水水质，需要对水质差的污染区设立重点监测点并控制偷排现象。     

宜兴城市内河污染物时空分布及解析

选取宜兴主城区18个典型内河采样点,对NO-3-N、NO-2-N、p H、CODMn、NH+4-N、TN、TP、SS、BOD5、DO、挥发酚、汞、铅及石油类14个主要水质指标进行为期1年的监测,频率为每月1次。采用综合污染指数法、聚类分析及因子分析法,系统解析了宜兴主城区内河水体污染物的时空分布特性。研究结果表明,综合污染指数随季节变化特征较为明显,总体污染程度表现为第三季度第二季度第四季度第一季度;聚类分析结果显示,河道的污染程度从空间上可分为2类(组);对城区内河监测点全年的因子分析提取3个特征因子,分析结果表明,内河河道以氮、磷污染为主导因素。     

临江河回水区营养盐及富营养化特征分析

以2008年3～9月对库区次级河流临江河回水区水质的调查为依据，分析了临江河回水区氮、磷营养盐的污染分布及富营养化特征。结果表明，临江河回水区氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)的浓度在7月中旬达到最小值，分别为1.963和5.128 mg/L, 之后在9月初出现峰值，而磷酸盐(PO^3-₄-P)和总磷(TP)的浓度却呈现出先增加后下降的变化规律；氮主要来自点源污染，而磷受面源污染影响较大；溶解性无机氮(DIN)和PO^3-₄-P是TN与TP的主要存在形态，平均分别占TN和TP的85.3%和77.8%,而DIN又以NH₃-N为主。营养盐浓度呈现出回水区中游最高，回水末端次之，河口处最低的空间分布特征。叶绿素a（Chl-a）的浓度在4月和9月出现峰值，其空间分布特征与营养盐的类似。研究表明，临江河回水区在重度污染的情况下，即便是河流型水体也可能发生富营养化；流速对Chl-a浓度的显著影响呈指数关系。     

人工河岸湿地对面源污染的处理效果研究

针对城市河道污染治理存在的主要问题,并考虑到华南地区河流水量、水质、水温季节性变化大的特点,构筑了人工河岸湿地试验系统,对该系统约13个月连续性运行进行了观测和研究。结果表明,平均水力负荷为15cm/d工况下,试验系统对高锰酸盐指数、SS、NH3-N、TN和TP的平均去除率分别为50%、60%、50%、35%和45%;系统对高锰酸盐指数、NH3-N和TN的去除效果随季节变化明显,夏季处理效果好于冬季;SS处理效果受季节影响不明显;TP初期处理效果好于末期。该人工河岸湿地既能较好地改善水质,又能改善生态环境、美化城市景观,是一项适合城市河道污染治理的技术。     

Support vector machine―an alternative to artificial neuron network for water quality forecasting in an agricultural nonpoint source polluted river?

Water quality forecasting in agricultural drainage river basins is difficult because of the complicated nonpoint source (NPS) pollution transport processes and river self-purification processes involved in highly nonlinear problems. Artificial neural network (ANN) and support vector model (SVM) were developed to predict total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) concentrations for any location of the river polluted by agricultural NPS pollution in eastern China. River flow, water temperature, flow travel time, rainfall, dissolved oxygen, and upstream TN or TP concentrations were selected as initial inputs of the two models. Monthly, bimonthly, and trimonthly datasets were selected to train the two models, respectively, and the same monthly dataset which had not been used for training was chosen to test the models in order to compare their generalization performance. Trial and error analysis and genetic algorisms (GA) were employed to optimize the parameters of ANN and SVM models, respectively. The results indicated that the proposed SVM models performed better generalization ability due to avoiding the occurrence of overtraining and optimizing fewer parameters based on structural risk minimization (SRM) principle. Furthermore, both TN and TP SVM models trained by trimonthly datasets achieved greater forecasting accuracy than corresponding ANN models. Thus, SVM models will be a powerful alternative method because it is an efficient and economic tool to accurately predict water quality with low risk. The sensitivity analyses of two models indicated that decreasing upstream input concentrations during the dry season and NPS emission along the reach during average or flood season should be an effective way to improve Changle River water quality. If the necessary water quality and hydrology data and even trimonthly data are available, the SVM methodology developed here can easily be applied to other NPS-polluted rivers.     

太湖水质指标相关性与富营养化特征分析

为研究太湖第一阶段治理水质富营养化的特征，根据1999年10月采样数据，对总磷、总氮等与富营养化相关的水质指标进行了统计分析。发现透明度与叶绿素a之间并未表现出显著的相关性，而在聚类图中，悬浮物与总磷、总氮显示出密切关系。指出农村面源仍是太湖中营养物质的重要来源。     

北京城市水系水环境模拟及情景分析

城市水系是流域水环境管理中最为脆弱的控制点.针对城市水系水动力条件差、有机污染和富营养化严重的问题,应用QUAL2K模型模拟、预测城市水系水环境的时空变化,并在此基础上探讨北环水系水环境管理和污染防治的合理有效方案.结果显示,经过多次调整后的模型模拟的匹配度达到了0.9135,水温、溶解氧、COD、TN、TP和Chl-...     

Will urban expansion lead to an increase in future water pollution loads?—a preliminary investigation of the Haihe River Basin in northeastern China

Urban expansion is a major driving force changing regional hydrology and nonpoint source pollution. The Haihe River Basin, the political, economic, and cultural center of northeastern China, has undergone rapid urbanization in recent decades. To investigate the consequences of future urban sprawl on nonpoint source water pollutant emissions in the river basin, the urban sprawl in 2030 was estimated, and the annual runoff and nonpoint source pollution in the Haihe River basin were simulated. The Integrated Model of Non-Point Sources Pollution Processes (IMPULSE) was used to simulate the effects of urban sprawl on nonpoint source pollution emissions. The outcomes indicated that the urban expansion through 2030 increased the nonpoint source total nitrogen (TN), total phosphorous (TP), and chemical oxygen demand (COD) emissions by 8.08, 0.14, and 149.57 kg/km², respectively. Compared to 2008, the total nonpoint emissions rose by 15.33, 0.57, and 12.39 %, respectively. Twelve percent of the 25 cities in the basin would increase by more than 50 % in nonpoint source TN and COD emissions in 2030. In particular, the nonpoint source TN emissions in Xinxiang, Jiaozuo, and Puyang would rise by 73.31, 67.25, and 58.61 %, and the nonpoint source COD emissions in these cities would rise by 74.02, 51.99, and 53.27 %, respectively. The point source pollution emissions in 2008 and 2030 were also estimated to explore the effects of urban sprawl on total water pollution loads. Urban sprawl through 2030 would bring significant structural changes of total TN, TP, and COD emissions for each city in the area. The results of this study could provide insights into the effects of urbanization in the study area and the methods could help to recognize the role that future urban sprawl plays in the total water pollution loads in the water quality management process.     

河水受百年一遇大旱后城市降雨径流的污染与治理

2009年入秋至2010年春,中国西南地区发生了百年一遇的特大旱灾。为探讨河水受百年一遇大旱后降雨径流污染的状况,对昆明典型交通干道路面的降雨径流和河水水质进行了监测,分析了大旱后降雨径流污染的严重性和对河水水质的影响,并考察了曝气塘—浮石床水平潜流人工湿地复合系统处理大旱后由城市降雨径流污染导致的重污染河水的效能。结果表明,大旱后的前3场降雨径流污染程度较正常雨季降雨径流污染程度严重,SS、COD、TN及TP浓度平均高出1.3倍。大旱后的前3场降雨径流溢流会对河流造成严重污染。该复合系统在塘调蓄—循环处理运行工况下能有效处理大旱后的重污染河水,对SS、COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为98%、90%、96%、60%和90%,出水均达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。     

京杭大运河(杭州段)三氮变化及影响因素浅析

根据已建立的ＮＨ_３－Ｎ、ＮＯ_２~－－Ｎ、ＮＯ_３~－－Ｎ基本水质数据库,对京杭大运河（杭州段）三氮的水质现状和趋势作了分析,结果表明,工业废水与生活污水是河水中ＮＨ_３－Ｎ升高的主要原因,ＮＯ_２~－－Ｎ和ＮＯ_３~－－Ｎ与硝化反应有关,不同水期对三氮都有影响。     

太湖流域小型水源性湖泊氮、磷时空分布及营养状态评价

2009年11月至2010年10月,对太湖流域小型水源性湖泊20个采样点水体的TN、TP、NO3--N、NH4+-N、NO2--N以及PO43-等水质因子进行测定分析,讨论了氮、磷时空分布特征,并评价其富营养化程度。结果表明,TN、TP年均值分别为1.50、0.05mg/L;TN、TP的季节性变化规律具有一定差异,TN浓度为冬、春季高于夏、秋季,而TP浓度为2009年11月至2010年3月高于其他月份。由于受入湖河流的影响,TN、TP的空间分布格局较为相似,均表现为西南部高于东北部、入湖口分别高于湖中心和出湖口。NO3--N年均值为0.68mg/L,浓度变化趋势呈双峰型(2010年3、9月为峰值),基本同TN的变化趋势一致,空间分布表现为入湖口分别低于湖中心和出湖口(除冬季外),显示水体硝化过程对硝酸盐的贡献。NH4+-N年均值为0.23mg/L,从2010年4月开始浓度逐渐升高,到2010年7月达到全年最高值,其浓度空间分布特征表现为入、出湖口均高于湖中心(除秋季外)。NO2--N和PO43-的年均值都较低,均为0.01mg/L(以P计),时空差异不明显。根据CARLSON提出的营养状态指数法计算分析可知,该湖泊冬、春季处于中营养状态,夏、秋季营养状态略高,且磷是全年初级生产力的限制因子。     

新沂河污水净化生态工程研究

苏北水环境综合整治方案提出了“清污两制、控源导流”的水污染控制战略。以这一战略为指导,实施江苏省水污染集中控制两线工程。对北线工程新沂河污水生态工程的背景、工程方案与设计、污水系统水质模拟进行了详尽论述。