小流域水环境管理——以宜兴湖滏镇为例

为了进行小流域水环境管理研究,使用SWAT模型对以面源输出为主的宜兴市湖滏流域进行研究.从社会经济发展与水环境的关系出发,耦合土地演化模型和水环境模拟模型并提出管理建议.首先,使用实测数据对SWAT模型进行了验证,确定其有效性;其后,计算了区内污染物输出水平及各污染源的贡献,并依据模拟结果提出了具体管理建议;再后,在GIS技术的支持下,使用马尔科夫链模型对土地覆被的演化进行模拟;最后,耦合两大模型对社会经济发展造成的水环境影响进行研究,预测了可能的污染物输出,并评价社会经济发展的影响.     

SPARROW模型在水环境管理中的应用及发展趋势

模型是研究水环境变化、进行水环境管理的重要工具.SPARROW（spatially referenced regressions on watershed attributes）是一个基于质量平衡方法将监测数据与流域特征和污染物来源信息相关联的非线性流域回归模型,具有数据需求量少、结构透明、普适性强等优点.为深刻理解SPARROW模型在水环境管理中的应用现状及未来发展趋势,笔者对SPARROW模型的原理以及其在营养物背景浓度模拟、水质评价、水质目标管理、气候变化对水环境影响等方面应用的国内外研究现状进行了系统梳理.结果表明:①通过选择合适的参考点,SPARROW模型可以有效模拟流域背景营养物通量和浓度,为流域水质标准的制定提供参照依据.②SPARROW模型可将营养物监测获得的数据信息外推至未监测区域,在水质监测数据数量有限的情况下进行水质评价.③SPARROW模型可模拟不同土地使用条件、资源管理等情境下河流营养物负荷,为水质的管理与决策提供支撑.④气候变化情景下,基于SPARROW模型进行气候变化对水环境影响的研究可以支撑水环境管理方案的制定,以应对未来气候变化导致的营养物输出增加.针对SPARROW模型目前在应用中存在的问题进行了分析与讨论,建议未来在应用SPARROW模型时,加强以下几个方面的研究:①进一步开发高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、氨氮等相关模块;②将SPARROW模型与机器学习模型相结合,提高量化模型参数的能力,使模型更好地应用于不同尺度、不同流域的水质相关研究.      

长江生态环境保护修复智慧决策平台构建与初步设计

长江流域生态环境管理存在多部门“九龙治水”的现象,导致各类数据信息分散、科研成果碎片化,缺乏综合性信息查询与管理平台支持.针对长江生态环境保护工作对数据资源共享与精准决策的需求,提出构建长江生态环境保护修复智慧决策平台（简称“长江平台”）,按照基础层、数据汇集层、数据治理层、大脑层、应用层构建平台系统框架,设计数据采集处理、数据挖掘分析、基于WebGIS的数据展示、数据分级共享、调度会商、长江舆情发布、水环境模型工具、空间制图工具等主要功能,提出平台部署方案与分期建设方案,分析了平台建设面临的多元数据汇集与标准化处理、水质目标模型筛选、水环境预测预警功能开发等难点与关键技术,同时提出平台建设与运行保障机制.通过平台建设,可实现长江流域数据采集多样化、生态环境要素可视化、环境问题诊断精准化、管理响应自动化和决策会商便利化,为长江大保护提供智慧决策支持.      

基于Matlab软件自动化求取参数的HEC-RAS模型构建

水质模型是水环境模拟的重要工具,近年来越来越多的应用于水环境预测与管理中,但平原河网水质模拟一直是个难点.本研究采用HEC-RAS模型开展湖州市长兴城区平原河网水动力和水质模拟.模型的水质模块率定采用Matlab软件自动化求取参数,代替常规试错法求参率定,减少了人工干预,提高了模型率定效率.HEC-RAS模型在平原河网地区水动力模拟结果较好,水质模拟结果基本符合要求,证明了HEC-RAS模型在平原河网应用的可行性,但模型的精度通常受水系概化、水文状况、污染源信息等因素影响,对于信息比较充分的短时段水质模拟其精度相对较好.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

基于WebGIS的浙江近海水环境质量评价系统的研制

以浙江近海为例,采用ArcIMS作为电子地图网络发布平台,集成ASP和Report Service技术,同时采用遥感水质反演的方法获取水环境信息,建立了基于WebGIS的近海水环境质量评价系统.本文讨论了系统的设计思路、数据组织和开发流程,初步实现了水质和水产品质量信息的统计分析、评价咨询、网络发布等功能.     

垃圾填埋场地下水环境影响评价三维数值模型

为准确模拟垃圾填埋场渗滤液污染物在地下水中的运移情况,正确评价垃圾填埋场的建设运行对地下水环境的影响程度,以江苏省吴江盛泽城区垃圾填埋场工程项目为例,在合理概化水文地质概念模型的基础之上,构建了与之相应的地下水渗流与溶质运移三维耦合数值模型.通过对渗滤液污染物在填埋场不同防渗条件下的运移情况进行模拟预测,确定出了渗滤液污染物的扩散范围.结果表明,在防渗完好和防渗破损的情况下,渗滤液污染物运移范围均较小,对地下水环境的影响程度较弱.     

基于WebGIS的吉林省自然保护区地理信息系统设计与实现

"吉林省自然保护区地理信息系统"是采用WebGIS技术体系建立的信息发布平台,通过这个平台实现了吉林省自然保护区信息在机关内部局域网上的共享和动态的、可视化的查询与发布.通过介绍该系统当中WebCIS平台的结构和功能,探讨了WebGIS在环境信息当中的应用模式.     

地表水水质模型综合评价技术体系研究

水环境数学模型开发及应用的不规范会严重影响水环境管理决策的有效性和科学性.为了更好地发挥模型的职能,减少因采用的模型差异而造成差别管理等不公平因素,应当建立科学的模型筛选制度和评价体系.基于模型开发及应用的生命周期全过程,在文献调研和专家咨询基础上,提出了包含目标层、准则层和指标层的地表水水质模型综合评价指标和评价方法,其中指标层包括通用性、可靠性、友好性、先进性和易用性5个准则的29个指标.采用层次分析法和专家打分法确定指标值及指标权重,并以国内外常用的水质模型,即HEC-RAS、MIKE11、CE-QUAL-W2、WASP、EFDC和Delft3D模型为例,进行了水质模型的综合评价.案例应用的模型评价得分高低的排序依次为Delft3D、EFDC、CE-QUAL-W2、MIKE11、WASP和HEC-RAS模型,结果表明建立的水质模型综合评价技术体系科学、可靠、易用,可为我国水环境数学模型的规范化建设提供重要参考.      

WebGIS 与Mashup 在黑河流域信息化平台构建中的应用

随着eScience 的发展,大量的科研信息化。如何综合应用共享的信息资源,再次产生新的科研成果,为科研问题的解决提供决策支持,是信息化研究需解决的问题。本文设计了基于信息聚合与WebGIS 技术支持的黑河流域信息化平台,主要通过Mashup 与WebGIS 技术搭建该信息化平台,重点研究科研信息的聚合应用。基于WebGIS 与信息聚合的黑河流域信息化平台,能够实现黑河流域空间信息的聚合共享,以更直观快捷的方式实现科研信息化,数据与应用服务的共享与交换,使科研成果服务于大众,便于数据的共享与互操作,形成多学科交叉的新组织模式和协作环境。以地下水、土壤等数据的信息聚合应用为案例,基于ArcGIS 云平台,通过WebGIS 技术实现数据资源信息的聚合共享应用。     

基于高斯线源模式的主要尾气扩散模型综述

机动车排放污染扩散模式口可分为高斯模式、经验模式、数值模拟模式和箱式模式。而目前世界各国环保部门推荐应用于污染浓度预测的模式大多属于高斯扩散模式。主要介绍了基于高斯模式的几个主要扩散模型，并比较了它们的优劣，指出开发新模犁需解决的问题。     

基于MIKE11与EFDC模型的突发性水污染事故预测模拟研究

通过对沈阳市浑河流域水环境的调查,基于Mike11与EFDC建立浑河流域沈阳段水动力-水质耦合模型,并对突发污染事故进行模拟研究。结果表明,Mike11与EFDC模型应用于浑河流域的预警模型在率定期和验证期的模拟结果均良好,所确定的参数能准确反映河道特征。因此,此预警模型可应用于浑河流域突发性水环境风险应急预测,并且能够对浑河污染物迁移转化过程进行准确模拟预测,模拟结果能够为区域水资源管理和保护提供技术支持,达到流域应急预警功能需求。     

水闸调度对河流水质变化的影响分析

文章以沙颍河干流上的槐店闸为例,在研制水闸调度影响模型(由考虑水闸影响的一维水动力模型和考虑底泥作用的一维水环境数学模型组成)基础上,设置不同的水闸调度情景,并对各种情景进行模拟计算及对比分析,进而评估水闸调度对河流水质变化的影响。通过模拟分析发现:水闸调度使河道的水位、流量及流速等水动力学条件有明显的变化,从而对河流水质产生一定的影响。     

流域水质预警体系研究与应用进展

流域水质预警是水质监控管理的重要组成部分,完善的流域水质预警体系可为流域水污染处理提供充足时间和所需信息,有效削减水污染对水环境造成的影响.对国内外的流域水质预警体系研究进展分别从预警体系目标、预警指标、预警阈值及模拟模型4个方面进行了综述,并且对目前国内外典型流域水质预警体系进行了分析.结果表明:流域水质预警体系目标主要从流域水体功能和水体污染风险2个方面进行考虑;预警指标可分为物化和生物毒性指标2类,生物毒性指标可弥补物化指标的不足,但不能完全替代,二者联合并施是未来预警指标筛选的发展方向;预警阈值的制定依据环境质量标准、排放标准、水质现状及污染源特征等信息,采用单指标多次报警、多指标联合报警或物化与生物毒性指标联合报警等方式,可提高预警体系的稳定和可靠性;污染物迁移转化模型已有一些成熟应用,但大部分模型依然需要大量的参数和历史数据才能保证准确性,因此对于大型流域难以适用.目前我国还未有国家层面完整的流域水质预警体系和相关流程在应用,特别是缺乏可靠的污染物迁移转化模型.未来应从建立典型流域水质预警体系着手,集成地方流域成熟应用的污染物迁移转化模型,逐步完善国家层面的流域水质预警体系,为我国流域水质安全提供保障.      

考虑空气阻力影响的流域水文过程模拟研究

降雨入渗时,部分空气会被禁锢在土壤中,影响水分下渗。目前分布式水文模型构建过程中,尚未考虑空气阻力对降雨入渗的影响,这制约着模型的适用性。论文基于Green-Ampt模型,引入土壤含水量饱和度系数、土壤导水系数饱和度系数、土壤进气值和土壤进水值4个参数量化空气阻力影响,改进分布式水文模型WEP-L模型。最后,选择清水河流域和柳江流域进行实例研究,检验WEP-L模型的改进效果。结果表明：与传统WEP-L模型相比,改进的WEP-L模型在清水河流域（面积较小）应用时可显著提高流域水文过程模拟精度,尤其是在暴雨洪水期,日径流模拟相对误差由40.57%降低到9.43%,Nash效率系数由-0.24提高到0.57。而在柳江流域（面积较大）应用时,模型改进后模拟效果虽有所改善,但不够显著。     

QUAL2E模型在长江重庆段水质模拟中的应用研究

QUAL2E模型是美国国家环境保护局(USEPA)推出的一个河流综合水质模型。三峡成库后,由于河道的水文特性将发生重大变化,长江重庆主城区段水环境也将发生变化。但成库后长江重庆主城区段水文特征与目前平水期相当。因此,以长江重庆主城区段平水期水质为原型,应用QUAL2E模型对成库后的水质进行了模拟和预测。选用水温、溶解氧、叶绿素a作为模拟预测指标,并对模拟结果进行了验证,结果表明预测值与实测值的相关性较好。为QUAL2E模型在长江的多参数水质模拟上进行了探索,可供参考。     

流域水质管理优化决策模型研究

针对目前流域水污染难以有效控制的局面,依据已有的流域水文、水动力、水质、水生态相关机理模拟模型的研究,在考虑了流域社会经济发展条件的基础上,构建了流域水质管理优化决策模型框架体系.基于该框架体系,本文从简单流域系统优化模型、模拟与优化联合模型和时空尺度复杂优化模型3个方面对流域优化决策模型的研究发展历程进行综述,并指出其各自在发展过程中所出现的问题.最后,提出了优化决策模型面临的瓶颈问题,并从模型结构简化和适应性管理两个方面提出了相关的解决思路.