基于MIKE耦合模型的入河污染模拟与控制效能研究

为解决沙河水库流域河道水质差、水环境退化等问题,以主要超标污染物COD_Cr、NH₃-N和TP为指标,应用MIKE11、MIKE SHE及ECO Lab构建流域水文水动力及水质耦合模型,探究污染物的迁移转化规律,并进一步评估不同控制措施下的河道水质改善效能.研究表明：耦合模型在研究区具有良好的适应性,水动力模拟精度良好,水质模拟PBIAS均小于40%;通过提高居民生活污水处理率、排口截污等措施削减点源污染入河是提升考核断面水质的关键,总量控制措施下,3条考核断面COD_Cr、NH₃-N和TP年平均浓度分别减少6.91~22.82、0.66~2.70、0.09~0.30 mg·L^-1,降幅明显,逐渐满足V类水质考核标准,并最终达到Ⅲ~Ⅳ类水平;同时,针对北沙河朝宗桥断面1—6月NH₃-N和TP超标的状况,可在总量控制方案不足的基础上,采用组合引水方案.     

基于MIKE 11的河网区域小型闸坝调控的水质响应模拟研究

闸坝运行是流域开发和利用中河流调节的主要形式之一,它改变了河流自然结构、流水过程及其相关环境.然而,目前很少有关于河网区域小型闸坝运行对水环境影响的分析.本研究利用MIKE11建立一维水动力与水质模型,以无锡市主要的污染物高锰酸盐指数,氨氮为指标,模拟闸坝调控模式下与无闸坝情景下无锡河网水质响应.研究表明：多个小型闸坝运行对河网区域内河流水质产生了负面影响,使城市河流高锰酸盐指数（COD_Mn）和氨氮（NH₃-N）浓度都有所上升;其中,闸坝调控对区域内河流上游水质的负面影响更为明显,对下游的则相对较小.在多小型闸坝运行下,河流上游的COD_Mn和NH₃-N总体浓度分别上升了12.89%和11.11%,下游的二者浓度分别上升了5.38%和7.27% .研究结果可为今后小型闸坝群的生态调控以及相关水环境响应研究提供了理论支撑和新思路.     

黄河泥沙中的腐殖质对高锰酸盐指数测定的影响

通过模拟试验研究了黄河泥沙对高锰酸盐指数的影响,结果表明:①浑水高锰酸盐指数(COD_Mn)和水样加酸处理后水相COD_Mn随着泥沙含量的增加而显著增长;但水样未加酸处理水相的COD_Mn随着泥沙含量的增加只呈微上升趋势;②随着泥沙含量的增加,浑水生化需氧量(BOD₅)的增长率显著低于浑水COD_Mn和加酸处理条件下的水相COD_Mn的增长率;③黄土中含量仅为0.76%的腐殖质对含泥沙浑水COD_Mn的贡献较大,当泥沙含量为7.5g/L和15g/L时,腐殖质对浑水COD_Mn的贡献分别为15.9%和 21.7%;④泥沙中腐殖质的主要组成之一富里酸溶于酸,当泥沙含量为7.5g/L和15g/L时,富里酸对水样加酸处理后水相COD_Mn的贡献分别为23.6%和50.6%.由于富里酸在自然条件下不容易发生生物降解,因此,目前黄河水质监测中的COD_Mn夸大了黄河耗氧性有机物的污染.     

基于改进LAM模型的河流污染源解析方法与例证

污染源精准解析是河流水环境治理的基础和关键技术.针对基于流量-浓度关系的LAM模型（负荷分摊模型）存在参数不确定性高的问题,本研究提出基于流量-通量关系的新型LAM源解析模型,并以广东省北江为案例,解析了2018年北江COD_Mn的污染来源特征.结果表明：①改进模型与原始模型的计算结果存在显著差异,基于改进模型的解析结果显示2018年北江COD_Mn主要来源于非点源,其负荷占比高达95.1%,点源仅占4.9%,而原始模型的结果为非点源占比100%;②改进后的LAM模型可实现拟合优度的提升,相对于原始模型,判定系数由0.89提升到0.92,主要参数的标准误差显著下降;③原始模型无法识别负荷占比较小的污染源,改进后的模型识别能力显著提升,结论与研究区实际污染源结构更相符.研究提出的改进模型与应用可为多源河流污染源精准解析提供方法和案例借鉴.     

新型絮凝剂PPFS的制备及其絮凝性能研究

 基于固体聚硫酸铁（PFS）的制备方法,研究了固体聚磷硫酸铁-PPFS-的实验室制法,并对比了PPFS、PAS-聚硫酸铝-、PFS对Cu²⁺、COD_Mn的去除性能.结果表明,在制备条件下,P/Fe 为0.3:1的PPFS溶解性好,对Cu²⁺、COD_Mn的去除率明显优于PFS、PAS;P/Fe为0.4:1的PPFS 总Fe量、碱度及对Cu²⁺、COD_Mn的去除率均低于P/Fe为0.3:1的PPFS.     

德阳市平原区浅层地下水水化学特征与健康风险评价

地下水是德阳市的重要供水水源,了解其水化学特征及生态风险状况对可持续发展至关重要.以德阳市平原区为研究对象,采集78个地下水样,分析其水化学特征及其影响因素,运用绝对主成分-多元线性回归模型（APCS-MLR）进行水化学组分来源解析,并综合运用熵权水质指数（EWQI）和人类健康风险评价模型（HHRA）进行地下水水质及健康风险评价.结果表明,地下水中Ca²⁺、HCO₃^-、Mn²⁺和TFe浓度均值超过国家Ⅲ类水质标准;Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、Mn²⁺和TFe变异系数介于1.11~3.72,含量起伏变化大,局部富集程度高;区内地下水化学类型以HCO₃·SO₄-Ca、HCO₃-Ca·Mg、HCO₃·SO₄-Ca·Mg和HCO₃-Ca型为主,分别占比33.33%、25.64%、19.23%和14.10%.APCS-MLR模型源解析结果表明,地下水水化学组分主要来源为：水岩作用源（32.87%）、农业活动源（12.75%）、生活污水和工业废水排放源（12.40%）、原生地质环境和水岩作用复合源（9.86%）、农业与工业复合源（9.44%）和未识别源（22.69%）.熵权水质指数（EWQI）结果显示,地下水质量Ⅰ级和Ⅱ级占比分别为6.41%和74.36%,达到优良和良好程度;地下水质量为Ⅲ级占比11.54%,质量中等;地下水质量为Ⅳ级和Ⅴ级占比分别为6.41%和1.28%,地下水质量差或极差;影响地下水水质等级的主要指标依次为：TFe>Ca²⁺>Mn²⁺>HCO₃^-.HHRA模型结果显示区内潜在非致癌风险较低,均未超过1;与皮肤接触相比,直接摄入是这些指标危害人类的主要途径;在相同环境下儿童比成人暴露更容易受到伤害.整体而言,区内地下水水质状况良好,研究区东南部存在一定的潜在风险,在地下水资源利用中应加强对该地区的地下水资源管理和污染防治.     

汀江流域永定段外源污染负荷解析

为明确汀江流域永定段水污染特征并提出有针对性的污染控制对策,采用产排污系数法和入河系数法对汀江流域永定段的外源污染负荷进行了调查分析。结果表明：汀江流域永定段主要污染物指标——化学需氧量（COD _Cr）、氨氮（(NH₄⁺-N）、总磷（TP）的入河量分别为5430.15 t?a^?1、1027.12 t?a^?1、125.03 t?a^?1,各类污染负荷主要来自生活污水、畜禽养殖和农业种植,三者之和占各污染物总负荷的比例超过80%,其他排放源的COD _Cr、氨氮、总磷污染负荷量相对较小。生活污水、畜禽养殖和农业种植是汀江流域永定段水环境污染防治的重点。汀江流域永定段污染排放在空间上呈现较明显的区域差异,各乡镇应针对本区域污染特点有侧重地进行治理。     

汾河下游地表水环境特征及污染源解析

水资源是区域发展的重要战略资源,地表水作为区域水资源的重要组成,其整体环境变化对于区域经济社会可持续发展具有重要的影响。本研究基于汾河下游15个水质监测断面2013—2017年的16项水质指标,采用水污染指数法（WPI）和多元统计方法,以水质定量评价为基础,评估了汾河下游地表水水环境特征及其变化的主要控制因素。结果表明：（1）汾河下游水质以《GB 3838—2002,地表水环境质量标准》中劣Ⅴ类水为主,WPI值的多年平均值为74.1—636.2;（2）水质的年际变化上,2015年Ⅴ类和劣Ⅴ类水的占比最高,水质状况最差;（3）在空间上,位于汾河干流尧都区段及涝洰河的6个监测断面污染程度高于其他区域;（4）研究区营养盐（TP、NH₃-N）和耗氧有机污染物（COD _Mn、COD _Cr ）等典型污染物主要来自城市生活污水、农业废水,霍州市和洪洞县的水质恶化受工业废水排放的影响最大。污染程度具有从北向南、从上游向下游逐渐减弱的特征。研究显示：汾河下游水环境污染严重,汾河干流道美桥—尧都段和涝洰河应当作为区域水环境治理的重点。     

基于MIKE21模型的沙河水库水量水质响应模拟研究

沙河水库是北运河上游水系重要的汇,同时也是多源污染的重要聚集处,呈现非常规水源补给的缓滞水体特征,作为城市景观水体,对水环境和水生态要求较高,因此,沙河水库的治理对下游的水质改善至关重要.为进一步全面提升沙河水库水环境质量,以昌平区沙河水库为研究区域,采用MIKE21构建库区二维水动力水质模型,对沙河水库水量水质变化情况进行了模拟,并验证了模型参数.在验证模型参数的基础上,分别模拟了水位调控方案与水质改善方案.水位调控方案模拟结果显示,沙河水库管理调控水位在34.0~35.2 m之间时,0~1.5 m水深区间占面积最大,物种最丰富,是最合适的水位调控区间.水质改善方案模拟结果显示,当对溢流污染进行全部截流时,2018年6月1日—10月1日沙河闸考核断面COD_Cr平均减少28.44 mg·L^-1,NH₃-N平均减少0.83 mg·L^-1,TP平均减少0.25 mg·L^-1,相比于现状模拟数据,降幅分别达到72.2%、59.3%、67.7%,COD_Cr已全部达到Ⅳ类考核标准,NH₃-N仅有1 d超标,TP超标天数降低至7 d.在全部截流的基础上,配合湿地净化措施,2018年6月1日—10月1日沙河闸考核断面COD_Cr、NH₃-N已全部达到Ⅳ类考核标准,仅TP有1 d超标,超标日期为8月12日.     

用TM影像进行湖泊水色反演研究的人工神经网络模型

利用人工神经网络技术进行了湖泊水色遥感的反演研究,在同步实验的基础上了构造了包含一个隐含层的BP神经网络模型,利用TM卫星影像反演悬浮物、COD_Mn、溶解氧、总磷、总氮和叶绿素浓度反演精度较高,相对误差基本在25%以下,同时分析了该人工神经网络反演模型的误差来源,改进措施以及应用前景.研究表明,在进行小规模的同步监测的基础上,此模型可用于湖泊水质调查、分析和评价.     

基于自组织映射与哈斯图方法的地表水水质评价研究

地表水水质评价是水资源管理与保护中的非常重要的问题.本研究主要目的是应用自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)与哈斯图方法(Hasse Diagram Technique,HDT)对地表水水质监测数据集进行分类、建模、解释与评估.以西苕溪流域为例,对其50个断面于2010年6月-2011年5月进行月频率的水质监测.应用SOM分析发现,水质参数可分成10个聚类组,反映了西苕溪流域水质丰、平与枯水期特征,pH、高锰酸盐指数(CODMn)在各个水期变化不大;溶解氧(DO)在枯水期与平水期相对较高,水质具有一定的自净能力;丰水期的氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)与总磷(TP)值相对较小;西苕溪流域TN:TP(氮磷质量比)平均为46,监测期间变幅较大为2～482,监测期内有66.7％的水质样本处于磷限制状态,仅有3.2％处于氮限制状态,存在氮限制与磷限制交替出现的状态,表明流域总体处于磷限制状态.选取CODMn、NH4+-N、TN 与TP指标进行HDT综合分析,反映流域上游水质较好,中、下游水质相对较差;敏感性分析结果表明,CODMn敏感性数值最大为235,其次是TN为156,、NH4+-N与TP分别是61与34,表明西苕溪流域的CODMn、TN存在较大的环境风险.建议在西苕溪流域即将开展的环境整治与规划时应考虑开发相关的削减技术与制定相关措施政策以减少CODMn、TN污染.     

钱塘江兰溪段地表水质季节变化特征及源解析

季节变化对水质的影响评价是流域水质管理的重要内容之一.选取钱塘江兰溪段6个监测点位为研究对象,测定了2010和2011年丰水期和枯水期12个水质指标,采用因子分析技术识别关键污染因子及来源的季节变异特征,并基于层次聚类分析和改进的模糊数学方法进行不同季节关键污染因子空间差异性分析和水质综合评价.结果表明,枯水期关键污染因子为来源于城镇集中式生活污水处理厂、纺织业等点源的CODMn、BOD5和NH4+-N,丰水期为来源于农业面源的NH4+-N、TP和工业点源的CODMn;枯水期和丰水期关键污染因子存在空间差异性,无论枯水期还是丰水期,费垅为重污染区域,横山、洋港和将军岩为轻度污染区域;其不同之处在于枯水期女埠和西门码头为中度污染区域,而丰水期则为轻度污染区域;关键污染因子综合水质丰水期优于枯水期,丰水期16.7％的监测点位综合水质归属于V类,而枯水期50％的监测点位综合水质归属于V类.     

Evidence on the causes of the rising levels of CODMn along the middle route of the South-to-North Diversion Project in China: The role of algal dissolved organic matter

As the biggest inter-basin water transfer scheme in the world,the South-to-North Water Diversion Project（SNWD） was designed to alleviate the water crisis in North China.The main channel of the middle route of the SNWD is of great concern in terms of the drinking water quality.In this study,we tested the hypothesis that the dissolved organic matter（DOM） derived from the planktonic algae causes the rising levels of COD_Mn along the middle route by monitoring data on water quality（2015-20...     

典型再生水人工湿地净化系统水质时空变异研究——以北京市奥林匹克森林公园人工湿地为例

选取奥林匹克森林公园人工湿地作为典型再生水补水人工湿地净化系统进行水质数据检测,应用模糊综合评价法综合评估各净化单元的水体污染状况,采用综合判别分析和Spearman相关分析阐释影响各净化单元时空变异的水环境要素,并通过因子分析识别不同时间段污染源的种类和组成.结果表明,奥林匹克森林公园人工湿地净化系统水质状况较好,符合人体非直接接触的景观用水国家标准.人工湿地各净化单元时空区间污染程度不同:季节尺度上,秋季污染更为严重;空间尺度上,主湖区、混合氧化塘区污染最为严重.CODMn、NO-3-N、ORP、TN 4项指标即可完全表征水质的季节差异(91.8%),应适当加大监测力度;Chl-a、CODMn、DO、pH 4项指标用于表征空间差异(55.1%),较低的判别正确率暗示了各功能区间类似的污染状况.不同时空区间污染源种类和组成存在差异性:水体的内源杂质是各季度影响水质的主要因子,春季有机污染最为严重,夏季则转为氮、磷等营养物质污染,秋季水体则更易受富营养化的威胁;再生水区水体污染的主要影响因子为氮、磷等营养盐类,其余功能区水体主要影响因子仍为内源杂质.增强水体流通力,缩短水力停留时间,能够有效减弱富营养盐类和有机污染物的影响.     

Is urban development an urban river killer? A case study of Yongding Diversion Channel in Beijing, China

The high population and concrete environment alter urban areas by changing temperature, rainfall runoff, and water resource utilization activities. This study was conducted to investigate the water quality features of the Yongding Diversion Channel in Beijing, China, and its relationship with rainfall and urban development. Monthly water quality data were obtained from April to October of 2004 at monitoring sites of Sanjiadian, Gaojing, Luodaozhuang, and Yuyuangtan. The monthly water quality grades from 2007 to 2011 were also investigated and compared with those of other rivers. Dissolved oxygen and pH showed greater decreases after one or two moderate rainfall events than several light rainfall events. The potassium permanganate index （CODMn）, ammonia nitrogen （NH3-N） and total phosphorus （TP） increased more after several light rainfall events than after one or two moderate or heavy rainfall events. Pollutant concentrations （CODMn, NH3-N, TP） in downstream regions showed greater changes than those in upstream areas after heavy rainfall events. Intense human activities around the channel greatly influenced the water quality of the channel in rainy season because of runoff pollution; however, heavy rainfall had a strong dilution effect on the pollutant concentrations in rivers. Overall, urban development has obviously deteriorated the water quality of the Yongding Diversion Channel as indicated by an increase in the water quality index from 3.22 in 2008 to 4.55 in 2010. The Pearson correlation between monthly rainfall and water quality indices from 2007 to 2011 ranged from 0.1286 to 0.6968, generally becoming weaker as rainfall and rainfall runoff became more random and extreme.     

北洛河流域水质空间异质性及其对土地利用结构的响应

根据2011年10月和2012年10月的北洛河流域水体采样数据,利用GIS技术和地统计学方法,分析了北洛河流域水质指标TP、TN、NO-3-N、NH+4-N和高锰酸盐指数(CODMn)的空间变异特征,并探讨了子流域尺度上不同土地利用结构对河流水质的影响.结果表明,北洛河流域水质指标TN和NO-3-N受结构性因素影响显著,表现出较强的空间变异性,而TP、NH+4-N和CODMn受到结构性因素和随机性因素共同作用,表现出较弱的空间变异特征.TN与农业用地面积百分比呈显著正相关关系,与林地面积百分比呈显著负相关关系,NO-3-N与农业用地面积百分比存在显著正相关关系.可以初步推测,控制TN空间异质性分布的结构性因素是农业用地和林地,而控制NO-3-N空间分布的结构性因素为农业用地.     

Parameter determination to calculate water environmental capacity in Zhangweinan Canal Sub-basin in China

Zhangweinan canal sub-basin (ZWN) has the most serious water resource shortage and water pollution problems in north of China. To calculate the water environmental capacity in ZWN, determination methods for design flow rates and degradation coeffcients were discussed in this study. Results showed that 90% and 50% hydrological guarantee flow rates were suitable to be the design flow rates for rainy and dry seasons, respectively. Degradation coeffcients of COD_Mn and NH₃-N were 0.25 day⁻¹ and 0.15 day⁻¹ for branch streams and 0.5 day⁻¹ and 0.25 day⁻¹ for mainstreams, respectively in ZWN. With one-dimensional water quality simulation model, water environmental capacities were calculated to be 82,139 tons/yr for COD_Mn and 2394 tons/yr for NH₃-N in ZWN.     

北京市清河水体非点源污染特征

为揭示城市水体非点源污染特征,以北京市清河流域为研究对象,于2013年8月—2014年12月对流域不同河段河水、雨水、降雨前后河水、降雨径流以及不同下垫面（居民区、商业区、绿地、街道、农田）的土壤或降尘中主要污染物进行了采样分析.结果表明:清河水体污染严重,大部分污染物浓度均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的V类标准,营养盐浓度甚至超过GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准.河水主要污染物浓度远高于雨水污染物浓度,长期来看,受雨水影响较小.丰水期河水ρ（TDP）（TDP为溶解性总磷）显著高于枯水期和平水期,而丰水期ρ（TDN）（TDN为溶解性总氮）却低于枯水期和平水期（P < 0.05）,ρ（COD_Mn）和ρ（NH₄+-N）在3个水期没有显著差异.与降雨前相比,降雨后河水ρ（TDN）显著降低,ρ（TDP）却显著升高（P < 0.05）,ρ（COD_Mn）、ρ（NH₄+-N）在降雨前后没有显著差异.研究显示,清河流域的降雨径流增加了河水外源磷输入,磷的初期冲刷效应最为显著,且水体磷的非点源特征明显,而氮主要来源于生活污水排放,受非点源影响较小,清河水体COD_Mn、NH₄+-N则同时受点源和非点源的影响.      

利用DPeRS模型估算巢湖流域氨氮和化学需氧量的面源污染负荷

巢湖作为安徽省重要的饮用水源,其面源污染问题受到广泛关注.本文利用一种基于遥感分布式面源污染计算模型——DPeRS(Diffuse pollution estimation with remote sensing)模型,估算了巢湖流域2010年氨氮(NH+4-N)和化学需氧量(CODCr)面源污染物负荷,并进行污染特征解析,结果表明:1巢湖流域污染物以耗氧有机物为主,2010年产生NH+4-N 1562 t,进入水体800 t;CODCr9×104t,进入水体5×104t.22010年不同月份面源氨氮和CODCr污染负荷均有显著性差异,其中,7—8月氨氮和CODCr污染产生量较高.3空间分布上,氨氮和CODCr污染物主要集中在巢湖流域西北部地区;从区县角度来看,合肥市市辖区面源污染物产生量及入河排放量最大.4污染类型分析结果表明:城镇径流是氨氮最主要的面源污染源,且氨氮污染负荷与城镇人口密度的相关系数达到0.98,氨氮污染负荷与农田氮平衡的相关系数为0.65;而畜禽养殖是CODCr最主要的面源污染源,且CODCr污染产生负荷与畜禽养殖密度之间有显著的空间关联性,其相关系数达到0.91.