基于Monte Carlo模拟的潜在生态危害指数模型及其应用

基于农田土壤重金属污染风险评估系统的随机性和不确定性,将Monte Carlo模拟技术引入Hkanson潜在生态危害指数法中,构建了潜在生态危害指数随机不确定模型,提出了风险等级判别方法,并将其应用于合肥市庄墓镇农田土壤重金属(Cr、Cu、Pb、Zn和As)污染风险的评估. 结果表明:除Cr属轻微污染外,农田土壤中Cu、Pb、Zn和As均为中等污染水平,综合污染指数(C_d)属中等污染水平,相应概率为98.58%;除As为中等潜在生态风险外,其他4种重金属均属轻微风险等级,潜在生态危害指数(RI)属中等风险水平,概率为91.18%.      

铜陵市区表土与灰尘重金属污染健康风险评估

以典型有色金属矿山城市铜陵市为对象,从工业用地、居住用地、商贸用地、文教用地、交通用地和城市广场等6种主要用地类型中,选择64个采样点位,采集表土和不透水地面灰尘样.在对Pb、Cu、Cr、Zn、Ni、As和Cd含量分析测试的基础上,利用美国国家环保局(US EPA)推荐的健康风险评价模型,就儿童和成人群体在不同功能用地、不同暴露途径下的重金属致癌和非致癌风险进行分析和评估,并对表土与灰尘的健康风险效应进行比较.结果表明:铜陵市表土与灰尘重金属含量显著高于该市土壤背景值,意味着铜陵城区土壤和地表灰尘已遭受较为严重的重金属污染;重金属Cr、Ni、As和Cd的致癌风险均值分别为4.30′10-7、7.18′10-9、4.26′10-4和7.58′10-8,不同功能用地的致癌风险均显著超过US EPA推荐的可接受风险阈值范围10-6~10-4和国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险值5.0′10-5;表土与灰尘的儿童非致癌风险分别高达5.20和16.58,灰尘对成人的非致癌风险达2.80,都远高于安全阈值1.0,表明铜陵市表土与地表灰尘已对公众身体健康构成危害;主导致癌与非致癌风险效应的主要污染因子是As,主要暴露途径是手-口摄入途径.     

基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段参数灵敏性分析

为探究城市地区渠道化源头河段水环境模型参数灵敏性,以巢湖流域十五里河源头段为对象,选择氯化钠(NaCl)为保守型示踪剂,采用瞬时投加方式,开展现场示踪试验. 在此基础上,利用OTIS模型(小河流水体溶质迁移扩散模型)模拟溶质(示踪剂)输移扩散规律,并以均方误差(RMSE)为目标函数,就±10%和±20%等参数多种变幅情景,采用扰动分析方法对A(河道过水断面面积)、A_s(暂态存储区断面面积)、α(交换系数)及D(扩散系数)等参数开展局部灵敏性分析. 结果表明:在十五里河源头段溶质迁移特征模拟方面,OTIS模型具有很好的适用性;尽管不同河段各参数的灵敏性排序存在一定的变化性,但总体趋势较为明显,表现为A＞α＞A_s＞D,这与欧美国家空间尺度相近的一些小河流水体基本相同;由于α和A_s的灵敏性超过D,表明在渠道化的城市小河流源头段,考虑暂态存储对于溶质输移扩散的影响十分必要. 研究结果进一步验证了扰动分析方法对于OTIS模型参数灵敏性分析的有效性.      

基于TASCC的典型农田溪流氨氮滞留及吸收动力学模拟

为揭示农田溪流氨氮滞留的动态变化性,选择NaCl为保守示踪剂、NH4Cl为添加营养盐开展野外瞬时投加示踪实验.在此基础上,采用TASCC方法和养分螺旋指标定量刻画 滞留动态,并以Michaelis-Menten模型(M-M方程)模拟 吸收动力学特性.结果表明:背景浓度的 吸收长度Sw-amb变化范围为93.94~295.54m,平均值为177.41m;质量传输系数Vf-amb变化范围为0.16~0.38mm/s,平均值为0.26mm/s;吸收速率Uamb变化范围为0.16~0.38mg/(m2×s),平均值为0.26mg/(m2×s).由M-M方程模拟得到的 最大吸收速率Umax为0.59~1.38mg/(m2×s),半饱和常数Km为1.10~5.03mg/L. 在从背景浓度到饱和浓度区间范围内展现出的Sw-add-dyn、Utot-dyn和Vf-tot-dyn动态变化性,验证了TASCC解析 滞留动态和吸收动力学特征的可行性和有效性.     

不同污染水平城市河流有机质降解速率及影响因素分析

为揭示城市不同污染水平河流有机质降解能力的差异,以合肥市十五里河、关镇河和板桥河为对象,选择速生杨（Populus tomentosa Carr.）凋落叶为实验材料,将其装入尼龙网袋并放置于河流水体底部.根据实验前后粗、细网眼尼龙网袋中凋落叶无灰干重,估算有机质降解速率,识别主要环境影响因素.结果表明：①水质状况较好的板桥河凋落叶有机质降解速率相对较低,而污染较为严重的十五里河、关镇河相对较高,变化范围分别为0.0133~0.026（均值为0.0193）、0.0207~0.098（均值为0.0418）和0.0305~0.0543（均值为0.0416） d^-1.②2019年3条河流凋落叶有机质降解速率高低排序为：关镇河>十五里河>板桥河;2020年高低排序为：十五里河>关镇河>板桥河.③无论是粗眼网袋还是细眼网袋,每条河流两次实验之间凋落叶降解速率均呈极显著差异,而且3条河流凋落叶有机质降解速率之间也均表现出极显著差异性.④相较于沉积物指标,水质因素对凋落叶有机质降解速率的影响更为明显,特别是TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TP、SRP等都与降解速率存在重要或较重要的关系.     

巢湖十五里河沉积物氮磷形态分布及生物有效性

为了解巢湖十五里河底泥氮磷形态分布规律及生物有效性,在河道上采集7个柱状样,按10 cm厚度分层,共得样品41个.采用化学提取方法,获得氨氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、易交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、钙结合态磷(Ca-P)、碎屑磷(De-P)和有机磷(Or-P)等各形态氮磷及总氮(TN)和总磷(TP)含量,进而对各形态氮和磷的空间分布特征及相关性进行分析,并评估氮磷的生物有效性.结果表明,十五里河沉积物中各形态氮磷在纵向和垂直方向上表现出一定的规律性,且主要氮磷形态之间还具有显著的相关性.此外,在0～10、10～20、20～30、30～40、40～50和50～60cm等沉积深度,生物有效性氮(NH4+-N与NO3--N两者之和)占TN的质量分数分别为8.17%、11.88%、7.99%、8.44%、8.97%和20.06%,生物有效性磷(Ex-P、Al-P、Fe-P三者之和)占TP的质量分数分别为50.18%、49.12%、42.41%、34.11%、32.71%和39.55%.     

巢湖十五里河沉积物磷平衡浓度对外源碳的响应及释放风险

2017年7月至2018年5月,在巢湖十五里河干流的城乡梯度方向,按照每两个月采样1次的频率,采集5个点位的表层沉积物样,分析沉积物磷形态,解析磷平衡浓度及对外源碳(乙酸钠)的响应,并对沉积物磷释放风险进行评估.结果表明,十五里河水体磷素污染严重,沉积物总磷含量平均为915. 04～1 205. 31 mg·kg~(-1),且沿城乡梯度方向缓慢下降,而生物有效性磷含量则保持稳定;外源碳降低了沉积物EPC_0值(下降约29%),也改变了各采样点EPC_0值大小排序;上覆水SRP浓度高于EPC_0值所占比例为66. 7%,而且磷吸附解吸平衡饱和度EPC_(sat)-20%所占比例约60. 0%,表明十五里河沉积物以磷吸附占优势,即沉积物总体上处于磷"汇"状态;外源碳的输入使得EPC_(sat)-20%所占比例由60. 0%上升为73. 3%,降低了沉积物磷释放风险水平.     

城市污水厂尾水受纳河段沉积物脲酶活性及硝化潜力分析

为探究城市污水厂尾水排放对河流沉积物氮素滞留的影响,在合肥市的南淝河、十五里河、塘西河、板桥河和廿埠河各选取一个河段,分3个季节采集尾水排放口上、下游一定范围的河道表层沉积物,解析沉积物脲酶活性、硝化潜力及其变化特征,并对沉积物脲酶活性对外源碳的响应开展定量化分析.结果表明,5个尾水受纳河段排放口下游河道沉积物TN、NH₄⁺-N含量都不同程度的低于上游对照点,多数受纳河段沉积物NO₃^--N和OM含量下降,TP则大都不同程度的升高.绝大多数受纳河段尾水排放口下游沉积物脲酶活性低于上游对照点,甚至离尾水排放口距离越近的采样点位脲酶活性越低.5个尾水受纳河段不同程度表现出沉积物脲酶活性随外源碳浓度梯度增大的特点,表明河段沉积物脲酶活性存在一定的碳限制性.南淝河、十五里河和塘西河河段尾水排放口下游所有采样点沉积物硝化速率均高于上游对照点,而板桥河、 廿埠河河段则相反.总体上,各尾水受纳河段排放口上游对照点与下游采样点的沉积物脲酶活性、硝化潜力和硝化活性差异性不显著.     

合肥环城公园景观水体水质特征及环境质量评价

2018年10月—2019年5月,在合肥市环城公园6个景观水体各布设3个采样点位,按每半月1次的采样频率采集水样,据此开展水质特征分析和富营养化评价.结果表明：①各水体磷污染指标波动较明显,氮污染指标波动则相对较小;②整个研究期间各景观水体的EC、ORP、NH₄⁺、SRP、COD、Chl-a等大体呈上升趋势,TN和NO₃^-呈下降趋势,除南淝河、黑池坝景区和逍遥津公园水体TP呈上升态势外,其余水体TP均存在降低趋势;③根据水质评价结果,各景观水体TN污染严重超标,逍遥津和包河公园水体NH₄⁺、TP、COD污染状况相对较轻;④水体富营养化评价结果表明,各景观水体处于中富营养化状态;⑤逍遥津公园、包河公园水体水质均与南淝河、黑池坝景区水体存在极显著的差异性,包河公园与雨花塘水质表现出显著的差异性;⑥聚类分析结果将黑池坝和南淝河归为污染严重一类,雨花塘和银河公园归为污染较重一类,而将逍遥津和包河公园归为污染相对较轻的一类.     

基于MIKE11模型的南淝河及其支流内分泌干扰风险评价与调控

为寻求评价和调控城市河流内分泌干扰风险的有效方法,以城市河流典型代表―南淝河及其支流水系为例,运用MIKE11水动力学和对流扩散模块构建南淝河流域城市河流雌激素迁移转化模型.同时,利用该模型对南淝河水系雌激素类物质引起的内分泌干扰风险进行评价,并基于未来可达水污染控制目标提出风险控制措施.结果表明,在最优雌激素排放率情景下,约50%以上的河段具有潜在内分泌干扰风险;仅在最高排放率情景下,丰、平、枯水期分别有19%、53%和67%河段存在高风险,高风险河段集中在南淝河城区段及其支流二十埠河、板桥河和店埠河.3种削减内分泌干扰风险远近期可达情境方案分析表明:仅依靠单一的点源截污控制方案,即使在最优排放率情景下仍有近50%的河段具有潜在风险水平;通过点源截污和70%的面源排污控制相结合的调控措施,在最优排放率情景下能使所有河段处于无风险水平;在将点源和面源排污完全截留控制的远期目标下,可以基本实现预期情景下90%以上河段处于无内分泌干扰风险水平.