三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

基于SARIMA模型和普通Kriging法对杭州市主城区PM2.5短期预测和制图

基于SARIMA模型对杭州市主城区内的7个站点和周边3个站点的PM_(2.5)浓度进行4 h平均的短期预报,并利用普通Kriging法对杭州市主城区PM_(2.5)进行空间插值和制图.在建立SARIMA模型时,用批量自动化的方法,使用R语言编程对夏季和冬季各360期的数据进行SARIMA(p,d,q)×(P,D,Q)6模型的参数的确定和拟合,来预测下一期的值.在10个站点分别进行120期的预测,做出真实与预测的时间序列图,在精度分析中,夏季和冬季PM_(2.5)浓度总体的平均绝对误差(MAE)分别为8.4μg·m~(-3)和14.8μg·m~(-3).在Arc GIS中,对每期的数据使用普通Kriging法,用球面模型拟合半变异函数,决定各个站点的权重,来对杭州市区内未知空间样点进行插值,最后生成完整的杭州市主城区PM_(2.5)短期预测图.本研究创新性地将SARIMA模型广义化运用到小尺度时间序列中,预报效果较好,并且批量自动化预测和制图的方法,可为今后的预测制图产品化提供技术支持.     

基于IVE模型和大数据分析的杭州市道路移动源主要温室气体排放清单研究

利用IVE模型和对杭州市机动车排放管理数据库大数据的分析,得到杭州市2015年各类机动车主要温室气体高分辨率排放清单,分析了排放分担情况及时间变化特征,并利用Arc GIS及杭州市路网信息建立了1 km×1 km网格化空间分布.结果表明,杭州市道路移动源温室气体排放中CO_2、CH_4和N_2O的年排放量分别为818.11×10~4、0.85×10~4和0.07×10~4t,合计856.79×10~4t(以CO2当量计).从温室气体种类来看,CO_2占道路移动源温室气体排放总量的绝大部分,为95.5%;从机动车类型来看,小微型客车对道路移动源温室气体排放的贡献率最大,占72.8%;从道路类型的排放情况来看,杭州市市中心、城区、城郊和郊区中温室气体合计CO_2当量贡献率最高的均为主干路,分别为43.4%、61.8%、58.0%和42.4%.杭州市道路移动源温室气体排放强度均呈现由城市中心向城市边缘递减的趋势,同时温室气体排放量日变化特征明显,均出现弱双峰现象.     

浑河流域沈抚段氮素污染综合溯源研究

通过对浑河流域沈抚段水体样品和主要污染源样品采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,统计分析研究区域氮素污染现状及氮素污染来源,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,准确追踪和定量外来性氮,从而更好地控制进入浑河流域的氮负荷.结果表明,浑河流域沈抚段受排污口、支流输入、工业废水的影响较大,氮素污染严重.研究区域δ15N值在-5.23‰~33.8‰范围内波动,δ18O值变化范围较大,为-4.12‰~61.54‰.工业废水对氮素贡献率为20.6%~96.3%,贡献率最高,其次是生活污水与粪便、化学肥料、土壤,贡献率分布范围分别为0.3%~29.4%、1.2%~33.5%、1.7%~30.1%,大气沉降对氮素贡献率最低,为0~7.2%.考虑大气污染及污废水排放规律能更准确的确定氮素的污染来源.     

长三角地区2015年大气重污染特征及其影响因素

基于2015年长三角地区129个环境空气质量监测站的空气质量指数（AQI）及主要大气污染物浓度数据,结合气象资料和HYSPLIT后向轨迹模式,探究长三角地区大气重污染的时间变化和空间集聚特征,并深入分析气象条件和区域传输对重污染过程发生和维持的影响.结果表明,2015年长三角地区各城市平均出现AQI超过200的重污染天气共8 d,重污染频率为2.01%,PM_2.5作为首要污染物出现频次最多.从时间变化看,重污染主要分布在1月和12月;从空间分布看,北部地区重污染相比南部地区更为严重,徐州和常州市出现频率最高.选取典型重污染过程1月9—11日（纬向扩散型）、1月24—26日（经向扩散型）和12月20—26日（两种模式相结合的重污染天气）进行成因分析,发现长三角地区重污染天气主要受到西北风向、低风速、高湿度和逆温层的影响,导致大气污染物积累且不易扩散.基于HYSPLIT的大气传输轨迹及频率分布表明,来自西北方向的气流对江苏北部地区的污染输送特征有着显著影响.     

一种考虑水生态修复措施对污染物降解影响的水质模型

针对水域中生态修复措施对污染物降解规律的影响,建立了平面二维水流-水质计算模型.该模型通过采用特征有限元方法,在各种吸附性边界下均能保持污染物浓度变化的单调性;通过采用2阶龙格-库塔法求解上游源头浓度特征点的位置,使得模型在流线弯曲条件下的特征浓度计算精度得到明显改善;通过分区指定水流糙率与紊动粘滞系数、污染物扩散与降解系数,可以具体分析水域内各种水质改善措施的实际效果;通过典型算例,证明模型具有较好的适应性和可靠性,为今后水生态修复工程方案的设计提供了一种定量分析工具.     

城市化与生态环境耦合协调关系研究——以杭州市为例

为了探索城市化与生态环境之间的耦合协调关系,以杭州市为研究对象,构建了城市化与生态环境评价指标体系,并利用耦合协调度模型,定量分析了杭州市2003—2016年城市化与生态环境的发展水平状况和两者之间的耦合协调关系及变化趋势.结果表明:经济城市化和生态环境压力分别对城市化子系统和生态环境子系统的贡献份额最大;耦合协调度受城市化子系统和生态环境子系统贡献份额比例(α/β)的影响很小,受城市化子系统与生态环境子系统的综合发展水平的影响较大;城市化与生态环境的耦合协调类型由"基本不协调-城市化滞后"发展到"高度协调-城市化滞后",再发展到"高度协调-生态环境滞后"阶段.在城市化快速发展的驱动下,生态环境滞后的问题凸显.因此,在研究制定城市化发展战略时应重点关注城市化过程中对生态环境的影响,以改善生态环境质量,实现两者协调发展.     

污染负荷多情景变化下河流水质响应关系研究

以松花江哈尔滨段为研究对象,构建了EFDC水动力-水质模型,以主要污染物COD、NH₃-N为指标,结合情景分析方法对松花江哈尔滨段支流污染负荷多情景变化下对干流水质及下游出口断面水质进行量化评估.结果表明,大顶子山出口断面COD浓度值在满足Ⅲ类及以下水质要求时,阿什河口与呼兰河口的浓度在枯水期、桃花汛期、平水期和丰水期分别最高不能超过29.3、22.3、41.82和32.13mg/L以及47.75、36.27、65.4和41.47mg/L,大顶子山断面的NH₃-N浓度,枯水期保持在Ⅲ类,则要求阿什河口和呼兰河口NH₃-N浓度最高为8.73和2.92mg/L,桃花汛期保持在Ⅱ类时,则二者最高分别为6.3和2.23mg/L,枯水期大顶子山断面保持在I类时,阿什河口和呼兰河口则最高不能超过7.57和1.79mg/L.     

WRF模式对污染天气下边界层高度的模拟研究

大气边界层高度是影响大气污染物浓度的重要因素之一,但数值模式中选择不同边界层参数化方案模拟的边界层高度有很大差异.利用WRF模式中5种边界层参数化方案及2006~2007年春、秋、冬3季河北香河地区激光雷达观测资料,对比分析了污染天气下,不同边界层方案对边界层高度的模拟效果,并分析了误差产生的可能原因.结果表明：5种参数化方案均能模拟出3季污染天气下边界层高度的变化特征,但各方案模拟的边界层高度与观测之间均存在较大误差.模拟的最大边界层高度月变化特征显示,秋冬季的模拟结果与观测值匹配较好,春季偏差较大;模拟的边界层高度日变化显示,均方根误差：春季 > 秋季 > 冬季,且误差在午后（14：00~18：00）更加明显;对该地区而言,非局地YSU方案能较好地模拟污染天气下的边界层高度;各参数化方案中边界层高度计算方法的不同及对大气廓线、湍流动能的模拟差异,可能是造成模拟边界层高度产生误差的主要原因.     

介孔氮化碳光催化降解诺氟沙星的动力学机制

采用一种简单高效的制备方法,利用SiO₂为模板制备出具有更高催化活性的介孔氮化碳材料（mpg-C₃N₄）,并通过透视电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸脱附测试（BET）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、光电子能谱（XPS）对mpg-C₃N₄的形貌、组成结构进行表征.结果显示,mpg-C₃N₄表面存在大量直径约12nm的孔状结构,与g-C₃N₄相比,比表面积大幅度增大,并因此提供了更多的活性位点从而提高其光催化活性.使用紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）和荧光光谱（PL）对其光电化学性能进行测试.结果表明介孔材料的引入使得氮化碳的吸收光谱发生红移,并降低了光生电子-空穴对复合率,从而提高对可见光利用效率.通过对诺氟沙星（NOR）的降解与吸附实验研究表明,NOR的光催化降解过程符合一级动力学和Langmuir-Hinshelwood动力学模型,而mpg-C₃N₄对NOR的吸附符合二级动力学,表明NOR的光催化降解主要发生在催化材料的表面且以化学吸附为主.吸附实验表明mpg-C₃N₄在30min内可以吸附56.78%的NOR,降解实验显示,光解1.5h后,超过90%的NOR可被降解.相比体相g-C₃N₄,mpg-C₃N₄表现出良好的吸附性能和光催化性能.pH值影响实验表明pH值约为7.41时达到最佳降解效果,主要归因于药物形态与材料表面电荷作用.淬灭实验表明O₂^·-和h⁺是降解体系中的主要活性物质.