HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

深圳市郊区大气中PM2.5的特征分析

为了确定深圳市郊区大气中PM2.5的污染特征,本研究分析了2009年和2010年夏季和冬季PM2.5样品中的水溶性离子和多环芳烃成分.结果表明,深圳市郊区大气中PM2.5的质量浓度很高,夏季53.9%和冬季100%的样品超过了WHO的大气质量准则浓度.PM2.5中,冬季最主要的3种离子是SO24-、NO3-和NH4＋.在夏季,这3种离子在PM2.5中的含量都会减少,而Cl-、Na＋、K＋、Ca2＋和Mg2＋的含量会增多.另外,冬季是多环芳烃浓度较高的季节,其中萘、苊烯、苊和苯并荧蒽是冬季PM2.5中多环芳烃的主要成分.本研究还通过比值法和特征化合物法对深圳市郊区大气中的PM2.5进行了源解析,确定了PM2.5的可能来源.     

南京冬季市区和郊区气溶胶中PAHs浓度的昼夜特征及粒径分布

为了研究南京市区与郊区气溶胶中多环芳烃(PAHs)污染状况和分布特征,利用气-质联用仪(GC-MS)分析了2010年1月1～10日日间和夜间分别在南京大学和南京信息工程大学采集的气溶胶样品,得到南京市区与郊区17种PAHs浓度,总浓度分别为41.36～220.35 ng.m-3和45.10～200.86 ng.m-3,其中约66%～67%分布于细粒子(Dp≤2.1μm)中.研究发现,南京市区和郊区气溶胶中PAH总浓度均处于较高的水平;但两者昼夜变化趋势不同,即市区PAH总浓度日间高于夜间,郊区PAH总浓度日间低于夜间.主导风向的改变和高压天气系统对PAH浓度变化影响较大;在市区其影响主要表现在细粒子部分,而郊区主要表现在粗粒子部分.市区和郊区不同环数的PAHs粒径分布不同;2～3环PAHs,郊区含量高于市区;而4～6环PAHs,市区含量高于郊区.高环数(4～6环)PAHs在粗模态出现较大浓度峰可能是由于南京地区粗模态气溶胶中碳含量较高.市区和郊区相似的特征比值说明两者的PAHs具有相同污染来源,主要为生物质及煤的燃烧和汽车尾气,表明南京市区PAHs受到郊区工业源排放影响较大.     

枯、平、丰水期长江3条支流表层水中多氯联苯的分布特征及风险评价

采用GC-MS/MS技术对长江3条支流(沱江、藕池河下游和松澧洪道)在不同水期的81个表层水样进行分析.实验发现样品表层水样中PCB8、18和28是优势污染物.∑PCBs在沱江、藕池河下游和松澧洪道3条支流不同水期表层水中的几何均值分别为1.96~2.59 ng ·L^-1、1.84~2.54 ng ·L^-1和1.52~2.38 ng ·L^-1,含量均低于美国EPA连续暴露基准(14 ng ·L^-1).实验结果与国内外相关文献报道值相比较,显示该研究区域表层水中PCBs浓度处于较低水平,癌症风险评价结果表明饮用该区域水摄入PCBs而带来的风险为0.15×10^-7~0.26×10^-7,说明研究区水样中因PCBs污染引起的癌症风险较低.     

黄土丘陵区坡面水蚀对降雨和下垫面微观格局的响应

黄土高原严重的土壤侵蚀是降雨和复杂脆弱的下垫面共同作用的结果.以微型小区尺度上(1.2 m×1.2 m;2 m×1.2m)模拟降雨技术为基本研究手段,定量刻画了降雨量和降雨强度等基本降雨特征值对定西安家沟自然坡面上荒草、沙棘中位、沙棘下位、沙棘上位、结皮裸地和裸地等不同植株微观格局及其处理下的水蚀过程的影响.主要取得以下结果:①雨强和雨量对水蚀的发生均能产生显著影响,但以雨强的影响力更大;②前期土壤含水量与产流时间显著负相关,而与径流量和侵蚀量显著正相关.前期含水量相同时,不同植株微景观格局对产流时间发挥了关键作用;③不同植株及其微观格局遏制地表径流的能力迥异.在50～60 mm.h-1的大雨强作用下,有沙棘覆盖的小区径流系数仅为5%～8%,荒草地为25%,结皮裸地为45%,而裸地则高达63%;④有沙棘覆盖的小区中,沙棘在小区中所处的具体位置对于水土流失效应又极为重要,以沙棘下位的水土保持效果最好.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈较好的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.     

黄河口湿地土壤中正构烷烃分子指标及物源指示意义

对黄河口湿地表层土壤中的总有机碳、正构烷烃等进行了分析,计算了正构烷烃分子指标,探讨了其物源指示意义,并对不同采样区域和采样时间的结果进行了比较.结果表明,黄河口湿地土壤中正构烷烃以高碳奇数烷烃(C25～C33)为主,说明土壤中有机质主要来自于陆地高等植物,而样品中未分离混合物的存在表明土壤可能受到了油类污染.土壤中总的正构烷烃含量有明显的时间和区域差异,总的变化范围在0.57～3.90μg.g-1.在2009年4月(枯水期)总的正构烷烃含量相对6月(调水调沙期间)要高,以黄河口湿地核心恢复区最高,其次是黄河入海前最后一个浮桥下方的黄河北岸,最后是黄河故道区域,而6月的变化趋势与此相反.这一变化趋势与总有机碳是一致的,而与中值粒径的变化趋势相反,反映了两个不同的采样时间水环境条件的差异.基于正构烷烃的分子指标,如平均链长ACL、奇偶优势度OEP、烷烃指数AI、碳优势指数CPI和陆海比TAR等表明黄河口湿地土壤的有机质的成熟度较低,有较强的陆源高等植物输入优势,且主要来自于草本植物.与其他指标相比,陆海比指标TAR更好地反映了水环境条件的变化.     

绿地再生水灌溉土壤微生物量碳及酶活性效应研究

再生水灌溉引起了土壤理化性质的变化,其对土壤生物活性的影响备受关注.以再生水利用较典型的北京为研究区,分层采集了不同再生水灌溉历史的城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了一些常规理化指标、土壤微生物量碳及5种土壤酶（脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶）活性,探讨长期再生水灌溉下土壤微生物量碳和酶活性的变化.结果表明,再生水灌溉下公园绿地土壤微生物量碳和酶活性均高于其自来水对照灌区,农田上升不明显.与对照相比,公园绿地与农田再生水灌区0～20 cm土层土壤微生物量碳平均含量分别上升了60.1%和14.2%,公园绿地再生水灌区0～20 cm土层中土壤酶活性平均增幅为36.7%,而农田为7.4%.调查区土壤微生物量碳及酶活性均随土壤深度的增加而降低,其中公园绿地0～10 cm与10～20 cm土层间差异极显著.因此,北京地区城市绿地使用再生水长期灌溉有助于提高土壤生物活性.     

再生水灌溉利用的生态风险研究进展

污水再生回用因其具有显著的社会、经济及生态效益,已成为缓解水资源危机的一项重要举措.城市绿地和农业灌溉作为再生水的主要利用途径之一,在国内外已经得到广泛推广实践.为了解国内外在再生水灌溉利用风险方面的研究进展,本文围绕再生水典型污染物包括盐、氮、重金属和新型污染物、病原菌等,从对土壤质量、植物生长、地下水质量和公众健康等几方面,对再生水灌溉利用的生态风险进行了系统分析.结果表明,盐分及盐离子是再生水灌溉利用的主要风险,灌溉利用导致疾病传播的风险始终存在,而新型污染物的生态风险是科学研究热点.借鉴国外经验,分别就城市绿地和农业的灌溉提出了风险管理措施.最后,提出了加强长期定位研究和模型研究,建立再生水水质、灌溉管理与生态风险的有机关联,进行再生水灌溉土壤承载力评价和建立风险管理体系等5项建议,以促进再生水安全利用.