海绵城市源头设施生命周期环境经济集成评价

建设海绵城市是城市面源污染控制和内涝防治的重要手段,在我国已进入全域推广阶段。为量化海绵城市源头设施在施工建设和运行阶段产生的环境和经济影响,针对目前国内外海绵城市源头设施生命周期环境(life cycle assessment, LCA)与生命周期经济(life cycle costing, LCC)集成量化评价研究存在的不足,选取某学校内场地5种典型海绵城市源头设施,采用LCA-LCC集成评价方法,量化分析不同源头设施的环境影响、环境效益、经济影响和经济成本,并识别关键影响因子。结果表明,源头设施施工建设阶段会产生较大环境影响与经济成本,运行阶段会产生较大环境与经济效益。运行阶段对径流水量和水质控制所产生的总环境影响回收期在8年以内,总经济成本回收期在2年以内,总体效益可观。     

苏州古城区水体污染时空分异特征及污染源解析

利用2012年苏州古城区30个监测断面的11个水质指标数据,综合运用水质指数模型(WQI)、层次聚类(HCA)、后退式判别(DA)、因子分析(FA)、绝对主成分多元线性回归(APCS-MLR)及GIS平台系统分析了旅游城市苏州古城区河网水体污染物时空分异特征及污染源解析.结果表明:①苏州古城区内城河及外围河道水体的CCME WQI值介于40~74之间,其中,66.67%的监测点水环境遭到严重破坏,主要集中在内城河河道;②系统聚类分析将采样时间分为1—3月、11月及4—6月、7—10月3个时段;将采样点分为2类,从空间上反映了古城区内城河与外围河道的污染程度;③采样时间和采样点聚类分析结果的判别分析交叉验证,正确率分别达到88.1%和78.5%;表征时间差异性用了7个指标,分别为总氮(TN)、总磷(TP)、溶解氧(DO)、水温(T)、高锰酸盐指数(COD Mn)、藻密度(Algae density)、叶绿素(Chl),表征空间差异性用了5个指标,分别为总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、浊度(Turb)、水温(T);显著性指标的时空差异性比较明显;④古城区内城河河道在1—3月、11月及4—6月、7—10月3个时段内的因子分析分别提取4、3和4个因子,累积解释方差分别为83.64%、72.67%和77.98%;古城区外围河道在全年内的因子分析提取了3个因子,累积解释了62.28%的总方差;因子分析表明,古城区内城河及外围河道主要为氮、磷等营养物质污染及夏季藻类爆发的问题,与古城区外围河道相比内城河河道的污染更为严重,应优先开展治理;内城河氮、磷污染除了有来自生活、餐饮旅游等第三产业的污染外,还受到降雨地表径流及河道底泥释放的非点源污染影响;⑤绝对主成分多元线性回归(APCS-MLR)表明,总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(COD Mn)主要来自城市生活及餐饮旅游等第三产业污水.研究结果可为苏州古城区河道水环境改善治理提供参考.     

流域地下水质评价的GIS与模型集成分析

流域水环境管理已经成为当今环境科学的一个重要研究对象，对流域规模的水资源可持续管理和战略环境评价，地下水质评价是其重要内容，急需方法学的支持。全面分析目前国内外GIS与模型集成的研究现状，论述GIS与综合指数模型和机理模型集成的所需条件、优势和存在的问题。强调集成中应对模型的特征、模型的输入输出要求、流域数据基础以及GIS软件的功能进行具体分析，否则将导致区域分析的误差加大甚至产生错误信息。结合地下水水质评价常用的指数模型和机理模型，提出了GIS与模型的集成框架，分析GIS在集成中的3种模式，指明GIS与模型集成的发展方向。最后基于GIS与模型集成的现存问题提出对策，得出GIS与综合指数模型和机理模型集成的最优方法及适用条件，为具体应用提供方法学指导。     

一种城市水体感官质量的评价方法

随着水十条的颁布实施,大量城市水体水质得到显著提升,而目前的水质分级评价方法难以反映城市水体的感官质量提升.本研究选择苏州市区23个城市水体采样点,通过定期监测获得了774套水质与感官评价数据.在此基础上,提出了一种符合城市水体特点的感官质量评价方法.通过考察城市水体感官质量与不同水质指标的相关性,筛选出了氧化还原电位、浊度、氨氮、溶解氧作为表征城市水体感官质量的特征性指标,并确定了不同指标水体分级的浓度限值,通过插值计算以及加权平均的计算方法,建立了城市水体感官愉悦度指数（WCI）评价方法.对该评价方法进行了验证,发现依据水质指标计算得到的WCI与现场人员感官评价结果相对误差小于40%的样本占总样本量的93%.研究结果表明,该方法可用于平原河网地区城市水体感官质量的评价,并为地方水体修复治理效果评价和公众休闲娱乐提供指导.     

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.     

遥感与GIS辅助下的非点源模型空间参数提取

非点源模型的应用面临着数据收集和管理困难等难题，本文以SWAT模型在芦溪小流域的应用为例，阐述了遥感与GIS技术在非点源研究中的应用，主要包括利用TM影像提取土地利用信息，利用GIS进行插值，划分子流域和信息提取。研究表明，遥感与GIS能够在相当程度上解决非点源模型应用中的数据收集、分析和管理困难。遥感能经济快速获取空间信息。GIS在空间数据综合分析、空间数据的插值中发挥着重要作用。建议在今后的研究工作中加强研究空间数据对非点源模型模拟结果的误差传递。     

基于冗余分析的城市河湖水污染成因及尺度效应

以武汉中心城区的东沙湖流域为研究对象,以7项下垫面及3项降雨因子为影响因子,以18项河湖水环境因子为响应变量,基于冗余分析研究多尺度下两者之间的关系.结果表明：在所研究的10项影响因子中,硬质铺装面积率和河网水面率是东沙湖流域城市河湖水环境的主要影响因子,贡献率达0.703和0.652,城市道路面积率则是3000m及以外缓冲区尺度下的主要影响因子,贡献率达0.796,降雨的空间分布不是主要影响因子,贡献率低于0.371;影响因子对水环境影响的尺度效应与排水管网的有无和水文汇水单元尺度的大小密切相关;东沙湖流域的河湖水污染可归因于以硬质铺装为代表的不透水面上的面源污染和经由排水管网运移排放的点源污染,河网水面率则是改善水环境的关键因素.     

水库调度和营养物消减关系的探讨

以北京密云水库为研究背景,研究和分析水库的水质分布特征,在此基础上研究水库调度与富营养物质消减之间的关系.并在对实际水质监测数据和模型模拟结果分析的基础上,提出了水库富营养化控制中的水库调度措施,即结合水库的防洪调度,采用底层放水的方式去除营养负荷.最后还分析该运行管理措施的可行性和应注意的几个问题.     

水质模型参数优化的遗传算法实现及控制参数分析

参数识别是数学模型应用的前提.遗传算法是一种通用的全局优化算法,结构简单.一个实际应用问题能否利用遗传算法解决,关键在于遗传算法的设计和控制参数的选取.本文结合水质模型参数优化的特点,提出采用正交试验设计的方法来考察遗传算法不同控制参数对参数优化性能的影响,结果显示,正交法较好地识别了关键影响因素,并提出可能的最优方案.表明遗传算法能较好地应用于复杂多参数水质模型的参数识别研究.     

基于MCMC法的水质模型参数不确定性研究

参数识别是数学模型应用的前提.鉴于常用贝叶斯离散化方法在搜索复杂模型参数后验分布时的计算限制的原因,本文引入了MCMC采样法.为考察MCMC法对参数后验分布的搜索性能和效率,进行了2个案例研究.结果表明,MCMC法对参数后验分布的搜索,无论是搜索性能还是搜索效率,均表现出了独特的优越性.同时,Gelman收敛判别准则计算表明,MCMC采样序列均能稳定收敛到参数的后验分布上.可见,MCMC法适用于复杂环境模型的参数识别和不确定分析研究.