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.     

大型底栖动物生物评价指数比较与应用

采用不同生物指数评价河流健康,结果往往有差异,如何识别各种生物指数的关系和适用性成为亟待解决的问题.基于太子河流域大型底栖动物群落研究,比较了5种大型底栖动物生物指数评价结果的差异.结果表明,5种指数具有极显著的相关性,但由于健康等级划分标准差异,造成不同指数的健康评价等级存在一定差异.同时分析了不同指数对不同类型人为活动影响的敏感性,研究其在河流健康评价中的适用性.结果表明在太子河流域中,BI指数与土地利用类型和溶氧具有较好的相关关系,对这两类的干扰具有较好的指示作用;FBI指数对酸污染和氨氮污染具有较强的指示作用;ASPT指数与耗氧相关的水质指标有较强的负相关;B-IBI指数与总氮呈显著的负相关关系,可较好指示氮污染,而且B-IBI指数与其他类型人为干扰活动均呈显著的相关关系,对土地利用和水质污染也具有较好的指示作用.综上所述,大型底栖动物BI指数和ASPT指数应该分别适用于评价流域土地利用和水化学指标对河流生态系统的影响,而B-IBI可用于评估多种类型人为干扰活动.     

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.     

渤海湾大型底栖生物群落结构变化及原因探讨

根据近6年来的渤海湾大型底栖生物群落的资料,以及2011年的现场调查数据,从渤海湾底栖生物群落结构的变化特征出发,分析了其变化的过程和规律.同时结合渤海湾水域近几年来的水动力条件以及营养盐、溶解氧等水质特征变化,探讨底栖生物群落变化的原因.结果表明,渤海湾大型底栖生物的物种数、生物量、丰度、丰富度指数、多样性指数的高值区皆集中分布在海河口北侧离岸较远的海域,而低值区则基本集中分布近岸海域,且呈现由近岸向外海逐渐增加的趋势.渤海湾大型底栖生物群落变化可大体分为3个明显的时间节点:第一个时间节点为2005年和2008年,底栖生物群落无论总物种数、生物量和丰度都较高;第二个时间节点为2009年和2010年,底栖生物群落的上述指标值最低,表明这两年渤海湾受自然变化和人为因素干扰的程度加剧;2011年,由于渤海湾水域的各项强有力的环保措施的实施,底栖生物群落的上述指标值最高,说明其得到一定程度的恢复.渤海湾水域底栖生物群落变化受到该区域的物理因素、化学因素和生物因素的共同影响,变化特征也与各环境因素的变化基本吻合.     

浙中典型富硒土壤区土壤硒含量的影响因素探讨

通过对浙江省中部典型富硒土壤区的系统调查研究,总结了影响土壤硒含量的主要因素.结果表明,地质背景对土壤硒含量有控制作用,汤溪组、之江组和金华组分布区的土壤硒含量明显高于其他地质背景区.研究同时发现,土地利用方式对土壤硒的迁移富集有不可忽视的影响,旱地土壤比水田土壤更易富集硒元素.由于土壤有机质对硒的吸附与固定作用,致使其成为影响硒含量的重要因素之一.除此之外,研究认为土壤质地也是影响土壤硒含量的重要因素,土壤中黏粒含量越多,越黏重,硒含量往往较高.     

硝酸盐对矿化垃圾中兼/厌氧甲烷氧化的影响

设计全因子实验研究了NO-3-N对填埋10~12 a的矿化垃圾中兼/厌氧甲烷氧化作用的影响.结果表明,兼/厌氧条件下,NO-3-N能促进矿化垃圾中CH4的去除.初始CH4和NO-3-N对CH4去除和N2产生有明显影响,且两者具有交互作用(P<0.05).CH4去除量随着初始CH4体积分数的增加而增加,添加一定含量的NO-3-N能促进CH4去除,同时通入一定体积分数CH4可以明显促进反硝化作用,说明矿化垃圾中NO-3-N还原能与兼/厌氧甲烷氧化耦合.本实验条件下,初始CH4体积分数为30%,NO-3-N含量为110 mg·kg-1时耦合效应较好.     

铅蓄电池厂污染土壤中重金属铅的清洗及形态变化分析

以我国西南某铅蓄电池厂区内不同污染负荷的铅污染土壤为研究对象,对其中铅含量和形态进行分析,并利用不同清洗剂清洗进行筛选.对不同pH条件下铅的清洗效率和铅形态进行分析,并对不同粒径土壤进行不同时间清洗以确定最佳清洗时间.结果表明,厂区内A和B点土壤污染严重,分别达到15 703.22 mg.kg-1和1 747.78 mg.kg-1,活动态铅比例较大,残渣态仅占17.32%、11.64%、14.6%和10.2%.EDTA、盐酸、柠檬酸、鼠李糖脂和SDS这5种清洗剂中EDTA和盐酸的提取效果最好.酸性条件下的清洗不仅能有效地提取铅总量并能有效地减小铅活动态的环境风险,建议pH 4～7最为合适.粗沙粒和细沙粒的清洗效果较好,清洗粉黏粒建议改进工艺,清洗时间定为240 min效果最好.     

层次化健康风险评估方法在苯污染场地的应用及效益评估

以北京某大型苯污染场地为例,详细介绍了如何开展层次化健康风险评估.同时,结合场地污染调查结果,比较了不同层次风险评价确定的土壤苯修复目标、修复量及修复成本的差异.结果表明,在1×10-6可接受致癌风险水平下,该场地第二层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为0.26 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为0.15mg·kg-1,相应的土壤修复量约为292 759 m3,修复成本约2.06亿元.但是,基于该场地苯污染区域土壤气中苯浓度进行的第三层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为2.6 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为1.5mg·kg-1,相应的土壤修复量约为153 222 m3,减少139 537 m3,修复成本为1.49亿元,减少了5 700万元,修复成本的降低远多于因开展第三层次风险评价所付出的约10万元的成本.因此,对于类似大型VOCs污染场地,开采第三层次健康风险评价能够节省大量修复成本、带来巨大的经济效益.     

连环湖牙门气泡沉积物重金属演化和污染研究

2010年8月在牙门气泡的湖心位置采集了柱状沉积岩心.采用HNO3-HClO4-HF联合消解并运用ICP-MS测试了柱状沉积岩心中金属元素Cr、Cu、Mn、Ni、Fe、Pb、Zn、Cd、Al、Ba、Ca、K、Li、Mg、Na和Sr的含量,结合沉积岩心年代测定,研究了该湖区沉积物重金属元素演化特征及污染历史.应用富集系数法探讨了湖泊重金属的污染特征.结果表明,1950年以前各元素含量变化趋势平稳,1950～1990年间波动较大,1990年以后金属元素Mn、Zn、Cd、Pb、Fe、Ni、Cr、Cu、Ca、Li和Sr浓度明显增加.牙门气泡重金属元素Mn、Zn、Cd、Pb存在轻微污染,而Ni、Cr和Cu无污染.     

中国区域环境绩效及波特假说的再检验

以二氧化碳为非期望产出,基于序列DEA的方向性距离函数、环境规制强度指数、Malmqulist-Luenberger指数,测度了1999~2010年中国30个省、市、自治区及东、中、西、东北四大区域的环境技术效率、环境规制成本及全要素生产率,并对四大区域的全要素生产率进行了波特假说的再检验.研究结果表明:区域间的环境技术效率呈现东-东北-中-西依次递减的演变格局;东北老工业基地的环境规制成本最高、西部地区最低;环境规制强度与全国及四大区域全要素生产率有显著的正相关性,这支持了波特假说的存在;技术进步效应的检验结果显示,只有中部区域支持波特假说的存在,西部区域检验结果表明碳排放的规制过高会对技术进步带来消极影响;环境技术效率变化效应的检验结果显示,全国及四大区域均支持波特假说的存在,碳排放规制强度的加强,会推动各地区在不同时期追赶最优生产前沿面的程度.