A real-time,dynamic early-warning model based on uncertainty analysis and risk assessment for sudden water pollution accidents

A real-time, dynamic, early-warning model (EP-risk model) is proposed to cope with sudden water quality pollution accidents affecting downstream areas with raw-water intakes (denoted as EPs). The EP-risk model outputs the risk level of water pollution at the EP by calculating the likelihood of pollution and evaluating the impact of pollution. A generalized form of the EP-risk model for river pollution accidents based on Monte Carlo simulation, the analytic hierarchy process (AHP) method, and the risk matrix method is proposed. The likelihood of water pollution at the EP is calculated by the Monte Carlo method, which is used for uncertainty analysis of pollutants’ transport in rivers. The impact of water pollution at the EP is evaluated by expert knowledge and the results of Monte Carlo simulation based on the analytic hierarchy process. The final risk level of water pollution at the EP is determined by the risk matrix method. A case study of the proposed method is illustrated with a phenol spill accident in China.     

简化一维水质模型在突发水污染事故模拟预测中的应用

传统水质模拟预测模型对突发水污染事故事发地的水文、水下地形等资料要求较高,在缺乏相应资料时会影响对水污染事故的可靠预测和预警。为解决问题,亟需建立在应急条件下能快速预测预警的简化水质模型。以传统一维水质模型为基础,通过人工测量河流沿程流速,自动插值获得流场以替代模型中对流场的求解,再求解一维对流扩散方程,以此获得简化的一维水质模拟预测模型。模拟计算结果表明,相对于传统水质模型,简化后一维水质预警模型可快速准确地预测突发水污染事故后污染态势。     

基于水质污染风险识别的人工湖需水研究

人工湖需水量是指维持湖区水量平衡、满足人工湖水质目标的供水量,人工湖需水量确定是人工湖水体工程设计的主要内容之一。以上虞滨海新城建设的人工湖为例,分析了人工湖建成后的可能污染源,采用TP质量守恒模型,预测了不同生活污水截污率、生态措施作用前后的人工湖需水量及水质要求。结果表明,当生活污水截污率为100%时,若供水TP≤0.10mg/L,则人工湖需水量为240万t/a;当生活污水截污率为95%时,若供水TP=0.05mg/L,不考虑生态措施作用,则人工湖需水量为1 600万t/a;当生活污水截污率为95%时,若供水TP=0.05mg/L,在生态措施作用下人工湖需水量为730万t/a。     

A model for interprovincial air pollution control based on futures prices

Based on the current status of research on tradable emission rights futures, this paper introduces basic market-related assumptions for China’s interprovincial air pollution control problem. The authors construct an interprovincial air pollution control model based on futures prices: the model calculated the spot price of emission rights using a classic futures pricing formula, and determined the identities of buyers and sellers for various provinces according to a partitioning criterion, thereby revealing five trading markets. To ensure interprovincial cooperation, a rational allocation result for the benefits from this model was achieved using the Shapley value method to construct an optimal reduction program and to determine the optimal annual decisions for each province. Finally, the Beijing–Tianjin–Hebei region was used as a case study, as this region has recently experienced serious pollution. It was found that the model reduced the overall cost of reducing SO₂ pollution. Moreover, each province can lower its cost for air pollution reduction, resulting in a win–win solution. Adopting the model would therefore enhance regional cooperation and promote the control of China’s air pollution.

Implications: The authors construct an interprovincial air pollution control model based on futures prices. The Shapley value method is used to rationally allocate the cooperation benefit. Interprovincial pollution control reduces the overall reduction cost of SO₂. Each province can lower its cost for air pollution reduction by cooperation.     

河流水环境中的非突发性水质风险模型研究

把影响水质模型的随机因素看成一个具有零均值的维纳过程，建立一个研究非突发性水质风险的随机微分动态模型，并对该维纳过程强度进行了估值。研究表明，水环境中的随机因素是引起非突发性风险的一个重要原因。     

中国工业水污染及其成因的de Bruyn模型分析

选取废水、挥发酚、氰化物、COD、石油类和氨氮为中国工业水污染指标,利用分解分析方法将2004—2010年间的污染变化分解为规模效应、结构效应、污染治理效应、清洁技术效应和广义技术效应。结果显示,这5类效应的平均作用强度分别为2.08%、3.04%、15.61%、17.37%和32.88%,其中规模效应和广义技术效应是影响工业水污染的主导效应。各类效应对不同污染物的作用方向并不完全一致,规模效应促进污染物排放量的增加;结构效应以加重污染为主,污染治理效应和清洁技术效应以减轻污染为主;广义技术效应的平均作用强度和负向作用概率均最大,是现阶段中国工业水污染控制最为有效的手段。     

Engineering risk assessment for emergency disposal projects of sudden water pollution incidents

Without an engineering risk assessment for emergency disposal in response to sudden water pollution incidents, responders are prone to be challenged during emergency decision making. To address this gap, the concept and framework of emergency disposal engineering risks are reported in this paper. The proposed risk index system covers three stages consistent with the progress of an emergency disposal project. Fuzzy fault tree analysis (FFTA), a logical and diagrammatic method, was developed to evaluate the potential failure during the process of emergency disposal. The probability of basic events and their combination, which caused the failure of an emergency disposal project, were calculated based on the case of an emergency disposal project of an aniline pollution incident in the Zhuozhang River, Changzhi, China, in 2014. The critical events that can cause the occurrence of a top event (TE) were identified according to their contribution. Finally, advices on how to take measures using limited resources to prevent the failure of a TE are given according to the quantified results of risk magnitude. The proposed approach could be a potential useful safeguard for the implementation of an emergency disposal project during the process of emergency response.

     

基于DEA的中国工业污染治理效率

以用于工业污染治理的资金和设备为投入指标,以工业废水达标排放率和废水重复利用率、工业废气排放削减率、工业固体废物综合利用率和处置率为产出指标,利用DEA模型将污染治理的综合技术效率分解为纯技术效率和规模效率,分析影响污染治理效果的制约因素,为改善治理效果提供依据.结果表明,以1999年为转折点,工业废水治理的制约因素由纯技术效率转为规模效率.1997—2002年,工业废气的种类和性质变化以及废气的复合型污染提升了对废气处理技术的要求,纯技术效率偏低;2002年以后,纯技术效率和规模效率发展不相协调,废气治理投入的资源利用率偏低.1995—2005年,固体废物污染治理的规模效率较高,纯技术效率为污染治理的制约因素;2005年以后,纯技术效率有所提升,但波动较大.整体而言,工业废水治理的多年平均综合技术效率、纯技术效率和规模效率均最高,废气次之,固体废物最低,表现出明显的不均衡性.     

基于三角随机模拟和ArcGIS的河流水环境健康风险评价模型

基于河流水环境系统中随机性、模糊性等多种不确定性共存或交叉存在的特性,将三角模糊数与随机模拟方法相耦合,构建了三角随机模拟模型,并将其应用到湘江(长沙段)的健康风险评价中。通过将各参数浓度进行三角模糊化和随机模拟,结果表明,各断面污染物造成的健康风险的变化趋势,总体沿湘江上游至下游逐步降低,表现为昭山 > 猴子石 > 五一桥 > 橘子洲 > 乔口 > 三汊矶,且昭山、三汊矶断面和乔口断面均有恶化趋势。相对于常规的确定性方法,本模型能够得出评价区域健康风险的可能值区间及其相应的概率水平等定量信息,更加客观、全面地表征评价区域的风险状态及其空间分布差异,为决策者提供更多有用的信息。     

海浪河水环境重金属污染健康风险评价

为阐明海浪河地表水体中重金属污染物的分布特征与风险水平,对研究区域内As、Cd、Zn、Cu、Pb、Mn等重金属污染物浓度进行了分析检测,并采用美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险评价模型对水体中重金属引起的健康风险进行了评价。结果表明,各采样点的重金属监测数据中As、Cd、Zn 和Cu均达到Ⅱ类水质标准,符合水环境功能区划要求,Pb是海浪河主要超标污染物。海浪河重金属As和Cd的健康风险值远远大于Zn、Cu、Pb和Mn的健康风险值,风险值相差4~5个数量级。致癌物As的健康风险值最大,在S5和S6采样点分别达到了5.81×10-5和9.43×10-5a-1,均高于最大可接受风险水平5.0×10-5a-1。     

重庆市页岩气开采的浅层地下水污染风险评价

采用岩溶地下水评价模型的欧洲法完成重庆市浅层地下水脆弱性评价,以重庆市重点水污染行业空间分布为基础,结合区域页岩气井分布及开采量,完成重庆市浅层地下水污染源负荷评价。基于GIS设置叠置矩阵,实现重庆市页岩气开采浅层地下水污染风险评价。结果表明：重庆市浅层地下水固有脆弱性中等及以上区域面积29 065.4 km2,占全市35.27%,主要分布在渝东北大巴山及渝东南武陵山地区;重庆市页岩气开采污染源负荷中等及以上区域面积29 124.98 km2,占全市35.35%,主要分布在中部涪陵区、渝西都市区及周边;浅层地下水污染中等及以上风险区域面积12 628.07 km2,占全市总面积的15.33%,其中页岩气规划开采区内面积8 450.86 km2,占类型区面积的66.92%,占规划区18.38%,高风险区主要分布在渝中部涪陵及渝东南彭水局部、黔江局部及秀山等地,中等风险区呈分散分布。页岩气开采应尽量避开岩溶大泉、落水洞等高风险区域,强化防范地下水环境风险的措施,以保证区域地下水安全。     

Real-time location algorithms of drinking water pollution sources based on domain knowledge

Environmental Science and Pollution Research - The real-time location of pollution sources is the process of inverting pollution sources based on the dynamic optimization model constructed by the...     

基于WASP模型计算尾水回用河道污染负荷

城市景观河道水质恶化,主要是由于河道两岸污染物质排放进入水体,导致水体水质下降。为了计算下游各区段污染物质日负荷排放量,同时甑别重点排污区段,提出采用WASP水质分析模拟软件计算各段氨氮负荷排放量。模拟过程需先定义河道基本参数：河道长宽、水深,入河流量增加量、水体流速、氨氮循环拟合公式中硝化速率、反硝化速率系数等。模拟结果表明,不同氨氮浓度求得的入河负荷值是相对唯一的。1 g/d负荷的增加会导致模拟浓度改变0.01~0.06 mg/L。同心河下游生活区（一~三段）的氨氮排放负荷比上游工业区（四~六段）大,生活区氨氮排放负荷达到河道总排放负荷60%~70%。河道氨氮负荷削减模拟的结果表明：上游氨氮污染负荷量越大,下游削减负荷程度越高,从而使得下游氨氮浓度越低。     

浙江省饮用水源有机毒物污染特征及健康风险研究

在对浙江省98个县级以上饮用水源地水体中有机毒物污染进行调查的基础上,运用美国环境保护署(EPA)制定的相关模型对饮用水源地水体中有机毒物污染引起的健康风险进行评价。结果表明,在98个饮用水源地水体中共检出7种有机毒物,分别为微囊藻毒素-LR(MC-LR)、微囊藻毒素-RR(MC-RR)、草甘膦、邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)、邻苯二甲酸二丁酯、多环芳烃、咔唑;各饮用水源地水体中检出的有机毒物引起的健康风险大小依次为多环芳烃DEHP咔唑MC-LR草甘膦邻苯二甲酸二丁酯;存在有机毒物检出的饮用水源地水体的总健康风险约为10-13～10-8a-1,与部分国际机构制定的饮用水源地水质健康风险水平判断标准相比,浙江省饮用水源地水体中有机毒物污染引起的健康风险远低于可接受水平,大部分饮用水源地水体的健康风险甚至达到可忽略水平。     

基于GCM_CB模型的土壤重金属污染评价

灰色聚类法已经运用于土壤重金属污染评价中,然而此法在确定聚类权重时仅考虑重金属浓度,忽略了衡量重金属毒性强弱的重要指标生物毒性指数。为了更客观和准确地反映土壤重金属的污染程度,将生物毒性指数引入到聚类指标权重中,构建GCM_CB(grey clustering method_concentration and biotoxicity)土壤重金属污染评价模型。通过对华东某地区的10个区域土壤重金属污染进行分析评价,并与常用评价方法对比研究,表明:其多数样点的评价结果基本一致,但针对样品4和样品9中的元素Hg,因其强毒性,使得评价等级由I级定为II级,从而提高了评价方法的灵敏度,更加符合该区域的实际土壤污染情况。     

工业点源大气污染扩散空间信息系统

开发了一个基于高斯扩散的大气污染扩散空间信息系统,用于模拟工业点源污染对区域大气质量的影响。该工业点源污染模型包括工业点源数据库、扩散参数、气象条件和大气质量评价4个主要数据库。用该模型计算上海市主要工业区的SO2排放,结果表明,该模型为模拟SO2污染扩散提供了一个有效便捷的方法。     

基于“压力—状态—响应”模型和分形理论的湿地生态健康评价

科学评价湿地生态系统健康是湿地管理和保护的重要前提。以海河流域河北衡水湖湿地为例,采用"压力—状态—响应"(PSR)模型对其健康评价进行探讨研究,并对该模型的压力、状态和响应部分分别建立相应的指标体系;该指标体系不仅将生态、经济、社会要素结合起来,而且考虑了湿地所处地区的社会经济结构、湿地所具有的功能以及管理部门、个人及企业等对保护湿地所采取的措施。同时,根据湿地生态系统具有自组织、自相似的特征,基于分形理论对其进行评价。计算分析时首先对选择的各指标进行归一化处理,然后采用最小二乘法求解拟合曲线斜率的方法来计算分维数(D),由1/D得到脆弱度,以此作为评价健康程度的依据。计算结果表明,D=0.5826,则脆弱度为1.7164,表明衡水湖湿地生态系统处于不健康程度。该湿地亟待开展进一步的科学管理和生态保护。     

An improved method used for evaluating potential environmental pollution risk based on spatial distribution and density of farms

Environmental Science and Pollution Research - The livestock manure nitrogen load on farmland (LMNLF) is often used to assess the potential environmental pollution risk of livestock manure nitrogen...     

基于智能优化算法的河流水质模型参数的优化

为探索河流水质模型参数新的求解方法,根据有限的实测数据,分别应用免疫进化优化算法和免疫进化优选的捕食搜索算法,对河流水质模型计算公式中的多参数进行优化。将优化得到的计算公式用于国内外若干河流的河段中DO浓度值的拟合,并与实测结果进行了比较。结果表明,将免疫进化优化算法或免疫进化优选的捕食搜索算法优化得到的水质模型参数精度不仅较高,而且相对稳定,从而为河流水质模型参数的优化提供了一种新方法。