基于流域生态补偿机制的淮河上游应急控制系统模型建立与应用研究

本文以淮河上游干流及其主要支流为例,基于对河流环境容量、污染排放量及浓度耦合机制辨析,以建立河流水体污染物浓度概率模型为基础,应用污染物综合衰减理论和系统控制理论,建立由入河口上溯到污染源的河流污染应急控制系统,以点源的污染贡献量及其万元产值排污系数为依据,分别计算各个污染源的环境损益值,按照经济效益和环境效益相统一的原则,对污染损益比值大的点源废水限制排放,优化得到控制目标下的污染控制方案,实现河流水质的可控性。在流域水体污染概率控制、点源对河流的污染响应、河流水质限制点源系统优化控制方面具有一定意义。     

面向多源数据的AQP区域大气污染精准溯源研究

空气质量优先保障(AQP, Air Quality Priority)区域包括城市居住区和亚运会、世博会等重大活动的举办地等.为了解决AQP区域PM_2.5浓度超标而无法准确追溯污染源头的问题,提出一种新的面向多源数据的AQP区域大气污染精准溯源方法 .由于直接溯源方法无法量化不同污染源区域对复合污染的贡献大小,建立一种融合气象数据、污染源区域排放数据、污染物浓度数据的机器学习模型LightGBM-PSO,以捕捉污染源排放和大气污染物浓度之间的非线性响应,模型输出AQP及相邻区域各污染源监测区域排放输入的特征重要程度(FI),由此可得各污染源区域的贡献度排名,并通过贡献度划分污染源站点等级,结合不同等级污染源站点的空间分布确定溯源结果.以2022年1月1日—4月15日杭州市滨江区、上城区、西湖区和萧山区的气象数据、污染源区域排放数据和大气污染物数据进行实验验证.结果表明：相比于贝叶斯优化算法,PSO对LightGBM模型超参数具有更好的优化效果,分别在RMSE、MAE和R2指标上高出7%、3%和3%;相比于SVR、LSTM和CNNLSTM模型,提出的LightGBM...     

基于SSA-BP与SSA的地下水污染源反演识别

应用基于SSA-BP神经网络替代模型的模拟-优化方法和SSA研究了地下水污染源位置及释放历史的反演识别问题。并在建立地下水水流模型时,应用Cholesky分解方法建立含水层渗透系数连续场,该方法相比于普通的参数分区方法更好地描述了水文地质参数的非均质性。结果表明:SSA-BP神经网络替代模型对模拟模型具有较高的逼近精度,其平均相对误差仅有3.21%。应用SSA求解优化模型,能够快速准确地识别出点污染源的位置及释放历史。SSA对污染源位置的反演识别相对误差在10%左右,对污染源源强的反演识别相对误差不超过4%。因此,本文所提出的方法是一种有效的地下水污染源识别方法,可为污染责任认定及污染修复方案的优化提供参考。     

基于自组织映射(SOM)算法的地下水污染源反演

根据污染物浓度监测数据进行地下水污染源反演是一类典型的地下水逆问题,通过对地下水污染源位置与强度的确定有助于提高地下水污染治理与修复的效果.提出一种基于自组织映射(SOM)算法的地下水污染溯源模型的替代模型的构建方法,并通过数值算例研究了 SOM替代模型中训练数据样本数目和神经元数目的最优组合,以得到能够准确地表征地下...     

基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

基于PSO-DE算法的突发水域污染溯源研究

利用PSO-DE混合优化算法结合移动监测平台研究了污染物源项识别问题,包括单点固定源和多点固定源位置的反演.该方法把源项识别反问题转化为非线性优化问题,用N个移动平台检测并记录所在水域的污染物浓度,将各自位置的坐标值记为此移动平台的p_(best),每一个移动平台均对应一个p_(best),即共有N个p_(best),将N个移动平台获取的污染物浓度值进行对比,选择最大污染物浓度值对应的水域坐标,记为g_(best),以此作为初始种群先进行PSO优化获得的种群,再进行DE优化,取两者浓度高的作为g_(best),直到获得浓度值最高的点,即污染物初始投放点.多个算例的计算结果表明,采用该算法对含点源的二维水域污染源溯源问题能够得到精度较高的反演结果.     

城市市政排水管网污染物溯源技术研究进展

城市市政排水管网污染源种类繁多且难以辨析,在未明确污染源前提下进行污染控制通常会因缺乏针对性而导致效果不佳,目前尚缺乏对已有管网污染物溯源技术的系统梳理,难以快速准确根据污染场景确定相应的溯源技术。系统综述了现有城市市政排水管网污染物溯源技术,包括物理排查法、特征因子法和水纹识别法等,阐明了各种典型技术方法的原理及在管网污染物溯源研究中的应用现状,比较了各溯源技术的优劣性及其应用场景,最后对管网溯源技术的未来研究方向进行了展望。针对排水管网内污染源错位问题,可在对管网物理排查的基础上,耦合使用数值模拟法、水纹识别法及特征因子法,确定目标溯源管段、可能排放行业以及具体排水户等,再结合稳定同位素法,厘清污染物的产生、输送及排放特性。本研究旨在为高效识别污染源位置、源强及排放过程提供基础支撑。     

基于LAM模型的多干扰特征河流磷污染源解析

针对高强度复杂人类干扰河流磷来源难以定量解析的问题,构建基于流量与污染物浓度关系模式的污染源解析模型,定量分析多干扰类型河流磷的点源和非点源负荷与时间贡献。以滇池流域的源头河流、水库干扰河流、水库-调水复合干扰河流等为例,采用LAM源解析模型建立了河流磷浓度与流量的响应关系,分析了主要河流磷的源贡献结构与时空分布特征。结果表明:2018年非点源是滇池主要入湖河流磷的主要贡献源,非点源负荷占比为53%~100%,汛期与全年差异较小;从污染源主导时间看,点源是宝象河和盘龙江大花桥-德胜桥段时间占比最高的污染源,表明低流量期间点源控制对改善水质仍然具有十分重要的意义。研究结果可为我国多种人为干扰类型河流的磷污染源解析提供方法借鉴与指导。     

珠江三角洲区域大气二次有机气溶胶的数值模拟

二次有机气溶胶是大气颗粒物污染的重要组分之一,确定大气中二次有机气溶胶污染状况及来源是深入了解大气颗粒物污染发生、演变规律及其影响因素的前提.基于珠江三角洲区域的污染源和气象资料,利用耦合了二次有机气溶胶模块的二维空气质量模式对区域尺度上的大气二次有机气溶胶污染状况和来源进行了模拟研究.结果表明,二次有机气溶胶生成具有明显的光化学反应特征,浓度高值出现在14:00左右;源排放较大的广州和东莞的部分地区及其下风向的中山、珠海和江门部分地区SOA浓度较高;几类主要污染源对SOA的贡献率分别为:生物源72.6%,流动源30.7%,点源12%,溶剂、油漆源12%,面源不足5%.     

基于控制断面水质达标的河流水环境容量案例分析:以银川市灵武东沟为例

河流水环境容量研究是保障河流断面水质达标的科学依据。以银川市灵武东沟小流域为研究对象,基于灵武东沟入黄口断面水质达标要求,建立"控制单元划分-水环境问题诊断-污染排放与水质响应关系建立-水环境容量核算与分配-污染管控"系统体系,进行河流水环境容量研究。结果表明:1)综合考虑研究区水文、行政区划及污染源分布情况,划分3个控制单元; 2)水环境问题诊断结果显示氮浓度超标严重,枯水期污染物浓度高,工业为主的点源为重点控制污染源; 3)首要超标污染物NH_4~+-N的污染排放与水质响应模型结果显示,控制单元NH_4~+-N的许可排放量为384. 32 t/a,小于入河排放量,需进行入河排放总量控制; 4)采用污染贡献分析法进行总量分配并基于分配结果提出"污染源系统控制-河道水质净化及生态修复-水量保障与优化-综合监管"的污染减排方案,最终实现了水环境容量体系在研究区的建立与应用。     

珠江三角洲大气颗粒物研究进展

珠江三角洲地区大气颗粒物污染严重,本文对该地区大气颗粒物的研究进展进行了综述。该地区大气颗粒物具有区域性污染特征。不同采样点不同时间离子浓度有明显差异,它们的形成和转化与大气化学过程有关。OC中的烷烃和多环芳烃多存在于细粒子中,并且二次OC含量较高。珠江三角洲地区大气颗粒物的污染源主要包括工业点源的排放、城市建设、机动车尾气等。     

合肥市冬季大气NO_2污染特征及模拟研究

基于合肥市NO_2浓度逐时监测数据,分析了该地区冬季大气NO_2污染的时空变化特征;并在主要大气污染源调查的基础上,构建了污染源排放清单,利用CALPUFF模型对NO_2浓度的动态变化进行了模拟。结果表明:合肥市大气NO_2浓度除个别点超标外,基本在《环境空气质量标准》(GB3095-2012)二级标准限值内。受主导风向和污染源位置影响,合肥市大气NO_2浓度以东北、西南部较高;浓度日变化呈典型的双峰型分布,早晚出现峰值,午后出现谷值,并且在休息日表现出污染浓度下降、日变化趋缓的"周末效应"。CALPUFF模型对NO_2浓度的空间分布格局总体把握较好,并且对其逐日变化具有比较可靠的模拟能力,模拟值与监测值的相关系数达0.7,模型对工作日的模拟效果略优于休息日。在研究时段内合肥市区面源对大气NO_2污染浓度贡献最为显著。     

长江流域总磷污染:分布特征·来源解析·控制对策

针对长江流域总磷污染,开展总磷污染时空特征分析,选择长江流域总磷污染最严重的上游地区岷江和沱江为典型区,分析总磷来源,提出总磷污染控制对策.研究表明:2016年开始总磷成为长江流域主要污染因子,其中上游污染最重,中游污染最轻,总体呈降低趋势;长江流域枯/平水期总磷污染较重,丰水期污染较轻,说明流域主要污染负荷来自点源.总体来说,造成长江流域总磷较高的原因有:磷矿开采和磷化工的污染源高负荷排放,造成部分河段水质严重超标;基础设施建设滞后,城镇生活污染源排放影响河流水质;畜禽养殖废物资源化利用不足;生态流量不足,加剧水污染问题;水污染治理导向不全面和污染源监管措施不系统,影响总磷水质同步改善.针对长江流域总磷污染特征,按照"分区控制、分类治理""突出重点、精准施策"原则,提出长江流域总磷污染控制建议:①抓住长江流域上游重点片区,开展流域总磷污染整治. ②抓住磷化工、城镇生活和畜禽养殖等三类涉磷重点污染源的治理,控制磷污染负荷排放. ③抓住环境监管有效手段,进一步完善水环境标准和监管体系.      

基于扩散波模型和遗传算法的河道排污口溯源方法研究

针对河道排污口人工排查成本高且难以做到实时性的问题,建立了基于水流扩散波模型和遗传算法的河道排口反问题溯源方法,并通过突发污染排放的设计算例和河流污染排放实际调查案例进行验证。结果表明:1)反问题模型能有效反演潜在的突发性大流量污染排放,包括排放位置、水量、排放起始时间和终止时间;经过多次运算反演结果的中位值与真实解几乎完全一致。2)对于日常排污口排查而言,该方法可通过合理的水文监测断面布设,准确识别出河流中潜在的多个排污口空间位置和排放水量。3)对于突发排放和日常排污口排查,溯源精度均可达到200 m以内;对应监测站点的布设距离为2 km。因此,该反问题模型可为未来基于在线数据的河道水下排污口动态监管提供技术参考。     

地下水有机污染源识别技术体系研究与示范

地下水有机污染点多面广、污染源不清、治理难度大,如何从源头上控制污染源,减少污染源对地下水的威胁,是地下水污染控制和治理的关键.以典型污染场地为例开展有机污染源辨识研究,建立地下水有机污染源识别技术体系,并应用于典型污染场地地下水有机污染源的识别.在掌握污染场地地质、水文地质条件的基础上,从大量地下水分析化验数据中,确定污染场地特征污染物为四氯化碳,建立污染场地溶质运移模型,并结合单体同位素技术,通过模型反演和同位素溯源,确定了典型场地有机污染源的分布、污染现状,并对识别出的潜在污染源进行调查和土壤取样分析,结果表明,辨识出的两个历史污染源位置、污染物浓度分布结果可靠,为地下水污染治理提供了依据.     

水环境非点源模型与污染控制对策研究

随着我国点源污染逐渐受到控制,非点源污染已成为主要的污染源.本文介绍了水环境非点源污染的模型化研究,分析介绍了非点源污染控制的BMPs原则,对我国非点源的研究和控制这方面的工作有一定意义.     

ISC长期模型在烟台市空气污染控制规划中的应用

首次将ISCLT模型应用在烟台市空气污染综合控制规划中。研究在进行模式验证的基础上，模拟了SO2，NOx长期平均浓度，进行了城市空气污染特征分析及控制效果的预测。结果表明，ISCLT模型完全适用于在气象参数的获得受到限制的情况下模拟大气污染物的长期浓度分布；部分主要高架污染源以及低架点源是烟台SO2污染的主要来源；在市中心区、环境空气中NOx浓度的2／3来源于机动车排放；实施综合治理方案后，区域SO2浓度基本达到国家一级标准。     

突发型大气污染源位置识别反演问题的数值模拟

在突发型大气污染事件中,能否根据临时监测数据对污染源的位置进行快速识别,对于城市大气污染源的控制管理以及改善城市空气质量意义重大.为了构建突发型大气污染源位置识别的空间反演算法,本文通过分析大气应急污染监测的临时采样数据,结合污染物浓度扩散模型,随机生成污染源和计算污染物浓度的空间分布,对突发型大气污染源进行定位并与实际测量结果进行对比分析,采用蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation)对相关参数进行讨论,最终构建能对突发型大气污染源进行快速估计定位的空间反演算法.研究结果表明,本文构建的空间反演算法输出的污染源坐标与实际情况相符.因此,该算法可用于突发型大气污染源位置的快速识别.     

地下水污染风险区划方法研究

针对地下水易污性评价未考虑污染源要素,缺乏系统有效的地下水污染风险区划方法与参数体系等问题,基于对污染地下水的系统结构分析,污染源解析,构建了地下水脆弱性与污染源综合评价耦合模型,提出了针对地下水污染源的多指标评价方法,形成了地下水污染风险区划的多因素综合评价方法,建立了系统的地下水污染风险评价的参数体系.利用构建的多因素耦合评价方法,以我国北方某大型岩溶地下水源地作为案例进行了污染风险区划,确定了主要污染风险区域.结果表明,风险源与地下水易污性的共同作用决定了地下水高污染风险区分布.地下水污染风险区划方法的建立为地下水污染有效监管提供了必要的方法支撑.     

城市污水氮污染排放特征及来源探讨——以北京市海淀区为例

污水处理厂是城市重要的氮移除系统,同时也是潜在的氮污染源.研究城市污水处理过程中的点源氮污染物排放特征及其潜在可能性来源,有助于理解城市化过程中污染性氮素的循环过程.本文选择北京市城市化程度较高的海淀区,对服务此区域的污水处理厂进行为期1年的定点采样,分析区域污水处理过程中氮污染排放规律,并探讨其可能来源.研究结果表明,研究区城市污水中氮浓度具有显著的月变化特征,城市污水TN浓度呈现缓慢增长后递减趋势,变化范围在34.975~59.987 mg·L-1之间;从四季整体来看,TN在中午11:00—13:00和傍晚18:00—21:00浓度值较高.城市污水氮污染物主要以NH+4-N形态存在,而排河尾水中以NO-3-N形态为主.月均每人导致的污水氮污染排放量为0.95kg,峰值出现在12月;污水处理过程中氮污染排放率在寒冷季较高;更为先进的污水处理技术有助于减少处理过程中产生的氮污染排放.寒冷季是1年中控制污水氮污染排放的重要时期.稳定氮同位素溯源方法初步表明,城市污水氮来源呈现季节差异,春、夏、冬季潜在来源包括生活黑水及大气降雨,而当年秋季主要来源是生活黑水.从源头上提高生活黑水的资源化率,有助于城市污水氮污染排放的实际削减.