基于沉积物磷释放的WASP水质模型改进研究

沉积物释放是水体磷污染的重要来源之一.鉴于一般水质模型对沉积物释放项的模拟过于简单,无法充分体现实际河道污染物迁移转化等情况.本研究通过静态和动态相结合的室内沉积物释放模拟实验探讨不同水动力条件下磷释放规律,以此修正现有的水质模型,使沉积物在不同水动力条件下的释放项对河道水质的影响在模型中得到体现,并将其应用于太湖苕溪入湖口的水质模拟中.研究结果表明,在不同水动力条件下,沉积物释放速率与流速呈现指数增长关系.而采用动态底泥释放修正后的水质模拟效果要比采用模型默认值的水质模拟效果好,从而验证了改进模型的合理性,也表明水动力对沉积物释放的影响是水质模拟中不可忽略的因素.     

基于WASP对渝河NH_3-N排放方案的研究

随着宁夏南部山区经济的快速发展,水环境问题在渝河表现得尤为突出。为实现"建设美丽宁夏"和"渝河出境水质达到Ⅳ类标准"的目标,对渝河排污的控制极为重要。因此,基于2014年渝河的监测资料,运用WASP建立一维水质模型对渝河污染主因子NH_3-N排放方案进行研究,并提出了相应的水环境保护建议。结果表明:当初始隆德断面为Ⅲ类水质标准,NH_3-N按一级A标准的优化方案进行排放时,可以达到出境水质目标;同时,增设监测断面ZG1和ZG2有利于全面反映渝河水质的沿程变化。     

基于MIKE 11的河网区域小型闸坝调控的水质响应模拟研究

闸坝运行是流域开发和利用中河流调节的主要形式之一,它改变了河流自然结构、流水过程及其相关环境.然而,目前很少有关于河网区域小型闸坝运行对水环境影响的分析.本研究利用MIKE11建立一维水动力与水质模型,以无锡市主要的污染物高锰酸盐指数,氨氮为指标,模拟闸坝调控模式下与无闸坝情景下无锡河网水质响应.研究表明：多个小型闸坝运行对河网区域内河流水质产生了负面影响,使城市河流高锰酸盐指数(COD_Mn)和氨氮(NH₃-N)浓度都有所上升;其中,闸坝调控对区域内河流上游水质的负面影响更为明显,对下游的则相对较小.在多小型闸坝运行下,河流上游的COD_Mn和NH₃-N总体浓度分别上升了12.89%和11.11%,下游的二者浓度分别上升了5.38%和7.27%.研究结果可为今后小型闸坝群的生态调控以及相关水环境响应研究提供了理论支撑和新思路.     

基于纳污量的流域水环境管理模式——以金华江流域义乌段为例

为解决金华江流域义乌段水质与水功能区要求间失衡的环境问题,建立基于水体纳污能力的流域水环境管理模式.以QUAL2K模型为基础估算了金华江流域义乌段BOD和氨氮纳污能力;建立了同时考虑点源和面源的BOD、氨氮日最大排污量的管理模式.结果表明,流域BOD、氨氮纳污总量分别为4865.5 kg·d-1和431.20 kg·d-1;按照BOD、氨氮现状,其排放量分别削减49.63%和88.71%,才能基本满足流域水环境功能区要求.     

基于水质水动力模型的鱼洞水库水污染物总量控制研究

以CE-QUAL-W2为平台,对昭通市鱼洞水库的水质水动力进行了模拟,很好地再现了水库水质的变化趋势和幅度。根据环境标准的不同解译方式计算了鱼洞水库在三种情景下的水环境容量：情景1以鱼洞水库表层全年的逐日污染物浓度100%达标;情景2以鱼洞水库表层全年80%时间内污染物浓度达标;情景3以鱼洞水库表层全年50%时间内污染物浓度达标。情景1下,鱼洞水库TN、TP负荷需要在现有基础上分别削减50%、45%,该方案风险较低,但面临短期内经济与技术上的不可行,可作为流域环境管理的长期目标;情景2下,鱼洞水库TN、TP负荷需在现有基础上分别削减42%、15%;情景3下,洞水库TN负荷需在现有基础上削减20%,TP不需削减,该方案可作为流域环境管理的近期目标。     

云南省曲靖燃煤区人群多环芳烃的日暴露特征研究

2007年12月~2008年1月于我国云南省曲靖燃煤区开展人群多环芳烃(PAHs)的暴露评价研究.采用气相色谱/质谱联用(GC/MS)测定了环境样品中16种PAHs的浓度,对暴露的途径及各种PAHs的来源比例进行了分析,以苯并(a)芘(BaP)致癌当量计算了人群日暴露总量.结果表明,人群日饮食暴露量为0.20μg/d,且与WHO报道的水平相当.日空气暴露量为5.26μg/d,占PAHs日暴露总量的96%,表明空气是当地PAHs暴露的主要来源.用BaP当量剂量评价致癌风险时,BaP从数量比3.08%上升至毒性当量比49.6%,低环PAHs毒性当量所占比例明显下降.当地人群BaP平均日暴露量为5.46μg/d,超过了标准限值3μg/d.PAHs暴露给当地环境和人群健康带来了长期危害.     

基于MIKE21的南浔区河网水动力水质耦合模拟研究

为提升平原河网水环境质量、改善河道水动力条件,选取浙江湖州市南浔沈庄漾圩区为研究对象,利用MIKE软件建立二维水动力水质耦合模型,以二维浅水方程组为理论基础,应用同平台同维度中嵌套水质模型的水动力方法进行过程耦合,运用断面实测数据与相应经验公式进行参数率定,通过实测数据与模拟效果的分析进行模型验证,分别模拟了不同补水流量和调控位置条件下的水动力水质监测指标变化。结果表明,经率定验证后的耦合模型对河网内水动力和水质指标的模拟精度较好,模拟效果与实测结果吻合度较高;河网在补水流量为初始流量的30%时,湖区水动力提升效果增加9.92%,典型水质指标NH3-N、TP、TN的去除率分别为6.21%、11.4%和6.82%,改善效果显著,最优补水点位置为Code5。     

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

基于土地利用/覆被动态变化的粤港澳大湾区碳储量评价与预测

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动态变化特征及影响机制,进一步模拟预测了2030年3种发展情景（自然趋势情景、建设用地优先情景和生态优先情景）下土地利用类型变化对碳储量的影响.结果表明：(1)2000～2020年粤港澳大湾区的耕地（减少5.38%）和建设用地（增加8.68%）变化最显著,其余用地类型的变化较小.林地作为大湾区的主要用地类型,同样也是重要的碳库,空间上集中分布于东、北、西三面的台地和丘陵地区,碳储存低值区集中于中部平原,以建设用地为主.(2)受不同用地类型相互转化的影响,粤港澳大湾区的碳损失了20.12×106 Mg.耕地和林地面积的减少以及建设用地面积的增加是碳损耗的主要原因.(3)模拟研究发现生态保护措施将有效提高区域碳储量.具体来说,当耕地、林地和草地向建设用地的转化减少20%,湿地和水体向建设用地的转化减少30%时（生态优先情景）,区域碳储量可增加2.58×106 Mg...     

基于环境基尼系数最小化模型的水污染物总量分配优化

本文通过应用WASP模型计算出研究区域环境容量及其在各镇的空间分布,在此基础上确定整个区域的污染物目标总量.结合研究区域实际情况,提出并开发了基于经济、社会和资源禀赋的综合环境基尼系数最小化模型,用于污染物目标总量分配的最优化求解.最终分配方案相比污染物现状排放、容量分配两种情形而言,COD的基尼系数分别下降15.1%和8.4%,氨氮的基尼系数分别下降11.0%和13.7%,分配方案更加公平、合理.在最终优化分配所得的COD削减方案中,长泾镇削减比率最高,达到20%,削减量为231.74t/a;在相应的氨氮削减方案中,祝塘镇削减比率最高,达到59.9%,削减量为59.74t/a.     

水环境容量约束下的太湖流域产业集聚空间优化

以产业集聚发达、水网密集但水环境敏感性强的太湖流域为例,采用环境地理学的理念,选择地貌特征、水质目标、水体通达性、清水通道、现状水质等要素作为表征水环境容量的评价因子,运用GIS空间分析方法,对水环境容量进行分区评价;通过空间叠加分析,依据水环境容量支撑强度和产业集聚污染压力的对应关系,分别划分农业、工业集聚空间优化类型区.结果表明,太湖流域水环境容量地域差异性大,呈现从东北沿江地区向西南沿湖地区逐步递减的格局,而产业集聚引起的污染总体上以太湖、滆湖及长荡湖沿岸乡镇分布较多,与水环境容量的空间分布格局不相吻合.农业集聚空间优化要重点调整太湖一级保护区、滆湖、长荡湖沿岸区域的农业发展,优化调整太湖二级保护区及南部山丘岗地区,一般调整常州、无锡、苏州的市区的农业发展;工业集聚空间优化要重点调整常州、无锡和苏州中心城区,优化调整太湖一、二级保护区范围内以及重点调整区的外围,一般调整乡镇工业集中区.     

Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian, China

Lake Fuxian is the largest deep freshwater lake in China. Although its average water quality meets Class I of the China National Water Quality Standard (CNWQS), i.e., GB3838-2002, monitoring data indicate that the water quality approaches the Class II threshold in some areas. Thus it is urgent to reduce the watershed load through the total maximum daily load (TMDL) program. A three-dimensional hydrodynamic and water quality model was developed for Lake Fuxian, simulating flow circulation and pollutant fate and transport. The model development process consists of several steps, including grid generation, initial and boundary condition configurations, and model calibration processes. The model accurately reproduced the observed water surface elevation, spatiotemporal variations in temperature, and total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and chemical oxygen demand (COD) concentrations, suggesting a reasonable numerical representation of the prototype system for further TMDL analyses. The TMDL was calculated using two interpretations of the water quality standards for Class I of the CNWQS based on the maximum instantaneous surface and annual average surface water concentrations. Analysis of the first scenario indicated that the TN, TP and COD loads should be reduced by 66%, 68% and 57%, respectively. Water quality was the highest priority; however, local economic development and cost feasibility for load reduction can pose significant issues. In the second interpretation, the model results showed that, under the existing conditions, the average water quality meets the Class I standard and therefore load reduction is unnecessary. Future studies are needed to conduct risk and cost assessments for realistic decision-making.     

基于水环境约束的抚仙湖流域农业结构调整研究

农业面源污染严重污染水体,是水体富营养化和水质恶化的主要污染源. 在考虑水环境容量农业分配量、农业面源污染削减、粮食及副食品安全的基础上,建立抚仙湖流域农业产业结构优化调整的系统动力学模型,并设置惯性发展和目标导向2种发展方案进行仿真模拟. 结果表明:目标导向发展方案可以有效降低流域内污染物入湖量,TN和TP分别削减了221.45和24.74 t,处在允许的水环境容量农业分配量范围内. 根据调整优化结果,建议在抚仙湖流域大力发展绿色有机生态农业,形成观光休闲农业产业;建立集中养殖小区,采用立体式生态饲养畜禽模式.      

生态文明视角下洱海流域水环境管理思路与方案

流域综合管理是维护流域生态系统健康和实现流域可持续发展的重要保障,现代流域管理应以习近平生态文明思想为指引。阐释了生态文明视角下的流域综合管理内涵,即流域综合管理应从整个流域全局出发,统筹保护与发展,采取行政、法律、经济、科技、宣传教育等综合手段,统筹协调社会、经济、环境和生产、生活、生态用水等各方面的关系,促进流域经济社会和生态环境全面协调可持续发展;对洱海流域水环境管理现状进行了分析,生态文明视角下洱海流域水环境管理应统筹山水林田湖草各生态要素,协调上下游、水陆域及相关部门和行业间的关系,通过健全机制体制、严格执法监管、提升监测能力、加强科技支撑、夯实监管基础,全面提升流域综合管理水平,以推进流域水生态文明的实践。

     

太湖东部湖湾大型水生植物分布对水质的影响

调查了太湖东部湖湾(贡湖湾、光福湾、渔洋湾)秋季沉水与浮叶植物的种类组成、覆盖度及水体理化性质,分析了大型水生植物的生长与分布对湖水总氮、总磷、透明度与叶绿素(Chl-a)等水质因子的影响.结果表明,太湖东部不同湖湾大型水生植物的分布状况具有明显差异,其分布频度在4.8%~95.2%,并以马来眼子菜分布频度最高.大型水生植物的生长对水体营养盐含量、理化因子等具有较为明显的影响,水生植物生长区湖水不同形态营养盐含量均低于无水生植物生长区,其总氮与总磷平均含量分别低约39%与51%.此外,蓝藻水华首先会在有水生植物生长的区域堆积,且沉水植物生长优势区蓝藻水华堆积程度要高于浮叶植物生长优势区,表现为该区域Chl-a平均浓度最高,达11.15mg/L,而浮叶植物区Chl-a平均浓度为9.98μg/L,无水生植物区的水华堆积程度最低,其Chl-a平均浓度为7.19mg/L.因此,针对不同水生植物生长区,其水体富营养化治理策略亦不同.     

Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu Lake based on three dimension excitation-emission fluorescence matrix and PARAFAC model, and the potential application in water quality monitoring

Taihu Lake is one of the five biggest lakes in China. Surface water samples from 26 sampling sites of Taihu Lake were collected. Furthermore wet chemical analysis （CODCr and BOD5） and measurement of three dimensional excitation-emission matrix （3DEEM） spectra in the laboratory have been conducted. Using parallel factor analysis （PARAFAC） model, three components of colored dissolved organic matter （CDOM） have been identified successfully, based on the analysis of 3DEEM data. The characteristics of the three components also have been described by comparing them to some components of CDOM, identified in earlier researches. Meanwhile, spatial variations of concentration for the three components in Taihu Lake have been analyzed, and the result indicates that the concentration of component 1 depends more on the situation of wastewater pollution and can be used as the indicator of wastewater pollution. The relationship between the concentrations of the three components and results of the wet chemical analysis show that none of the three components can be used as indicators of gross organic matter in water. However, the concentrations of all the three components have obvious linear relationships with the BOD5 value, especially for component 1 （r = 0.72878）. Finally, the potential applications of the composition analysis based on 3DEEM and PARAFAC model in water quality monitoring have been illuminated.     

太湖地区太阳辐射与水温的变化特征及其对叶绿素a的影响

基于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站1993年以来的常规监测资料,利用比较与数理统计相关分析方法对太湖地区的太阳辐射和水温变化特征及其对水体叶绿索a浓度的影响进行分析.结果显示,太湖地区太阳总辐射、光合有效辐射、光合有效辐射占总辐射的比例及水温总体上都呈上升的趋势.其中,光合有效辐射的增长速率大于总辐射的增长速率,年际水温增长率春季秋季>夏季.太阳辐射及水温的年内变化呈夏季大,春秋季次之,冬季最小的特征.此外,太阳辐射和水温与叶绿素a呈显著正相关关系(P<0.01),太阳辐射特别是光合有效辐射和水温的增加为藻类的大量生长和水华暴发提供了良好的物理条件,太湖蓝藻水华初始暴发时间有逐年前移的趋势且水华持续时间逐年增加.     

引江济太对太湖贡湖湾氧化亚氮通量的影响

选取引江济太工程中长江来水进入太湖第一站的贡湖湾为研究对象,基于2011年11月~2013年8月在贡湖湾的逐月野外调查,同时以湖心水域为参考,探讨引江济太对湖体N₂O通量的影响.结果表明,贡湖湾N₂O排放通量要显著高于湖心排放量,其N₂O通量均值分别为6.9,2.1μmol/（m²·d）,但在非引水期间2个湖区的N₂O通量无显著差异.贡湖湾和湖心N₂O通量呈现明显的季节变化,且均与水温呈显著负相关关系,但因受外源来水的影响,贡湖湾N₂O通量的温度依赖程度相对较低.另外,2个湖区的N₂O通量还与营养盐等因素有关.总体上,外源引水提高了贡湖湾N₂O排放通量,但考虑到湖泊N₂O通量受到内部和外部因子的综合协同影响,外源引水对湖泊N₂O通量的具体调控机理还需要进一步探讨.     

引江济太对太湖贡湖湾氧化亚氮通量的影响

选取引江济太工程中长江来水进入太湖第一站的贡湖湾为研究对象,基于2011年11月~2013年8月在贡湖湾的逐月野外调查,同时以湖心水域为参考,探讨引江济太对湖体N₂O通量的影响.结果表明,贡湖湾N₂O排放通量要显著高于湖心排放量,其N₂O通量均值分别为6.9,2.1μmol/（m²·d）,但在非引水期间2个湖区的N₂O通量无显著差异.贡湖湾和湖心N₂O通量呈现明显的季节变化,且均与水温呈显著负相关关系,但因受外源来水的影响,贡湖湾N₂O通量的温度依赖程度相对较低.另外,2个湖区的N₂O通量还与营养盐等因素有关.总体上,外源引水提高了贡湖湾N₂O排放通量,但考虑到湖泊N₂O通量受到内部和外部因子的综合协同影响,外源引水对湖泊N₂O通量的具体调控机理还需要进一步探讨.