SPARROW模型及其应用研究进展

SPARROW模型是由美国地质调查局开发的一个基于流域空间属性的估算污染物负荷、浓度等的非线性回归模型。由于模型通过质量守恒来约束污染物的传输,并以统计学的方法实现变量参数的校准,因而SPARROW模型在量化污染物的传输过程中具有足够高的精确度与合理性。总体来看,SPARROW模型在流域污染源及环境因子分析、水质评估与模拟、监测管理优化等方面发挥出了重要作用,并被广泛地应用于国内外的不同流域。针对SPARROW模型在不确定性分析中存在的自相关问题,贝叶斯分析的引入优化了模型在不确定性方面的评估。目前,SPARROW模型在国内流域中以估算总氮、总磷、COD等污染物负荷为主要应用。随着国内相关数据的积累以及共享程度的提高,其应用范围将会愈加广泛。     

流域空间统计模型SPARROW及其研究进展

SPARROW(SPAtially Referenced Regressions On Watershed attributes流域属性基于空间的回归模型)是美国地质调查局(USGS)开发的经验统计和地表过程相结合的流域空间统计模型。模型通过对河流水质数据和流域属性建立空间回归实现污染负荷产生和迁移的定量化。模型的最大特色是其空间特性非常显著,可以将上游的营养盐污染源数据和下游的营养盐负荷数据联系起来,同时可以将河流中的水质监测数据或污染物通量数据和流域的空间属性特征(比如土地利用类型、河网、大气沉降等)联系起来。模型除了一般水质模型所具有的水质模拟和流域污染源的分析功能外,还可在模拟过程中对流域中每个污染源、流域属性和污染物迁移过程对水质监测结果的影响进行显著性检验。文章简要介绍了SPARROW模型的结构和原理、功能和应用发展前景。     

农业面源污染模型研究进展

介绍了USLE、CREAMS、EPIC、ANSWERS、AGNPS、Ann AGNPS、SWRRB、SWAT等常用的农业面源污染模型的研究历程,讨论了模型的基本组成、特点和现有问题。针对农业面源污染模型在数据获取、模拟结果和模型引进本土化等问题,提出了新的研究思路。对发展趋势的分析可以发现:农业面源污染模型将更多地作为大型流域集成管理模型的第一部分进行开发,并且向环境评估和管理等方面发展;新兴技术可促进模型优化,"3S"技术将成为农业面源污染模型研究的热点。     

基于DPeRS模型的海河流域面源污染潜在风险评估

运用DPeRS(diffuse pollution estimation with remote sensing)模型对海河流域面源污染物的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度解析,结合地表水质评价标准,构建了面源污染潜在风险分级方法,评估了海河流域面源污染潜在风险.结果表明:污染量上,海河流域总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH⁺₄-N)和化学需氧量(COD)面源污染排放负荷分别为429.2、 25.7、 288.3和1 017.0 kg·km^-2,入河量分别为2.5万t、 1 597.2 t、 1.7万t和6.6万t;污染类型上,农田径流是海河流域最主要的氮磷型(TN、TP和NH⁺₄-N)面源污染源,对于COD指标,城镇生活是首要污染类型,其次为畜禽养殖;空间分布上,海河流域中部和南部地区面源污染负荷较高,此区域也是该流域面源污染高风险集中分布区,氮磷型面源污染高风险区域分布相对较为集中,化学需氧量型则较为零散;海河流域有36%以上的区域存在氮磷型面源污染风险,有2.9...     

降雨面源污染及其模型研究近况

本文以降雨产生的面源污染为讨论对象，介绍了国内外开展的涉及面源污染预测的流域水文特征，泥沙流失，污染物输出等模型，以及国内外综合面源污染模型的研究近况，并讨论了模型参数的选择及面源模型的最新研究进展。     

黄浦江流域面源污染控制研究

介绍了开展黄浦江水环境综合整治中主要面源污染控制研究的过程，内容、方法和原则；在分析了研究结果的基础上，提出了黄浦江面源污染控制方案。     

红枫湖流域面源污染调查研究

从分析红枫湖流域的环境特征入手,划分面源计算单元,监测大气降水、河口及各代表单元地表径流污染物与水背景,利用流域内14个雨量站和红枫、麦翁、老郎寨、黄猫村4个水文站各典型水文年每日来水量资料,计算污染物大气降水落地量、地表径流产生量和入湖总量,并与点源对照探讨有关问题。     

SWAT模型在洱海流域面源污染评价中的应用

重点污染区域和污染因子的识别是面源污染控制的基础. 通过将物理过程模拟及排污系数法计算进行整合,建立了SWAT模型,以描述农业生产活动与污染入湖量之间的关联关系,并以云南洱海流域总氮污染为例,使用验证后的SWAT模型模拟计算不同空间单元和不同农业生产活动对入湖TN的污染贡献系数,定量分析流域内各区域的农业面源污染源结构,识别洱海流域重点农业污染源和农业污染村镇. 结果表明,奶牛养殖、生猪养殖和大蒜种植是目前洱海流域内入湖TN污染的最重要农业污染源,占流域总污染负荷的66.12%. 对入湖TN污染贡献最大的6个村镇为江尾、右所、三营、玉湖、凤仪和喜洲,占流域总污染负荷的63.41%.      

流域农业面源污染生态工程调控措施

农业面源污染是导致目前流域水环境质量恶化的重要原因。文章从流域水环境状况、农业面源污染现状出发,结合面源污染的特点和研究发展历程,重点探讨了流域农业面源污染生态工程调控的可行性。     

牡丹江流域面源污染控制技术探讨

文章分析了牡丹江流域的污染现状和存在问题,总结了"十一五"期间牡丹江流域的面源污染治理措施,并针对中小城镇生活污水、农村生活污水、农田退水、生活垃圾、畜禽养殖等方面提出了适合牡丹江流域的面源污染综合整治技术。     

基于GIS的红枫湖流域平坝区境内农业非点源污染估算

为了探求喀斯特地区非点源污染源,通过地理信息技术对红枫湖流域平坝区境内进行水系提取及流域划分,调查农村居民生活污水、畜禽散养、农村生活污水3大非点源污染源,并运用等标污染负荷法,计算各乡镇TP、TN、COD、NH_3-N 4种污染物的总等标污染负荷比,并利用GIS空间技术分析了各乡镇污染贡献度。结果表明:高峰镇总等标污染负荷比最高,为39. 8%,高峰、马场、乐平三镇的总等标污染负荷之和超过80%。研究区化肥流失、禽畜散养的总等标污染负荷比分别为47%和39%,是红枫湖流域平坝区境内非点源污染的主要来源,并提出了针对性的污染防治对策。     

面源污染输移过程高性能数值模拟方法

高效高精度模拟面源污染输移过程,掌握面源污染的输移规律,是研究面源污染最直接有效的途径之一,也是管理和控制面源污染的有效手段。基于此,提出了一种全面耦合二维水文水动力及污染物输移过程的数值模型,采用二阶Godunov格式的有限体积法进行求解,利用GPU加速技术提高计算效率。结果表明:在理想条件下,数值解与解析解间的平均相对误差为2. 5%。对不同面积和精度的城市地表面源污染和农业面源污染输移过程的模拟结果显示,二者的输移规律符合实际的物理过程,模拟总时长为7200 s,城市地表面源污染模拟结果只需186 s;农业面源污染模拟结果只需1169 s,计算效率有显著提升。综上所述,GAST模型对不同下垫面面源污染可实现高精度模拟,且模拟效率有显著提升,为今后面源污染的治理和防控提供参考。     

基于扩展EKC模型的空气污染省际异质性研究

提出扩展的EKC模型,从经济规模、经济结构和经济强度3个维度,实证研究了经济发展对空气污染影响的省际异质性。研究结果表明:1)约23%的省份不满足EKC模型,且曲线各异:呈双U型、锯齿型、阶梯型等,满足EKC模型的省份,拐点也明显不同。2)经济规模、经济结构、经济强度对空气污染影响的省际异质性均比较大,约19%的省份第二产业占比对空气污染的贡献度远高于其他省,约55%的省份出口贸易变量的系数显著为正。3)3个维度中任一维度的经济发展指标对空气污染的影响均显著,证明了扩展EKC模型的有效性。     

古蔺河流域农村非点源污染综合评估

探讨古蔺河流域农村非点源污染状况,防止区域非点源污染进一步加剧。借助ARCGIS技术,选取农村生活污水、畜禽散养养殖以及化肥流失三大农村污染源,利用输出系数法与等标污染负荷法对古蔺河流域不同污染源以及各污染源所产生的不同污染物进行了相应的计算与空间分析。结果表明,评估区内3大污染源产生的主要污染物为COD、TN、TP,并且散养畜禽养殖是最主要的农村污染源;评估范围内古蔺镇对于古蔺河的污染贡献度最大。评估区内非点源污染较为严重,污染物的空间分布差异较大,针对性提出非点源污染的有效防治措施。     

区域尺度黄河流域面源污染负荷特征与来源解析

掌握黄河流域甘肃段面源污染负荷特征及其来源,是在区域尺度上提升水环境污染治理水平的重要基础。基于DPeRS面源模型,从农田径流、城镇径流、畜禽养殖、农村生活、水土流失5大污染类型,选取TN、TP、NH₃-N和COD 4个污染指标,对甘肃黄河流域9个市(州)58个县(区)面源污染进行污染负荷估算、污染来源解析及空间分布分析。结果表明:从模型估算结果看,2018年整个流域TN、TP、NH₃-N和COD面源污染排放负荷均值分别为65.6,11.8,19.1,77.2 kg/km2。从区域尺度分析,甘肃黄河流域TN、TP面源污染负荷最高的区域均是兰州市安宁区,分别占整个流域总负荷的10.83%和5.16%;NH₃-N和COD面源污染负荷最高的区域均是临夏回族自治州临夏市,分别占整个流域总负荷的26.23%和56.56%。从污染产生来源分析,TN、TP、NH₃-N和COD的首要污染来源分别为农田径流、水土流失、农田径流和畜禽养殖。从空间分布分析,黄河流域各县(区)面源污染总负荷呈中间高两边低的分布特征,污染负荷较重的区域主要集中在黄河兰州段、大夏河临夏段、渭河天水段等局部区域。     

降雨、地形对非点源污染产输影响机理综述

随着工业点源的逐步控制,非点源因其来源多样、涉及范围广、控制难度大,已成为影响水环境质量的主要污染源。非点源污染产输机理是开展定量研究、模型模拟及污染治理的基础,也是非点源污染研究领域的重点和难点。降雨是非点源污染产输的直接驱动力,地形是影响非点源污染产输的重要因素,两者对非点源污染的产输均具有重要影响。对国内外在降雨、地形对非点源污染产输影响机理方面的研究进行综述,以期为非点源污染相关研究提供参考和借鉴。     

降雨变化对鄱阳湖区乐安河流域非点源产污的影响

以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明：不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。     

深圳湾红树林湿地面源污染初期效应研究

研究了深圳湾红树林湿地雨水面源污染统计特征、污染过程线等方面内容,采用M(V)曲线法分析讨论了排入湿地的小沙河排放口污染物的特征规律。监测结果显示,BOD5、COD超过地表水环境Ⅴ类水指标,TN、TP没有超过地表水环境Ⅴ类水指标,表明现阶段流域附近的地区内的截污及河道清淤控制较好。M(V)曲线法分析表明,检测的各项污染物指标不存在明显的初期效应,其中BOD、COD、SS较TN、TP相对初期冲击强度较大。研究结果能够为红树林湿地水环境保护提供参考策略。     

基于OP-FTIR在线监测的气态污染物源解析技术

为分析华北地区某化工装置A与企业B对某受体区域污染程度的影响,选用化学质量平衡模型(CMB)定量解析污染来源。首先,利用开路式傅里叶变换红外光谱(OP-FTIR)设备在线监测A与B的污染物排放数据,结合相关性分析建立了二者的成分谱库;在此基础上,根据受体区域污染物在线监测数据,利用CMB完成了污染物来源的定量解析。研究结果表明:受体位置的烷烃及苯系物主要来自A,氨气近乎完全来自B,该解析结果与现场实际及工艺资料相吻合。     

人工湿地控制滇池面源水污染适用性研究

由于滇池面源污染主要发生在农村地区 ,而这些地区在水污染控制方面的资金投入和管理水平有限 ,所以应用于面源污染的水污染控制技术要求是低投入、易管理的工艺方法。而人工湿地是一种基建费用低 ,运行成本低 ,维护技术低的“三低”技术 ,氮磷去除效果显著 ,是一种适合应用于发生在农村地区的面源污染控制的工艺方法