河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响.通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围,对估算方法的取舍原则进行了分析.      

以大辽河为例分析中小河流入海通量的估算方法

通过对目前河流入海通量估算方法的比较分析,针对我国北方的大部分河流属中小河流,监测频率不高,潮周径流量与进潮量之比很小的情况,指出了估算河流人海通量的技术障碍,分析各种河流、河口通量估算方法的误差来源、应用条件,比较潮时通量法、水期加权法、年平均法、概率分布法以及对流-扩散模式法等各种时段通量的估算方法.从河口上游水文站时段通量、河口段流达率、区间排放量的关系出发,提出实用化的河流人海通量的计算方法,并用于水质监测频率较低的感潮河流人海通量的估算和分析.通过对2003年大辽河人海通量进行实例计算,全面考虑时段离散通量,验证了方法估算结果的合理性.     

河流污染物通量估算方法筛选及误差分析

准确估算污染物通量对河流污染物总量控制和水质保护具有重要意义,但常规监测方法通常不能进行连续采样,数据相对比较稀缺,因此,选择恰当的采样间隔和通量估算方法,并对方法可能带来的误差进行估算,对提高通量估算的可靠性具有十分重要的意义.基于此,以江西赣江滁槎水质自动站2005—2007年3个水文年的水量和水质资料为基础,采用Monte Carlo方法模拟时间间隔分别为2、3、5、6、10、15和30 d的河流水质离散采样方案,并计算每种采样方案下的通量.同时,采用偏差(系统误差)和不精确度(离散程度)两个指标,比较了A、B、C、D、E 5种常规通量计算方法的误差分布,并建立了各算法误差随时间间隔变化的相关性曲线,以对河流污染物通量估算方法进行筛选.研究表明,滁槎断面COD_Mn采用瞬时值C_i与时段平均流量 Q_p乘积的方法计算年通量更准确;而NH₄⁺-N由于瞬时通量与流量相关性不显著,采用时段瞬时通量平均计算年通量更准确.     

河流污染物通量估算方法分析(Ⅱ)——时空平均离散通量误差判断

提出了一个简单的通量误差判断公式,对于采用以时空平均的一维对流量方式估算河流通量,提出了限制的条件,即排除不可靠的通量估值的方法,就河流离散通量对于通量估算的影响提供了误差判断分析方法.      

水质监测频率与极端气候对高原湖泊入湖河流氮磷通量估算的影响

河流是流域氮磷营养盐的主要输出途径之一,准确掌握其通量变化和驱动因素对流域营养盐管理具有重要意义.本研究以滇池主要入湖河流宝象河为例,基于周水质观测数据和逐日水量数据,构建了河流氮磷通量LOADSET模型.估算了宝象河不同时间尺度（日、季、年）TN和TP的通量,评估了4种低频水质采样和极端气候指数对河流氮磷通量计算的影响.结果表明：①2018年宝象河的TN和TP年通量分别为270.49 t和11.19 t,存在显著的年内差异,夏季是通量最高的季节,分别占TN和TP年通量的40.78%和41.96%.②基于LOADEST模型的低频水质采样的氮磷估算结果与高频采样差异较小,宝象河TN、TP通量估算受采样频率影响较小.③宝象河的TN和TP通量变化受连续5日最大降水量、平均最低气温、平均最高气温、最低气温、最低气温极大值、最高气温极小值和平均温差7种极端气候指数的显著影响.     

松花江同江断面高锰酸盐指数通量估算与分析

结合松花江同江断面2001-2005年流量和高锰酸盐指数监测数据,选用适当的数学模型对高锰酸盐指数通量进行估算.结果显示,高锰酸盐指数通量与流量变化趋势大体相同,8月份左右达到峰值.同江断面高锰酸盐指数通量与流量呈显著正相关,因此可用同江断面流量及建立的回归方程估计和预测汛期的高锰酸盐指数通量,节省工作量,为同江断面污染物通量估算提供理论基础.     

利用MSG数据估算裸土热惯量及地表热通量

文章提出了利用搭载在欧洲第二代静止气象卫星上（MSG）的SEVIRI传感器数据估算裸土区热惯量及地表热通量的方法。首先,文章根据Jiang(2006)提出的方法,结合MSG－SEVIRI可见光及热红外数据,获得了间隔15分钟的地表温度数据;其次,利用日出与日落间的时间段及相应的地表温度和平均夜晚净辐射,估算了热惯量。在热惯量估算过程中,考虑到在整个夜晚,只能够获取两条大气廓线,所以作者用两种方法估算了平均净辐射。一种是以18时和24时的平均净辐射作为整个夜晚的净辐射;另一种是假定夜晚净辐射是时间的线性函数,通过这个函数关系得到各个时刻的净辐射,进一步得到不同时段的平均净辐射。基于两种估算夜晚净辐射的方法,文中分别计算了固定时间段及变化时间段的热惯量。最后,结合地表温度的余旋周期函数和前面所估算的热惯量,估算了地表热通量。通过三个试验点的两天数据对此方法的验证表明,变化时间段方法估算的热惯量比固定时间段方法估算的热惯量更为稳定,同时,这3个位置的地表热通量较高,最高达到了300W/m2。图2表5参12     

红枫湖沉积物内源磷释放通量估算方法的对比研究

湖泊沉积物内源磷是湖泊水体磷的重要来源,但目前对内源磷释放通量的科学估算缺乏定量研究。本文以贵州红枫湖为研究对象,对比研究了野外调查分析法、模拟实验法和扩散模型法等3种估算方法下的红枫湖沉积物内源磷释放通量。结果表明,野外调查分析法可宏观获取水体污染物来源的概况,但对采样点布设、采样频次和周期等要求较高,估算结果往往存在较大偏差和不确定性;模拟实验法可粗略获得沉积物磷释放通量,但由于取样和实验培养过程破坏了沉积物的物理化学结构,估算结果难以精确;扩散模型法可定量估算沉积物磷释放通量,但须与沉积物-水界面高分辨率观测数据相结合才能使结果可靠。红枫湖沉积物内源磷输入对水体磷污染的贡献较高(25.7%~46%),因此在富营养化治理过程中,一方面应继续强化外源污染治理,另一方面亟待加强对沉积物内源磷释放的有效控制。     

基于GOME-2卫星遥感数据估算近海海域氮沉降通量的方法研究

提出了一种利用NO2卫星遥感数据估算近海海域NO2干沉降与无机氮(除氨氮)湿沉降通量的新方法。利用该方法对中国黄海海域2009年N沉降通量进行了估算,并将估算结果与其他研究结果进行了对比。结果表明:该方法估算通量均值相对较高,但与其他研究在数量级上是一致的,并能够反映研究海域大气N沉降通量的空间分布状况,可为我国海洋环境监测与评价大面积数据获取提供技术支撑。     

枯水期环渤海16条河流N_2O释放通量研究

研究了枯水期环渤海16条河流N2O溶存浓度及释放通量,分析了河流N2O与氮浓度的响应关系,讨论了河流的N2O释放系数。结果表明,枯水期16条河流TN浓度介于5.53~37.49 mg/L,均超过Ⅴ类水标准。河流N2O处于过饱和状态,其溶存浓度及饱和度变化范围分别为0.02~40.10μmol/L和203%~390 245%。N2O溶存浓度与NH4+、TN显著正相关,表明河流氮负荷增加会极大促进N2O的产生和释放。研究采用5种常用通量模型对N2O释放通量进行了估算。结果表明,不同模型间通量结果差异很大。BO04方法估算通量最大(均值217.27μg N2O-N/(m2·h)),分别是LM86模型结果的5.5倍、W92a的2.3倍、W92b的2.9倍及RC01方法的1.7倍。W92b通量均值与5种方法的通量均值较为接近。研究对16条河流N2O排放系数的计算结果表明,其整体变化范围介于0.002 9~0.008 0,均值为0.005 8,高于IPCC的建议值0.002 5。因此,文章建议加强河流N2O实测与估算通量的对比研究,以减少在缺乏实测通量时由于模型选择不当造成的通量误差。     

多云天气异戊二烯排放通量的计算

根据2002和2003年夏季内蒙古草原的实测资料,发现多云天气下,云通过可见光辐射对异戊二烯排放带来明显影响.研究和提高云量较大条件下异戊二烯排放通量计算的准确性是非常必要和重要的,它将有助于全面了解和准确估算不同天气、所有时段异戊二烯的排放通量.研究表明,对于云量≥6的时段,可以将经验公式中的大气质量(m)取为1,并使用原计算系数来计算异戊二烯的排放通量,其计算值与观测值相对偏差的平均值可降为72%,该方法可以明显降低多云天气下排放通量计算值的不确定性.      

查干湖陆区地表通量的定量遥感估算

选择查干湖陆区为研究区,应用TM热红外遥感图像,采用遥感模型以及理论定位算法,对农田地表热通量的相关参数进行反演,分析不同土地覆盖类型对地表热通量以及能量平衡的影响,以实测数据进行了验证。结果表明:遥感模型应用于地表通量估算是可行的,可以减少在下垫面结构复杂的区域进行地表热通量估算时所需的参数,不同下垫面地表覆盖类型对地表热通量的影响差异较显著,水田的地表通量参数大于旱田。     

柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.     

环境科学研究第16卷(2003)总目次

第 1期河流污染物通量估算方法分析 (Ⅰ )———时段通量估算方法比较分析富　国 ( 1)………………………………………………………河流污染物通量估算方法分析 (Ⅱ )———时空平均离散通量误差判断富　国 ,雷　坤 ( 5)………………………………………………非点源污染负荷的水文估算方法陈友媛 ,惠二青 ,金春姬 ,等 ( 10 )………………………………………………………………………东北地区湿地的水文景观分类及其对气候变化的脆弱性潘响亮 ,邓　伟 ,张道勇 ,等 ( 14 )……………………………………………GIS支持下我国干旱区草地资源动…     

九龙江污染物入海通量初步估算

河流污染物入海通量的研究是研究海水污染的内容之一。本文对目前常用的河流污染物通量估算方法进行了分析,根据九龙江的水文水质监测数据,选择高锰酸钾指数与NH3-N作为代表性水质监测项目,利用各种估算公式进行污染物入海通量估算,对估算结果进行比较发现部分公式适用性较好。估算结果表明,2003年九龙江污染物入海通量CODMn大约为21 000 t/a,NH3-N大约为2 500 t/a。根据与其他研究结果的对比,探讨了河流污染物入海通量估算的特点,对不足之处作了说明。     

增江流域河流颗粒有机碳的来源、含量变化及输出通量

对华南增江径流进行了 1个水文年度的 1 5次等时段采样 ,分析了河流悬移质中主要生源元素 (C、N、H)的含量 ,并估算了不同物源的贡献 .结果表明 ,增江悬移质中的有机碳以水生藻类的贡献为主 ,土壤侵蚀来源的有机碳在悬移质粗粒组中的份额平均为 37 2 4 % ,在细粒组中仅占 1 1 1 1 % 增江流域颗粒有机碳的输出通量为 0 83× 1 0 6g·km-2 ·a-1 ,其中来自土壤的颗粒有机碳通量为 0 2 2× 1 0 6g·km-2 ·a-1 .     

基于TBL模型的闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO2扩散通量估算

扩散模型是估算水生生态系统水-大气界面二氧化碳(CO_2)交换通量的重要手段.选取多种参数化方法对闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2气体交换速率(k_x)及CO_2扩散通量进行估算,探讨闽江口围垦养虾塘k_x及CO_2扩散通量的变化特征及影响因素.结果表明:①养殖期水-大气界面CO_2气体交换速率及其扩散通量均呈现显著的时间变化特征,分别表现为10月 9月 11月 7月 8月和11月 7月 8月 9月 10月的变化趋势;②风速、pH、水体CO_2、DOC和叶绿素a(Chl-a)浓度是影响CO_2扩散通量时间变化特征的重要因素;③不同参数化方法计算得出的闽江口养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量存在显著差异(P 0. 01),表明模型方法估算养殖塘CO_2扩散通量具有一定不确定性,综合分析认为模型RC01和CW03是估算闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量较为合适的方法.     

基于SCS模型的跨界小流域物质通量估算

为研究无观察资料跨界小流域的降雨－径流过程,物质通量及生态补偿问题,采用SCS(Soil Conservation Service)模型计算东莞石马河流域的月径流量,通过分析不同断面水样化学指标并结合径流量,估算了2012年石马河主要物质通量以及不同行政区污染物贡献百分比.结果表明,石马河流域最大月径流量出现在2008年6月,为9.12×108m3,最小值为8.61×106m3;不同时期的流域水质污染类型差异显著,2012年2月的水样重金属Mn、Zn、Cu和Fe的浓度范围分别为0.38~0.75、0.09~0.49、n.d.~0.09和0.55~9.86mg/L,6和11月则受N和P的污染,TN和TP浓度范围分别为6.66~30.05mg/L和0.05~2.49mg/L;2012年石马河重金属、N和P通量为318.16、12029和203.35t;在3次调查中,行政区对石马河N和P贡献率为惠州(59.78%和45.22%)>东莞(35.50%和38.92%)>深圳(4.71%和15.86%),重金属平均贡献率的排序为东莞(43.90%)>惠州(42.57%)>深圳(13.52%).     

流域生态补偿断面污染通量核算方法分析

针对生态补偿断面监测方法的通量计算有效性问题,基于自动站逐日监测流量和污染物浓度,确定不同流量水平下的标准污染物通量,比较了生态补偿断面月单次浓度抽检方法所确定的污染物通量与标准通量的差异;分析了流域降雨所形成的面源污染通量,利用多年平均流量、月降雨量计算生态补偿断面通量,在此基础上提出改进方法。结果表明:传统方法 NH_3和I_(Mn)核算通量误差较大,对于大流量地区适应性差。所提出的修正方法有效地计算了降雨所形成的非直排入河面源污染通量,NH_3非汛期和汛期平均误差分别为14.16%和16.24%,I_(Mn)非汛期和汛期平均误差分别为10.24%和14.65%。所提出的改进方法有效地解决了单次抽检方法下的污染通量准确估算问题,为生态补偿金额核算提供了理论依据。     

基于OMI数据的青岛市SO2和NO2干沉降通量估算

在GIS支持下,以OMI数据产品SO2e和NO2d为数据源,确定了SO2和NO2的质量浓度,并考虑干沉降速率时空变化特征,建立了可满足空间和时间研究需求的区域SO2和NO2干沉降通量估算方法,对青岛市进行了实证研究。结果表明:青岛市SO2干沉降通量呈城镇区域较低、郊区较高及沿海区域较低、内陆区域较高的空间分布特征,NO2干沉降通量呈东北区域较低、西北部和南部胶州湾周围区域较高的空间分布特征;SO2和NO2干沉降通量均具有明显的季节变化特征,即冬季>秋季>春季>夏季;地形、气象和化石燃料消耗量增加等因素使得SO2和NO2干沉降通量冬季值最高,降水冲刷及太阳辐射使得其夏季值最低。该方法可以弥补常规研究手段监测点位过少、监测时段缺失的不足,可为硫素和氮素干沉降通量估算及大气污染防治提供技术支撑。