关于海洋污染扩散的几种数学模型

污染物质向海洋输移的主要途径有: (1)河川径流冲刷; (2)大气输移; (3)沿岸地区的污水排放等三种形式。为了探讨污染物质在大气及海洋环境中的稀释扩散问题,世界各国均对污染物质输移扩散的数学模型进行了大量的研究工作。本文介绍了与海洋污染扩散有关的几种数学模型,供有关方面参考。一、污染物质从大气向海洋输移的数学模型 1.根据1977年10月在南斯拉夫杜布罗夫尼克市召开的研究大气——海洋间杂质交换的工作会议精神,重申必须重视从大气中降落到海水中的一系列污染物质(世界气象组织通报,1978年4月,27卷第2期,160-161)。现已查明;海洋动物体内DDT的大量富集即和污染物质通过大气向海洋环境的输移扩散有关。     

风浪作用下海岸区域的酸性污染物扩散

基于风浪和水流计算模型,综合考虑风浪作用的影响,建立了计算酸性污染物的输移扩散模型。通过计算三门湾海域在常浪向情况下四个时刻的污染物排放模式,将有无风浪影响的两者结果进行对比,初步分析了风浪作用下的酸性污染物扩散规律。结果认为:潮型、排放时刻、风浪等因素都会使酸性污染物的扩散面积与污染持续时间发生变化;并且在该方向风浪影响下,扩散面积与污染持续时间都有减小的趋势。     

常德市海绵城市建设示范区雨洪适应性评价与分区

雨洪适应性体现了海绵城市建设的底线约束与生态优先原则,是海绵城市规划中重要的评价标准。采用INVEST模型与GIS技术,进行了研究区的雨洪适应性评价、雨洪适应性的功能分区及安全水平分区。研究表明：（1）从水源涵养、土壤保持和水质净化三个方面进行雨洪适应性评价,并融合雨洪汇流路径与适应性等级,划分雨洪适应性功能分区,体现了雨洪适应系统的源间廊道与基本骨架视角。（2）雨洪安全格局是海绵设施空间形态上的表现,重构不同安全水平雨洪适应性空间,实现了“源—汇”平衡,形成城市雨洪安全系统。（3）雨洪适应性通过水文过程与空间格局耦合,体现了雨洪管控中从微观到宏观层面的协调,对提升城市应对不确定性冲击的自组织能力具有参考意义。     

黄土丘陵区典型植被枯落物坡面分布及混入土壤对土壤性状的影响

黄土丘陵区植被的恢复可能影响枯落物分布特征,进而对土壤性状产生影响。论文选取刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、柠条（Caragana intermedia）人工林、铁杆蒿（Artemisia gmelini）群落和白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落4种典型植被样地,研究其枯落物坡面（坡长40~80 m）分布特征及自然条件混入土壤中对土壤理化性状的影响。结果表明：1）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量（143.89~833.04 g/m²）、盖度（0.36~0.63）和厚度（0.77~2.03 cm）均表现为刺槐人工林>柠条人工林>铁杆蒿群落>白羊草群落;土壤中枯落物混入量（178.80~657.21 g/m²）和混入深度（1.33~2.29 cm）均表现为刺槐人工林>铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落;土壤中枯落物混入量占枯落物总蓄积量的比例（45.91%~74.02%）表现为铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落>刺槐人工林。2）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量和土壤中枯落物混入量均为坡下高于坡上,受径流冲刷和泥沙分离—输移—沉积过程的影响,枯落物地表蓄积量和土壤混入量在坡中波动较大;随枯落物地表盖度的增加,地表枯落物蓄积量呈指数函数增加（P<0.01）,且随地表枯落物蓄积量的增加,土壤中枯落物混入量呈对数函数增加（P<0.01）。3）土壤容重、粘结力和水稳性团聚体几何平均直径（WAS-GMD）随土壤中枯落物混入量的增大而线性降低（P<0.01）,土壤有机碳和全氮含量在铁杆蒿群落和白羊草群落中均随土壤中枯落物混入量的增大而线性增加（P<0.05）。该研究将为评价黄土高原退耕还林还（草）工程生态成效、修正土壤侵蚀预报模型提供重要依据。     

经济集聚对区域水污染物排放的影响及溢出效应

基于化学需氧量和氨氮排放数据集,构建影响因素计量模型,探讨经济集聚同水污染物排放的影响效应及其在不同规模城镇下影响程度的差异性,采取双变量空间自相关解析中国经济集聚对水污染物排放的溢出效应,以期为促进经济集聚与污染减排良性互动提供参考。结论如下：（1）从全国总体样本来看,经济集聚能有效降低区域水污染排放强度,经济集聚度每增长1个百分点,化学需氧量和氨氮排放将分别减少0.491%和0.166%;（2）经济集聚对中小城市水污染排放的减排效应更为突出,在化学需氧量估计模型中,中等城市、小城市样本的经济集聚度弹性系数分别为-0.679、-0.546,而大城市及特大城市样本仅为-0.252;（3）经济集聚同水污染物排放的空间溢出效应显著,且呈现高集聚—高排放、低集聚—低排放、低集聚—高排放等空间关联模式,其中,高集聚—高排放区从京津冀向山东半岛绵延分布,还包括哈长城市群、苏北和苏中、长株潭、珠三角等地区。政策启示包括：积极培育中小城市并发挥其经济聚集的减排效应,促进生产技术更新和扩散,提高能源利用效率和环保投入;合理控制大城市经济与人口规模,加快产业结构调整和落后产能淘汰,强化环境规制以防止“污染避难所”效应;遏制经济集聚对水污染物排放的溢出效应,重点推进高集聚—高排放区联防联控和流域共治。     

农田排水沟渠水体-底泥中溶质氮分布特征试验研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段.针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,本研究以天然沟渠为对象,以非点源溶质氮为例,通过2014年3月~2015年2月现场监测试验,分析了农田排水沟渠水体及底泥中非点源溶质氮的分布特征.结果表明,沿沟渠纵向,试验沟渠水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量均呈现一定程度递减趋势,表现出沟渠系统对非点源溶质的净化作用;水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量在沟渠横断面分布存在较大不均匀性,其分布特征与断面形态、流量变化过程、流速分布等因素有关,其中水体中总氮质量浓度均衡度为76.89%,底泥中总氮含量均衡度为57.04%;试验期内,水体中总氮质量浓度呈"凹"形变化、底泥中总氮含量呈"凸"形变化,二者表现出相逆的变化趋势.     

基于GIS的溶解态氮磷负荷模型研究

为了研究妫水河流域的氮磷非点源污染来源,在官厅水库周围进行了野外人工降雨实验,结果表明,氮磷输移率与径流量具有很好的相关性,溶解态氮、磷的平均相关系数分别是0.997 8和0.988 9,因此提出了新的溶解态氮磷负荷模型.从妫水河流域的土壤图、土地利用图中提取地理信息,以数字高程模型为依据,应用新模型研究了妫水河流域溶解态氮污染负荷的空间分布。结果表明,溶解态氮主要来自水浇平地,其次是低山和丘陵.     

基于EFDC的港口污水处理厂排放标准及排污口选划研究

污水处理厂的建立可避免污水直排对受纳水体的污染,但污水处理厂尾水的集中排放也会对水体造成污染,科学规划污水处理厂尾水排污口及排放标准尤其重要。以黄海北部地区某港口待建污水处理厂为研究对象,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)建立水动力及污染物输移扩散模型,定量评估不同排污口位置及排放标准下,尾水对港内水环境的影响。结果表明:港池内水体自净能力较差,排放口位于A点时,最适宜方案是GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级排放标准。     

某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟

以某危险废物填埋场为研究对象,在收集其水文地质资料基础上,运用Visual Modflow建立填埋场地下水水流和溶质运移耦合模型,对填埋场防渗层发生渗漏后,渗滤液中Cr6+在地下水中的运移过程以及地面硬化、防渗墙和排水沟3种污染控制措施对污染羽阻隔效果进行模拟预测.结果表明,Cr6+随地下水流方向运移形成污染羽,10 a后污染羽到达水塘边界,运移距离约为1 450 m,但随后10～20 a之间污染羽扩散范围没有明显扩大;地表硬化后,20 a内污染羽未扩散至水塘边界;防渗墙设置到上层含水层底部时,监测井Cr6+浓度高于未设置防渗墙时浓度,设置到下层含水层底部时,Cr6+浓度与设置于上层含水层时监测结果相反;排水沟日排水量达到2 642 m3时能有效控制污染羽扩散,20 a后污染羽尚未污染监测井;地表硬化与排水沟组合控制污染物扩散,效果最佳,同时排水沟日排水量可减少为1 878 m3.因此,当填埋场发生渗漏时,建议采用设置排水沟与周边地表硬化组合的地下水污染控制措施.     

成都市县域土地利用碳收支与经济发展关系研究

基于2014年成都市县域单元土地利用遥感图像和能源消耗统计数据,论文分析了碳收支空间分布特征,通过回归模型构建,对碳收支、土地利用和经济发展协同关系进行研究。结果表明：1）成都市碳汇土地面积占比为56.97%,高于碳源用地,区域碳源/碳汇用地空间差异明显。土地利用强度为2.40~3.33,呈现“东高西低、中心最高”的空间分布特征;2）成都市净碳排放2.43×10⁷ t,呈现“东高西低、中心最高”分布特征。各县域单元碳补偿率为0.06%~11.58%,碳生态承载系数（ESC）为0.05~8.60,呈现“东低西高、中心最低”的特征;3）碳排放经济贡献系数（ECC）为0.26~1.45,呈现“中心高、周边低”的特征并且空间差异较小;4）碳排放与GDP极显著正相关（P<0.01）。ESC与土地利用强度极显著负相关（P<0.01）。ECC与土地利用强度耦合协调度均值为0.56。耦合协调度和人均GDP回归关系极显著（P<0.01）,表明区域经济发展提高了碳排放经济效益和土地利用强度的耦合协调度。     

汉丰湖和高阳湖水体氮磷分布及影响因素研究

为了研究三峡水库蓄水及汉丰湖调节坝运行对湖库氮磷营养盐的影响,于2018年11月~2019年10月对汉丰湖和高阳湖进行逐月水样采集.结果表明：汉丰湖TN浓度为0.78~2.38㎎/L,TP浓度为0.03~0.13㎎/L;高阳湖TN浓度为0.57~2.48㎎/L,TP浓度为0.03~0.09㎎/L,两湖库全年易发生富营养化.汉丰湖和高阳湖水体氮素浓度变化趋势一致,水体氮污染主要来自径流污染、城市污水以及淹没土壤的释放;两湖库磷素时空差异显著,高阳湖水体磷浓度随水位的变化波动性显著,说明水位调节对磷循环产生更直接的影响.外源污染的输入、浮游植物生长以及气温变化是影响汉丰湖水体氮磷营养盐浓度的主要因素,而高阳湖水体氮磷浓度主要受水位波动的影响.     

沟渠湿地对农业非点源污染物的净化能力研究

沟渠湿地可通过底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解净化农田排水汇集的非点源污染物,芦苇(Phragmites communis) 和茭草(Zizania latifolia)是长江下游地区沟渠中自然生长的2种主要挺水植物,能有效吸收N、P营养成分,是湿地净化非点源污染物的主要机制.芦苇和茭草收割以后,每年可带走 463～515kg/hm²的N和127～149 kg/hm²的P,相当于当地2.3～3.2 hm²农田流失的氮肥、1.3～3.0 hm²农田流失的磷肥.茭草的吸收和分解能力明显高于芦苇.收割除带走植株体中的营养成分外,也改善了湿地光照和曝气条件,促进营养物质的分解转化,芦苇收割区底泥和水体中的有机质、TN、TP明显低于未收割区.因此,定期收割是保证自然湿地净化功能,减轻湖泊富营养化的有效措施.     

农业非点源污染物在排水沟渠中的模拟与应用

排水沟渠系统是农业非点源污染田间产污和外界受纳水体之间的过渡带.通过对排水沟渠系统不同级别排水沟渠间递推关系以及农田排水和非点源污染物在其中迁移转化过程的分析,应用水动力学基本方程和污染物迁移转化方程,构建了农田排水及其中非点源污染物在排水沟渠中的一维迁移模型,并对模型求解进行了探讨;在此基础上,以黄河上游青铜峡灌区第...     

生态工程综合治理系统对农业小流域氮磷污染的治理效应

以典型农业小流域——开慧河流域源区为研究对象,基于研究区农业面源污染的主要排放特征,建立以生态湿地为主的小流域面源污染生态工程综合治理系统,重点探讨其对水体氮磷污染物的去除效果.结果表明,畜禽养殖业是开慧河流域源区水体氮磷污染物的主要来源,需要重点防控.组合生态湿地处理工程对农村分散式生活与养殖混合废水总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率为87. 1%和90. 9%;多级人工湿地拦截工程对农田排水与分散式养殖混合废水TN、TP的平均去除率为85. 7%和84. 9%;景观型生态湿地净化工程对末端汇水区水体中TN、TP的去除率在27. 1%～67. 4%和13. 3%～81. 5%之间.整个生态工程综合治理系统对流域TN和TP污染物的总拦截量分别为5 292 kg·a~(-1)和1 054 kg·a~(-1),占研究区农业面源TN、TP总污染负荷的35. 3%和43. 6%.因此,构建的生态工程综合治理系统对流域农业面源氮磷污染具有较好的治理效应,适合在我国南方小流域水环境治理中推广应用.     

漳卫南运河流域非点源污染负荷估算及最佳管理措施优选

制定实施流域TMDL(total maximum daily load)计划的一项关键技术就是借助水文模型量化流域非点源污染负荷,设置BMPs(best management practices),实施非点源负荷削减.采用构建的SWAT模型估算了漳卫南运河流域不同水平年(丰、平、枯)非点源负荷大小,分析了非点源负荷的空间分布特征.丰水年总氮非点源负荷占总负荷的0.07%,总磷非点源负荷占总负荷的27.24%.空间上,流域非点源输出负荷较大的区域主要为具有一定坡度的农业用地和城镇居民用地.对照基准情景非点源输出负荷,通过对47种不同BMPs控制措施的模拟,核算出不同BMPs对8个优先控制子流域的有机氮、有机磷、硝酸盐氮、溶解态磷和矿物磷共5种污染物的削减效率.通过对比分析不同BMPs的费用效益,优选出漳卫南运河流域最佳的总氮和总磷污染物削减措施为修建植被型沟渠,其TN、TP单位削减费用分别介于16.11～151.28元.kg-1和100～862.77元.kg-1之间,该项措施是47种BMPs中最经济有效的.相关研究结果可以为流域非点源污染负荷削减提供科学依据,为流域水环境改善和水生态修复提供技术支撑.     

某城市污水厂运行中出现的问题及解决办法探讨

某城市污水处理厂采用改良氧化沟工艺处理生活污水,在运行中存在脱氮除磷效果不佳的问题。通过对该厂的工艺流程及进、出水水质情况等分析,结果表明:TN、TP去除率低的主要原因是进水有机物浓度与设计值相比偏低,氧化沟内很难形成设计时所设想的好氧/缺氧交替运行的环境以满足氮、磷的去除。因此,尽快完善污水收集系统,使城市污水处理厂进水水质达到设计要求是提高氮、磷去除效率的关键。在工艺中可适当减少曝气量来提高TN去除率,降低出水中的硝态氮和溶解氧,同时进一步提高TP去除率。     

青铜峡灌区典型排水沟水污特征解析

以2009年青铜峡灌区排水沟实测流量和污染物浓度为基础,结合典型排水沟纳污现状调查及灌区灌溉与排水特点,对比点源污染和非点源污染的浓度和负荷特征,对典型排水沟污染物来源进行解析.结果表明,青铜峡灌区典型排水沟农田排水期盐分、氨氮、总磷月平均浓度依次为1 124、8.59、0.48 mg.L-1,非农田排水期盐分、氨氮、总磷月平均浓度分别为1 952、18.13、4.15 mg.L-1,农田排水期月平均输出盐分、氨氮、总磷负荷为20 896、90.35、5.80 t,非农田排水期月平均输出盐分、氨氮、总磷负荷分别为7 842、67.81、21.38 t.其中,第一排水沟水污过程与农田灌溉排水周期具有很好的一致性,表明第一排水沟以农田灌溉排水和农业非点源污染为主;第三排水沟、银新沟等则在承接农田灌溉排水的基础上,接纳了较多的点源污染,表现出点源与非点源综合污染并以点源污染为主导的污染特征.     

环境因子对植物-生物膜氧化沟去除氮磷的影响

将生物膜处理工艺和漂浮栽培植物技术应用于氧化沟处理系统中,组成植物-生物膜氧化沟生态处理系统,通过其对生活污水的处理,考察了pH值、溶解氧(DO)、温度等环境因子对植物-生物膜氧化沟系统去除氮磷的影响。结果表明:系统中TP的去除率与pH值之间呈抛物线关系,当系统出水TP去除率达到最高时,其pH值为7.71,TP去除率随着pH值的升高而升高,TN的去除率与pH值的相关关系达到显著水平;DO在系统中一直保持较高的浓度,其最高浓度可达到5.6mg/L,与TP去除率的关系显著;另外,系统中污水氮磷的去除率与温度关系密切,其中NH4+-N的去除率与温度呈现显著的正相关关系,温度对污水TN和TP的去除影响达到极显著水平。     

模拟排水沟渠非点源溶质氮迁移实验研究

农田排水沟渠是由水-底泥-植物组成的复合生态结构,其间非点源溶质的迁移转化对研究沟渠拦截、控制和管理农业非点源污染具有重要意义.本研究以模拟排水沟渠静态实验为基础,以典型非点源溶质氮素为例,分析了实验期内水体、底泥及芦苇不同介质内氮含量变化过程,分析了底泥吸附与解析、芦苇生长与衰败等年内不同时期对水体中氮素浓度的影响,探讨了水-底泥-芦苇复合生态体内氮迁移及对水体中氮浓度的影响机制.结果表明,底泥的吸附与解吸、芦苇生长的吸收和同化对水体中氮素浓度均有影响,10月之前这种影响表现为促使水体中氮素浓度降低,是水体的氮净化过程;10月之后这种净化作用开始降低,11月之后表现为促使水体中氮素浓度升高.同时,模拟沟渠水-底泥-芦苇生态体内氮迁移联系密切,任一介质内或介质间氮素迁移转化都会引起水体中氮素浓度相应调整.