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。     

滩涂农业垦区排水沟连接度对氮磷输出的影响

沟渠廊道提供了氮磷输送与排放通道,同时还提供氮磷滞留降解的环境,因此排水沟渠及其连通程度与氮磷输移及面源污染排放密切相关。为揭示不同连接度水平对氮磷污染物质扩散功能和净化功能的影响,论文以江苏盐城农业垦区排水沟为研究对象,分别在2015年8月和10月两次降水事件前后对不同等级排水沟进行4次水质（氮磷）监测,研究构建了基于氮磷输移过程关系的沟渠廊道连接度模型,进而利用回归模型分析了垦区排水沟连通度与氮磷输移的关系,结果显示：1）氮磷负荷呈现出10月雨前 < 8月雨前 < 10月雨后 < 8月雨后的时间变化特征,并有从上游到下游先升后降的空间变化特征;2）回归模型分析表明,排水沟TN、TP 输出随沟渠廊道连接度的增大呈先增后减的趋势,且其拐点分别位于沟渠廊道连接度为0.79、0.77时。研究表明,排水沟连接对于农田排水沟的扩散和净化功能的发挥起着重要作用,农业面源污染可以通过提高排水沟连接度来控制。     

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。     

外海抛泥过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

建立了平面2D潮流和增量悬沙输移扩散的数学模型,通过非结构网格的有限单元法离散求解.应用该模型对苍南电厂港池和航道疏浚物抛泥过程中悬沙扩散输移模拟,模拟结果与工程施工过程的监测结果吻合较好,数字化的再现了抛泥过程中悬沙的输移扩散机理,为苍南电厂港池和外航道疏浚物倾倒区选划和环境影响评价提供了依据.     

黄河流域河套灌区农业面源污染模拟的难点与重点分析

黄河流域河套灌区农业面源污染问题突出,使用模型模拟是对河套灌区农业面源精准溯源、准确预测、评估治理措施治理效果和生态环境影响的有效途径,也是全面应用“监测-溯源-核算-治理-管理”农业面源污染全链条防控技术体系的关键核心步骤.经梳理发现,目前河套灌区农业面源污染模型由于缺乏对“源-汇”关系的精准表述和输移转化机制的阐明,导致存在一定的“假拟合”现象,致使后续使用模型模拟得到的结论存在较大的误差和不确定性,其结果在溯源、核算、评估等方面均无法完全成为具有实际指导意义的工具;除此之外,目前河套灌区现有的水文水质数据监测网络一定程度上难以满足日益增长的农业面源模型建立、率定和验证的需要,因此率定与模拟的结果很难具有更高的时空分辨率,导致对月尺度以下发生的面源污染行为和相应的环境危害评估与实际情况具有较大偏差.因此,建议建立流域层面农业面源污染监测网和数据分享平台以获取来自河套灌区具有更高时空精度的实测数据,并通过实地实验的方式阐明在河套灌区这一特殊“农业-环境”系统中面源污染物的输移转化机制,并在此基础上开发新的可以复现并模拟该机制的机理-大数据耦合模型来为区域内的科学研究与政策决定提供帮助...     

我国近岸海域微生物源示踪监测技术的研发

通过对我国近岸海域陆源性非点源污染污染贡献率及其危害性剧增现状的分析,强调了在我国开展污染源示踪检测技术研发的必要性。在总结了国外治理非点源污染的经验———微生物源示踪技术研究和应用现状的基础上,介绍了我国近岸海域微生物源示踪检测技术研发的设计思想。从而阐明,传统的环境监测指标和方法已不能满足发展的需要,集监测、溯源和示踪为一体,适应于我国国情的近岸海域非点源污染源监测技术的研发势在必行。     

港口油气污染扩散及源强计算方法的探讨

系统分析了港口油气污染扩散的特点式，对油港油原强及扩散速率计算方法进行了研究和验证，对适用国内油港油气扩散模拟源强公式及计算方法进行了探讨。     

简便准确的河流离散系数现场示踪测试法

河流离散系数是衡量河流对污染物质混合输移能力的一个重要参数,它在水质控制方案的制定和水环境容量的研究中都是很重要的。一般河流的离散系数,可以根据河道断面流速分布和表观水力学参数来估算,但更可靠的方法是根据现场示踪实验的结果来确定。     

新型城市降雨径流污染控制与利用研究

随着我国城乡一体化与新型城镇建设和发展,由降雨径流产生的突发性、冲击性强的城市面源对其受纳水体污染愈显突出。根据城市不同功能区面源污染特点,结合工程示范研究采取源头污染控制与利用、输移污染控制与利用、汇集污染控制与利用生态处理技术与工程措施相结合的方法,实现新型城市降雨径流产生的面源污染治理与资源利用。提出了在新型城市规划设计建设中引入雨水径流污染控制与利用技术理念,以期城市规划建设与面源污染治理同时设计、同时施工、同时建成运行,及时发挥其效能,推动城市生态文明与经济社会协调发展。     

镇江水厂前置调蓄池污染物扩散数值模拟

以镇江水厂水源安全保障工程前置调蓄池为对象,采用水环境模拟软件EFDC建立调蓄池三维数值模型,开展水动力学和污染物迁移数值模拟,预测不同流量工况下污染物进入调蓄池后到达取水口时间,分析了污染物的输移规律。研究结果表明:若发生污染事件,污染物基本沿着调蓄池水流方向扩散,污染云团面积逐渐增大,浓度逐渐减小;随着扩散距离逐渐增大,污染物扩散速度逐渐减小; 3种不同流量工况下,污染物扩散至调蓄池出水口时间都在10 h以上,满足设计要求。建设前置调蓄池能够在突发事故时延缓污染水体进厂,给应急处置提供时间,对保障供水安全具有重大意义。     

城市多排污口对河流水质影响的模拟研究

通过实测阜新新邱长营子桥段5个连续排污口处污染物浓度,采用水平二维水质迁移模型对细河城市段排污口排出的生活废水及1 500 m长的细河河段进行模拟分析,计算出多排污口在耦合叠加作用下,河段内污染物的迁移扩散和污染物浓度的分布特征。模拟分析得出:第1、2、3年污染物在3个监测断面处的横向迁移距离和纵向迁移距离,污染物最大浓度所在的位置以及岸边处污染物浓度的分布规律曲线,为城市污水治理和城市规划提供一定的科学依据和指导。     

钱塘江感潮河段污染物迁移扩散数值分析

感潮河流由于受到潮汐的作用,污染物会因潮汐的涨落作用沿河道往复运动,影响用水安全.以高锰酸盐指数作为主要水环境指标,分析了钱塘江感潮河段上游富阳水文站监测到的持续高锰酸盐污染物输入情况下对下游河段的影响,旨在得到不同水期情况下之江站污染物出现的时间,作为取水安全预警指标参考.同时,基于潮流连续性方程、动量方程和污染物扩散方程,模拟计算了9种流况下污染物的迁移扩散过程.结果显示,径流处于平水月份时,之江站最早受到上游污染物影响,其次是枯季,最后是洪季,说明径流作用有利于污染物向下游迁移扩散.在大潮作用下,之江站一般最晚受到上游污染物影响,中潮次之,最早受到影响的是在小潮情况下.说明在感潮河段,由于受到下游潮流的影响,对污染物往下迁移有一个阻滞作用,且潮流越强阻滞作用越明显.本文构建的潮流水质模型可作为污染物在感潮河段迁移扩散机理研究的模型基础,对于制定降低污染物迁移扩散对地表水环境质量影响措施具有现实意义.     

河道型水库岸边污染带特性分析

大型水利枢纽工程的兴建,改变了河流水流条件,也影响了污染物在水体中的稀释、扩散、降解和转化过程,其岸边污染带的影响范围将发生变化.笔者通过对湖南衡阳水源污染事件发生时的水流条件、水质状况的分析,对事件发生的水域进行流场及浓度场模拟计算,研究了河道型水库与天然河流岸边污染带的变化特性,并对已通过环境影响评价,但又易被忽视而引起的环境问题,提出了一些初步看法与认识.      

道路绿化带对街道峡谷内污染物扩散的影响研究

研究了道路绿化带对街道峡谷内流场与机动车尾气扩散的影响特征.假设绿化带树冠为均匀多孔介质,采用压力损失系数表征树冠对空气流动的阻碍作用,建立可用于数值模拟的绿化带多孔介质物理模型.采用稳态k-ε湍流模型结合组分输运方程模拟道路中央有绿化带街道峡谷内的尾气扩散过程,模拟结果与风洞试验数据对比吻合较好.分析发现,有绿化带街道峡谷内存在一个围绕树冠的顺时针旋涡,旋涡中心略偏向右上方,背风面污染物浓度显著增大,较无绿化带的污染物平均浓度增长46.0%.进一步模拟了不同绿化带树冠高度情况下街道峡谷内流场与浓度场,发现随着树冠位置的上升,峡谷内流场旋涡中心逐步上移且偏向迎风建筑物,峡谷内整体气流速度下降,污染物浓度逐步升高,树冠底部高度为8 m时其污染物浓度可达4 m时的2倍多;尤其是当树冠顶部超过屋顶高度时,峡谷内污染物总体浓度增长迅速.     

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.      

基于CALPUFF模型的漳州市大气环境容量研究

研究表明：CALPUFF模式是运用于广域的大气扩散模型,在区域范围较大的复杂地形条件下的应用具有突出的优势.利用CALPUFF大气扩散模型模拟漳州市2009年气象场和污染物浓度场,采用监测值对模拟结果进行验证表明模型的适用性;基于现状污染源,建立大气污染物传递系数矩阵,结合线性优化法测算了不同环境空气质量标准下漳州市大气环境容量.     

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。     

六股河水质污染特征分析

本文通过对不同时段和不同监测点环境监测数据的对比分析,研究了六股河水质污染特征。结果发现：2004～2010年六股河上游和中游符合Ⅱ-Ⅲ类标准,水质保持良好,但部分年份入海口处水质下降,主要污染指标为高锰酸盐指数和石油类。水期监测结果反映了六股河水质主要污染特征：入海口处个别年份丰水期和平水期主要污染物浓度突升是造成水质下降的主要原因。高流量状态下水质下降反映出受面源污染影响特征。入海口小渔场断面污染物入海通量估算结果表明：高锰酸盐指数和石油类入海量总体呈下降趋势,氨氮入海量呈先下降后急剧升高趋势。     

Scenario analysis for reduction of pollutant load discharged from a watershed by recycling of treated water for irrigation

A model in which a river model was layered on a distributed model (double-layered model) was developed to analyse the transport of water and pollutants (nitrogen,phosphorus,and BOD as organic matter) in watersheds and rivers.The model was applied to the watershed of Abragafuchi Lake,Japan,where serious water pollution has occurred over three decades,and the applicability of the model was demonstrated.Scenarios of recycling of sewage treated-water into agriculture to reduce pollutant load discharged into the lake were analysed.The results showed that irrigating paddy fields with the sewage-treated water could contribute to conserving water and reducing pollutant load,with reduction rate in BOD,nitrogen,and phosphorus ranging from 6%–36%,16%–46%,and 18%–51%,respectively.Particularly,the results indicated that,irrigating paddy fields with the treated water during non-cropping periods and the accompanying reduction in withdrawn water from the river were more effective in reducing pollutant loads discharged into the lake.Further study is required on the effect of recycled water on crop cultivation and soil conditions for safe implementation.     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.