大型浅水湖泊磷模型参数不确定性及敏感性分析

以太湖作为大型浅水湖泊的代表,以EFDC模型为基础建立关于磷的沉积成岩模型,运用拉丁超立方抽样方法、普适似然不确定性分析方法和区域敏感性分析方法,对成岩模块中与磷迁移转化有关的16个参数进行敏感性分析.结果表明,太湖全湖区磷酸盐和总磷的时间空间分布都极不均匀,成岩模块参数的不确定性在磷酸盐和总磷的模拟方面都存在强烈影响.以上覆水磷酸盐为输出目标,"沉积物-水"界面遭受的风浪扰动在水深相对更浅的湖区更为直接,湖湾区水的流通性较差,利于沉积物中溶解态磷释放.以上覆水总磷为输出目标,湖心区颗粒态磷和溶解态有机磷的质量浓度受成岩模块参数不确定性的影响较大.敏感参数主要是动力特性与和氧相关的两类参数.对于大型浅水湖泊,底泥沉积成岩模块敏感参数的重要性不弱于水动力、水质模块,针对不同水质、底泥分布的水域,模拟磷元素时应注重敏感参数的取值率定.     

氮磷比对湖泊富营养化模型参数敏感性的影响

运用Morris方法研究了蓝藻暴发期不同氮磷比条件下,巢湖富营养化模型中蓝藻、溶解有机碳、营养物和溶解氧的参数敏感性.结果表明:蓝藻的敏感参数随氮磷比不同有显著差异;氮缺乏情况下,蓝藻对氮转化过程相关参数较敏感;磷缺乏情况下则反之.在任何氮磷比条件下,溶解有机碳、营养物和溶解氧等非生物变量都是对直接参与其自身转化过程的...     

浅水湖泊群水质模型的近似解析解法

为了实现在一般微机上也能模拟浅水湖泊群的水质变化，从水质变化的基本控制方程出发，根据浅水湖泊群的水流特征与污染物迁移特性，首先建立了浅水湖泊群ＢＯＤ－ＤＯ模型，然后针对恒定水流和污染源稳定排放污水的情形，把处于湖泊边界上的污染源所面临的湖面视为半无限区域，并考虑到浓度的可叠加性，提出了浅水湖泊群ＢＯＤ－ＤＯ模型的近似解析解法。实例结果表明，这种解法计算工作量和存储量都较小，在一般微机上即能进行，且计算准确度基本上能满足工程实际要求。     

基于EFDC模型的滇池水质模拟

从应用层面介绍EFDC模型的主要编程原理和数据结构,以及主控文件、初始化数据、气象和负荷数据以及模型输出的内容和结构。利用1988、1989年的负荷数据和观测资料,对滇池水质进行了模拟。结果表明,模型的水动力模块模拟结果与实际情况较接近,水质模块的模拟结果尚可接受,模型实用程度的提高有赖于基础数据的积累。     

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域,采用国内外常用的环境流体动力学模型(EFDC),结合拉丁超立方取样(LHS)方法,研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件,即3个边界输入条件(出入湖流量、风速、风向)和1个初始输入条件(初始水位),对模型水动力模拟结果(水位、水龄以及流场)的影响与贡献.结果表明,初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,不确定性的贡献率分别达到85.73%和66.125%,对垂向平均流速影响的贡献率只有3%;风速对表面流速模拟结果影响较大,贡献率达到58.70%,而对水位和水龄的贡献率分别为5.25%和3.00%.在垂向上,各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似,贡献率排序为风速(55%~60%)>风向(10%~15%)>初始水位≈出入湖流量(1%~5%).因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时,可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度,为提高模型精确度提供有效信息.     

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域,采用国内外常用的环境流体动力学模型(EFDC),结合拉丁超立方取样(LHS)方法,研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件,即3个边界输入条件(出入湖流量、风速、风向)和1个初始输入条件(初始水位),对模型水动力模拟结果(水位、水龄以及流场)的影响与贡献.结果表明,初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,不确定性的贡献率分别达到85.73%和66.125%,对垂向平均流速影响的贡献率只有3%;风速对表面流速模拟结果影响较大,贡献率达到58.70%,而对水位和水龄的贡献率分别为5.25%和3.00%.在垂向上,各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似,贡献率排序为风速(55%~60%)>风向(10%~15%)>初始水位≈出入湖流量(1%~5%).因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时,可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度,为提高模型精确度提供有效信息.     

水质模型在东莞污染源负荷估算中的应用

为解决水环境规划中经常碰到的污染源数据缺失问题,以水质数学模型为基础,通过污染源-水质响应关系,建立了从水质监测数据推算污染源负荷的计算方法.主要步骤包括：通过水质模型建立污染源负荷和水质数据之间的响应关系;提出估算污染源负荷的优化目标和约束方程;优化问题求解,评估污染源负荷估算效果,确定污染源负荷. 同时,以东莞市为例,对该市用水量和污染源特征进行了分析,并采用圣维南方程,建立了一维河流水质模型. 最后以东莞市2005年水质调查数据为基础,对比实测水质数据和模型模拟结果,对东莞市2005年的污染源负荷进行了评估. 结果表明,东莞2005年生活和工业污染源CODCr排放量为25.2×104 t,其中,生活源占60.4％,工业污染源占39.6％. 东莞污染源负荷估算结果能够较好地反映当时条件下的水质变化过程.     

环境模型中敏感性分析方法评述

模型本身及其参数的不确定性使其模拟结果的可靠性备受争议,科学地认识模型的不确定性并对其进行定量的评价一直是环境模型研究的前沿,也是环境模型构建和应用过程中不可缺少的环节.通过敏感性分析,研究模型输入参数的变化对模型输出结果的影响程度,有助于了解并简化模型结构、提高参数率定效率、增进模型精度并增加模型应用的可靠性.本研究总结了敏感性分析在环境模型中的作用,并对常见的敏感性分析方法的原理、应用范围和优缺点进行了综述.最后,阐述了敏感性分析在环境模型模拟决策中应用的现状和未来研究方向.     

模型参数与边界条件对滇池水质变化的全局敏感性分析

借助湖泊系统模拟可定量地追踪滇池水质的变化过程,而模型输入水质参数和边界条件对机理模型的结果有显著的影响.然而,目前研究主要关注参数或边界条件对模拟结果的敏感性影响,缺乏兼顾模型内部方程参数与外部输入边界条件对结果的影响,并对比分析其相对大小.以滇池为例,通过对其构建的IWIND水质模型中的90个水体参数、83个底泥参数、6个气象边界条件、51个河流输入边界条件进行联合采样,计算叶绿素a、总氮、总磷、氨氮以及溶解氧5种指标的对数纳什系数（现状为基线）,并进行Sobol全局敏感性分析,获得滇池的敏感性参数和边界条件.结果表明：通过比较两大类输入数据的全局敏感性,气象边界条件敏感性最大,其次是水体参数、底泥参数,河流输入边界条件敏感性最小.其中气象敏感边界条件是风速、气压、气温、相对湿度、辐射且风速敏感性最大,水体敏感水质参数主要是藻类代谢及生长过程、碳循环碳矿化过程、氧循环复氧过程与温度相关的参数（KTG2d、TRc;KTMNL;KTR）,惰性颗粒态有机物沉降速率（WSrp）.底泥敏感参数主要是第二层泥沙浓度（rM2）、底泥中有机碳降解过程中温度相关系数（ThKC1）、惰性颗粒态有机碳转...     

基于EFDC模型的旁侧湿地对河道水质影响研究

以山东省东营市某河道治理工程为例,利用EFDC模型模拟采用旁路湿地进行处理后河道水质的变化情况,论证采用旁流湿地是否可以使水体水质稳定达到地表水Ⅴ类标准。结果表明,研究段内各点的COD和氨氮浓度在30d后基本达到地表水V类标准,说明旁侧湿地净化措施的实施对河道水质具有较好的效果。     

湖泊水质参数空间分析中异常值的识别与处理

异常值的存在对湖泊水质参数局部估计精度产生重要影响 ,制约了地统计学在湖泊水质研究中的应用。文章以太湖为例 ,介绍了在湖泊水质参数研究中的三种异常值识别和处理的方法。应用这些方法可以有效地降低异常值的影响水平     

太湖流域水污染对太湖水质的影响分析

从太湖地区(苏州、无锡、常州、杭州、嘉兴和湖州)的污染物排放量、水质监测结果，以及工农业发展、人口变化、人民生活水平的提高、东太湖萎缩，底泥中营养物的变化和湖泊生态系统失衡的特点入手，分析了太湖流域水污染现状。结果表明，工业废水排放量高于城镇生活废水排放量；太湖湖体、环湖河流水质与省、市边界断面主要超标项目分别为：总磷、总氮和氨氮；水体水质演变是由工农业迅速发展、人口过度增加、污染防治措施相对滞后，以及太湖水生态系统失衡等原因造成的。     

洞庭湖水质及富营养状态评价

根据2009年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838-2002中Ⅲ类水质标准,采用单因子评价法、综合污染指数法和综合营养指数法对洞庭湖水质及富营养状况进行评价。单因子法结果表明,在总氮、总磷不参与评价的情况下,2009年洞庭湖湖体水质整体为优;湖水中总氮、总磷污染严重,监测断面总磷浓度均劣于Ⅲ类水质要求。综合营养指数评价结果表明,洞庭湖水质处于中营养和轻度富营养水平;综合污染指数评价进一步表明,洞庭湖湖体水质劣于入湖口水质,入湖口水质劣于出湖口水质的分布特征。     

太湖流域内河船舶污染负荷估算

对船舶生活垃圾和船舶机舱含油废水这两种典型船舶污染源展开实地调查,统计分析得到太湖流域船舶生活垃圾产生量和船舶油废水产生量,给出了船舶生活垃圾、含油废水和石油类产生量计算模式,构建了分段船舶污染负荷计算模式。成功应用于苏南运河现状船舶污染源强计算,为船舶污染防治工作提供科学依据。     

镜泊湖水质分析及水质预测研究

湖泊蓄水是中国重要的淡水资源之一,是人民生活不可缺少的宝贵资源。近年来,湖泊污染致使湖泊水质恶化、水体鱼类种类下降,对湖泊区域经济发展造成了威胁,尤其严重阻碍了旅游业的发展。本文通过对镜泊湖水环境现状分析以及时水质进行预测、评价,分析镜泊湖水污染特征,并为解决镜泊湖水环境问题提供依据。     

太湖水质变化与经济发展关系研究—基于环境库兹涅茨曲线(EKC)方法

本文利用1979-2010年五项太湖水质指标时间序列数据,通过拟合太湖水质环境库兹涅茨曲线对太湖水质与经济发展之间关系进行了实证分析。研究结果表明:总磷、总氮和高锰酸钾指数与经济发展之间存在典型的倒"U"型曲线关系,叶绿素a和化学需氧量与经济发展之间的关系则可以用倒"N"型三次曲线的右半部分刻画。二十世纪末以来开展的一系列太湖流域污染治理措施对水质环境库兹涅茨曲线拐点的出现甚至提前起到很大的作用。     

基于EFDC模型的洱海水温模拟

洱海是处于富营养化初期的高原中深水湖泊,夏秋季节没有明显的温跃层,具有独特的水温垂向分布特点。为掌握洱海水位、水温等要素的变化规律,分析其可能造成的影响,采用环境流体动力学(EFDC) 模型建立了洱海三维水动力模型,并用拉丁超立方采样(LHS)和标准秩回归(SRR)方法对影响水温的重要参数进行了敏感性分析。结果表明:湖体水温对太阳短波辐射中的快速波占比(FSWRATF)和快速衰减系数(SWRATNF)2个参数的变化较为敏感,而对太阳短波辐射慢速衰减系数(SWRATNS)的敏感性较弱;洱海水温的空间分布主要呈南北方向变化,且随季节变化明显,春夏季水温自北向南递减,秋冬季水温南北低、中间高,这可能与洱海湖盆地形及出入流河口位置有关。洱海水温模拟结果较好地拟合了水温的弱分层现象,对解释洱海营养盐的垂向分布特征、藻华发生条件等具有重要意义。     

水污染预警DSS系统框架下的白河水质预警模型研究

为了应对频发的水环境污染事故,在污染事故发生后快速有效地制定应急响应措施,保护水环境,有必要在水源保护区建立水污染预警DSS系统,重点对系统建立的核心与难点——水质预警模型进行研究.密云水库是北京市最重要的地表水源地,以密云水库上游的白河为研究区域建立水污染预警DSS系统,设计水污染预警DSS系统的三层结构框架,将控制端、核心预警模型、GIS空间数据库紧密联合起来;在此基础上对核心预警模型的建模过程、参数取值等进行研究;最后以典型污染物氰化钠为例,设置水污染事故情景以及应急措施预案情景,进行了情景模拟分析.实例研究表明,此水质预警模型能够较准确地对污染发展趋势进行分析预测,并对不同的应急处理方案的实施效果进行模拟分析,模拟结果能够支持应急方案的制定与优选决策,达到了DSS系统的功能需求.