Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian, China

Lake Fuxian is the largest deep freshwater lake in China. Although its average water quality meets Class I of the China National Water Quality Standard (CNWQS), i.e., GB3838-2002, monitoring data indicate that the water quality approaches the Class II threshold in some areas. Thus it is urgent to reduce the watershed load through the total maximum daily load (TMDL) program. A three-dimensional hydrodynamic and water quality model was developed for Lake Fuxian, simulating flow circulation and pollutant fate and transport. The model development process consists of several steps, including grid generation, initial and boundary condition configurations, and model calibration processes. The model accurately reproduced the observed water surface elevation, spatiotemporal variations in temperature, and total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and chemical oxygen demand (COD) concentrations, suggesting a reasonable numerical representation of the prototype system for further TMDL analyses. The TMDL was calculated using two interpretations of the water quality standards for Class I of the CNWQS based on the maximum instantaneous surface and annual average surface water concentrations. Analysis of the first scenario indicated that the TN, TP and COD loads should be reduced by 66%, 68% and 57%, respectively. Water quality was the highest priority; however, local economic development and cost feasibility for load reduction can pose significant issues. In the second interpretation, the model results showed that, under the existing conditions, the average water quality meets the Class I standard and therefore load reduction is unnecessary. Future studies are needed to conduct risk and cost assessments for realistic decision-making.     

抚仙湖流域负荷削减的水质风险分析

以抚仙湖为研究对象,基于三维水动力-水质模型EFDC平台,开发了EFDC-神经网络(NN)耦合模型;并选用30d移动平均值为解译方式核算抚仙湖在不同风险下的流域负荷削减(TMDL).结果表明,对于100%的达标频度,为了达到I类水质,TP允许增加14%~18%,COD允许增加9%~11%,但TN需要削减13%~14%.如果放松对达标频度的要求,污染负荷将允许相应地增加.研究结果可为流域管理依据不同的风险与管理费用偏好实施流域削减提供基础.     

稳态法确定酸沉降临界负荷的基本理论探讨

明确了确定酸沉降界负荷理论的基本概念,通过建立生态系统在临界状态时淋溶液中碱度产生的静态质量平衡得到计算到沉降临界负荷的基本方程,由此方程又导出计算酸度,潜在酸度,硫和氮等临界负荷的数学表达式,并讨论了根据对选择对指示生物有机体不发生危害的临界化学值计算了淋溶临界碱度的方法,由此给稳态法建立了完整系统的理论体系。     

不同因素对平板膜污泥浓缩工艺膜污染演变的影响研究

以临界通量表征膜污染趋势,利用响应面模型考察污泥浓度、膜间距和曝气量对上下层膜组件的膜污染影响,发现响应面模型具有较好的显著性和拟合性,且污泥浓度、膜间距和曝气量均对上下层膜组件膜污染有显著影响。同时发现,随着污泥浓度的增加上下层膜组件临界通量大幅下降;而在不同污泥浓度下,曝气量和膜间距的变化对上下层膜组件膜污染的变化有不同的影响。利用模型模拟获得了不同污泥浓度下的最优化参数,在四段式平板膜污泥浓缩中试运行中获得了较好的效果。     

应用动态模型确定酸沉降临界负荷的探讨

任何一个天然生态系统都是一个稳定系统.在一定酸沉降量的作用下,生态系统最终会平衡在一个新的稳定状态.动态模型可以模拟不同酸沉降量下生态系统化学状态的变化趋势.根据信号与系统理论,这种趋势可以用一阶指数衰减函数进行模拟,以得到系统达到稳定状态时的化学指标值.根据不同酸沉降量和所对应的稳态化学指标值之间的剂量-响应曲线,可以求出当系统稳态化学指标值达到临界化学值时的酸沉降量,即为系统的酸沉降临界负荷.应用这种方法,以MAGIC模型为例,计算了四川峨眉山顶水和重庆南山湖泊的硫沉降临界负荷,分别为1.54和6.5     

天然水体环境温度对生物修复工艺除NH+4-N效果影响分析

采用弹性填料微孔曝气生物修复方法净化受污染的某饮用水源，探讨了天然水体环境温度变化对生物除NH4^ -N作用效果的影响。结果表明，水体环境温度对生物修复工艺除NH4^ －N作用影响很大，水温越高，生物修复工艺除NH4^ -N效果越好，在较低的水体环境温度下，水温变化对生物修复工艺除NH4^ －N作用效果影响最大；在日常水体环境温度下，水温变化对生物修复工艺除NH4^ -N作用效果影响最小；在水体环境温度较高条件下，水温变化对生物修复工艺除NH4^ －N作用效果影响较小。     

美国TMDL计划的研究现状及其发展趋势

最大日负荷总量(TMDL)计划是美国环境保护局(EPA)保护流域水质的一项重要管理措施,强调将非点源污染纳入污染物总量控制的同时考虑安全边际。TMDL计划自产生30多年来,在流域水质模拟、安全边际估算等方面积累了宝贵经验,对改善水质、控制污染发挥了重要作用。文章总结美国TMDL计划中热点问题的研究进展基础上,最后分析了美国TMDL计划未来的发展趋势。     

A case study of industrial symbiosis development using a middle-out approach

Industrial symbiosis (IS) emerged as a collective, multi-industrial approach to improve economic and environmental performance through the use of wastes/by-products as substitutes for raw materials. The development of IS initiatives depends on the context in which they occur, characterised in terms of social, economic, political, spatial and temporal embeddedness. As a consequence, the context can be influenced to become more supportive of IS through a continuous, interactive process, combining top-down governmental directives and bottom-up spontaneous business initiatives. A strategy to develop and enhance this process is explored in this paper and described by the authors as a middle-out approach.Policies and policy instruments introduced by governmental agencies provide objectives and incentives to businesses. The middle-out approach induces the development of a strategy to create positive feedback loops among agents (e.g. government, industries) that may guide their actions into setting the conditions to support IS emergence.This paper provides a case study that discusses a regional development of IS in Portugal that highlights critical factors for success in implementing IS, and shows that the middle-out approach can also be understood as an extension and combination of previous research on context factors and planned/spontaneous approaches to IS development.     

流域水环境污染物总量控制技术应用初探

阐述了水污染物总量控制技术的国内外研究情况,介绍了TMDL技术的概念、目标、基本内容、方法及应用,分析了我国水污染物总量控制研究的发展现状及前景。结合TMDL计划理论框架及我国流域控制单元的总量控制技术体系,建立了一套基于控制单元的水环境污染物总量控制技术实施体系。     

TMDL计划在污染物总量控制中的应用初探

TMDL（Total Maximum Daily Loads）为最大日负荷总量,是在满足水质标准的条件下,水体能够接受的某种污染物的最大日负荷量。该计划由美国环保局于1972年《清洁水法》中提出,实践表明,TMDL计划对于改善水体质量是行之有效的。本文在总结分析、中国污染物总量控制制度中存在的主要问题的基础上,介绍了美国TMDL计划的成功实施经验,并结合中国水环境管理的现状,讨论分析了TMDL计划在中国实施的技术路线以及需要解决的技术难点。开发研究与中国污染物总量控制制度相结合的TMDL计划,为科学合理地解决污染物允许排放量在点源与非点源、各个污染单位之间分配问题提供了一条行之有效的环境管理途径。     

滇池流域水污染防治规划与富营养化控制战略研究

根据滇池水污染防治的决策需求,在系统分析滇池水环境演变趋势和评估演变诱因的基础上,以流域水环境承载力方案及容量总量控制方案为基础,提出了滇池流域水污染防治中长期规划研究的方法体系,包括:问题驱动、调查诊断、规划基础、规划方案、评估调控、规划战略;提出了源头控制、工程控制和末端控制相结合的污染减排对策;通过构建3个尺度、8个分区及4个规划重点的流域污染减排集成体系及情景方案,来实现在2个规划期、3类水质目标、4种社会经济发展情景下的规划目标.在此基础上,提出了滇池富营养化控制的战略思路.     

基于信息熵和GM(1,1)的上海市城市生态系统演化分析与灰色预测

城市生态系统是典型的"自然-社会-经济系统",城市的可持续发展依托于城市生态系统结构和功能的不断协调与完善.新一轮"城市化"进程中,城市生态系统将面临生态用地减少、环境衰退等诸多挑战,生态环境和经济发展之间的矛盾可能日益突出.因此,把握城市生态系统的演化方向,对于促进城市可持续发展和生态文明建设意义重大.本研究以"国际化大都市"上海市为研究对象,运用"耗散结构理论"和"信息熵"分析模型,构建包括支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵4方面的"上海市城市生态系统演化指标体系",以统计资料和政府公报为数据来源,对上海市2003—2013年的城市生态系统演化进行了熵变分析;基于集成层次分析法(AHP)和熵权法(EVM)"综合赋权"的"综合发展度"和"协调发展度"模型对城市生态系统可持续发展状况进行了评价;采用"相关分析法"对城市生态系统熵变与可持续发展协同演化过程进行量化分析;并引入GM(1,1)灰色预测模型对上海市城市生态系统(2014—2020)年的演化趋势和方向做出了预测.研究得出以下结论:12003—2013年,上海市城市生态系统"熵流、熵产生和总熵变",均整体呈波动下降趋势.上海市城市生态系统有序度不断提高,总体朝健康态势发展.22003—2013年,上海市城市生态系统总体可持续发展态势良好,不断向健康可持续方向演进;环境与经济整体效益不断提高,但环境与经济发展之间的协调能力近年来有所下降.3上海市城市生态系统(2014—2020)期间的演化趋势预测:城市生态系统整体继续向健康、有序方向演进.城市生态系统可持续发展整体保持协调发展态势,但未来发展协调度可能从"初级协调"衰退为"勉强协调".最后,基于指标"熵权"和熵变时序提出了上海市城市生态系统的针对性优化措施:积极扶持城市生态农业发展,扩大进出口贸易规模,促进娱乐教育文化服务产业增长;进一步提高居民生态环保意识,提倡低碳生活;加强工业"三废"的达标排放,提高资源利用率,巩固城市绿化率,加大环保投资规模.本研究旨在为上海市城市生态系统健康可持续发展和优化调控提供一定的科学参考.     

Welfare-based ecosystem management: an investigation of trade-offs

This paper investigates the use of welfare-based trade-offs in environmental management, focussing primarily on wetlands and riverine examples. It outlines methods and challenges in using economic criteria for determining these trade-offs. While economic criteria other than cost may have limited general applicability in determining wetlands banking and total maximum daily loads (TMDL) allocations, the paper suggests several methods for incorporating broad welfare criteria into regulatory methods. In particular, it suggests the use of a technique known as the analytical hierarchy process (AHP) in developing community-based trade-off rules for wetlands and riverine management. This technique can be used to establish wetlands banking ratios, source and non-source mitigation techniques, and stream designated uses.     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

芜湖市生态旅游资源类型与发展模式探讨

近年来,生态旅游高速发展,成为旅游市场发展的主流．为了能使芜湖市的旅游业稳健地发展,走可持续发展道路。在大量调查数据的基础上,利用层次分析法和特尔菲法对芜湖市的生态旅游资源、开发条件和效益功能进行定量分析。总结芜湖市生态旅游资源的特征：发展潜力大;品位低,特色不突出;开发程度低,规模小;经济环境较好,通达性强。由此提出芜湖市的生态旅游发展应该是,不同区域采用相应的生态旅游发展模式。北部为自然和文化生态旅游相结合的模式;东部发展乡村生态旅游发展模式;西部发展文化生态旅游模式;南部发展自然生态旅游模式。在此基础上预测芜湖市旅游发展前景,对芜湖市生态旅游的发展提出了一些建议。     

阳离子表面活性剂聚集行为的热力学研究

为了深入了解阳离子表面活性剂溶液在复杂体系中的物理化学性质,以十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模型,通过电导法和表面张力法研究其在水相体系中的聚集行为。测定两种表面活性剂的临界胶束浓度CMC、胶束离解度β、胶束聚集数n和表面过剩吸附量Γs。由CMC与温度T的关系,应用准相分离模型计算了胶束化热力学参数ΔmicG0、ΔmicH0和ΔmicS0,结果表明ΔmicG0为负值,而且随温度变化很小,ΔmicH0的值相对于TΔmicS0来说小得多,表明胶束化过程为熵驱动过程。     

我国城镇化进程中碳排放影响因素的实证研究

利用1980—2013年间的城镇人口与碳排放数据,选取城镇化进程中影响碳排放的城镇化水平、城镇建设用地面积、第三产业增加值、人均可支配收入、城镇人均绿化面积等因素,实证分析了城镇化对我国碳排放的影响程度,并利用格兰杰夫因果关系与误差修正模型分析了二者的因果关系与时间效应。最后,从降低工业碳排放、加快低碳城镇化试点建设、推进低碳社区发展,促进新能源发展等方面提出了相关建议。     

流域系统优化调控的新模型与应用

流域系统具有复合性和非线性特征,其机理过程的数值描述本身也存在随机和认知不确定性.在此前提下,如何优化调控流域系统,实现水质改善和水生态系统健康成为当前水资源、水环境及水生态领域亟待解决的突出问题.本文提出了贝叶斯递归回归树模型和区间不确定性的风险决策分析方法,与强化区间线性规划结合形成了新的不确定性＂模拟-优化＂间接耦合模型,实现流域系统优化调控及风险决策方案.上述方法将应用于美国佛杰尼亚州Chesterfield县Swift Creek水库营养盐TMDL分配方案,确定8个子流域的最小负荷分配以实现叶绿素a浓度达标.结果表明该耦合模型既能表征流域系统特征,也能兼顾不确定性模拟的准确度、计算效率以及不确定性优化与风险决策的解空间全局最优性、绝对可行性,为流域系统优化调控及其未来非线性系统的预测与最优控制提供了新的计算工具.     

基于AHP和向量模法的宜昌市水环境承载力研究

基于宜昌市水环境现状,从水资源、水生态、社会经济3个方面考察水环境承载力,构建了宜昌市水环境承载力指标体系,选取对数函数作为单项指标的承载度模型,采用层次分析法计算各个指标的权重,基于统计年鉴资料和当地的发展规划,运用向量模法对2005-2020年的宜昌市水环境承载力进行评价和分析。结果表明,近几年宜昌市水环境整体上处于中等偏上水平,承载力值维持在0.55左右,并且该状态将一直维持到2015年,但伴随着宜昌市社会经济的发展,人口规模的扩张,水资源因子将会是宜昌市水环境承载力的限制因素,可以预知,如果宜昌市保持现有经济结构和发展速度,2020年宜昌市水环境承载力值将有所下降,届时水环境问题势必影响到宜昌市生态环境、社会经济和人民生活。     

A critical analysis of environmental evolutionin the loess-plateau area

Ａｃｒｉｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｌｏｅｓｓ－ｐｌａｔｅａｕａｒｅａＬｕＺｈｏｎｇｃｈｅｎ（ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏ－ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ．Ｃｈｉｎｅｓｅ...