江河突发性水污染事故动态模拟与预警——以长江武汉段为例

近年来,频繁发生的突发性水污染给各地水源地安全造成巨大威胁,能够对事故进行模拟预警和快速响应显得日益重要。针对突发性水污染的特点,采用贴体正交网格对河道进行空间离散化,采用平面二维瞬时排放水质数学模型与GIS集成,基于GIS的可视化功能实现了长江武汉段突发性水污染事故的动态模拟和水源地污染物浓度超标预警。模拟结果表明,该方法有效预测了长江上突发性事故排放形成的污染带的在江内的时空迁移状况,为武汉长江段水环境保护和突发性污染事故的处理提供有力的决策支持。     

江河突发性水污染事故动态模拟与预警——以长江武汉段为例

近年来，频繁发生的突发性水污染给各地水源地安全造成巨大威胁，能够对事故进行模拟预警和快速响应显得日益重要。针对突发性水污染的特点，采用贴体正交网格对河道进行空间离散化，采用平面二维瞬时排放水质数学模型与GIS 集成，基于GIS的可视化功能实现了长江武汉段突发性水污染事故的动态模拟和水源地污染物浓度超标预警。模拟结果表明，该方法有效预测了长江上突发性事故排放形成的污染带的在江内的时空迁移状况，为武汉长江段水环境保护和突发性污染事故的处理提供有力的决策支持     

突发水污染事故风险评估体系的研究现状与问题

本文对我国突发水污染的致因及其风险评估体系的研究现状进行了述评,指出了目前风险评估体系在事故发生前的预判性、与应急处置难度的关联性以及对处置结果的后续影响的兼顾性等方面的不足,并对相关领域可借鉴的研究技术方法进行了综述,为完善我国突发水污染风险评估体系提出了建设性意见。     

SWAT与MIKE21耦合模型及其在澎溪河流域的应用

结合SWAT分布式模型研究污染负荷的优势和MIKE21模型对水动力水质先进的模拟技术,构建SWAT与MIKE21耦合模型。根据澎溪河地形、土壤、植被、气象、水文、水质资料,在空间上建立流域SWAT水文单元与MIKE21水动力模型边界的连接,在量值上建立SWAT模型各水文单元污染物负荷输出量与MIKE21模型污染浓度输入量之间的分配关系,研究澎溪河流域输沙量、氮、磷负荷量和水污染。模拟结果表明：2009年3月至2010年3月澎溪河渠马、高阳、黄石、双江大桥4个断面的总氮、总磷浓度和叶绿素a含量的模拟值与实测值具有较好的一致性,澎溪河回水区水质为中营养~中富营养状态,水体氮、磷等营养盐浓度主要受面源污染的影响。SWAT与MIKE21耦合模型可靠性好,适合于流域水污染研究     

水利调度修复东湖水质的数值模拟

总结武汉东湖水质污染问题基础上,根据湖泊和港渠联通状况设计了长江-东湖水利调度的调水线路和调水方案。基于一维港渠河道水动力水质模型和二维湖泊水动力水质模型,通过嵌套耦合求解的方式实现耦合,建立了一、二维湖泊河网水动力水质耦合模型,并利用实测数据进行了参数率定和验证。采用数值模拟的方式研究了水利调度影响下东湖水质的改善效果,结果表明：水利调度影响下东湖主要湖区水体CODMn和TN指标得以明显改善,但TP指标改善不大;东湖湾汊众多,个别湖区受到调水线路影响较小,水质改善不明显。因此水利调度可以作为东湖水体修复的重要思路。建立的数学模型也可以为东湖以及其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据     

基于SLEUTH模型的无锡市区土地利用变化情景模拟

以城市化快速发展和生态环境压力突出的无锡市区为研究区,综合集成地形图、交通图以及1980、1995和2000年TM/ETM土地利用遥感解译资料,应用SLEUTH元胞自动机模型对土地利用变化过程进行情景模拟,揭示不同土地保护强度下的土地利用变化趋势。研究结果：SLEUTH模型首先对过去土地利用变化实现了动态模拟,模拟精度较高;在模拟形成的未来土地利用变化情景中,情景Ⅰ是基于维持现状土地利用保护强度基本不变的假设,城镇用地将迅速扩张,并占用大量水田和旱地,城镇扩张形态以边缘增长为主;情景Ⅱ则将水田保护强度提高50%,旱地提高12%,林草地提高50%,则城镇用地迅速扩张及耕地大量被占用的趋势得到有效控制;研究也进一步证明了SLEUTH模型在我国快速城市化背景下土地利用变化模拟和预测中的适用性。     

岸线码头密度对河道水动力和污染物输移影响分析——以武汉河段为例

为研究岸线码头密度对河流水动力变化及污染物输移的影响,以武汉河段为例,基于Mike21模型建立了适用于该河段的平面二维水动力-水质模型,计算了长为9.6 km的岸线范围内布置不同密度码头群后引起的附近区域内水位、流速变化以及突发水污染事故后的自净能力变化,从空间差异性、最大变幅等角度对比了三者的差异,并归纳了码头密度与水动力条件、污染物浓度变幅之间的关系.结果 表明:(1)随着码头密度增加,工程区上游水位变化较流速更敏感,工程区及下游局部位置水位变幅较小,而流速变化较为敏感,表现为前沿主流区流速增大,近岸区流速减小;当码头密度大于1.25～2.5座/km的临界范围后,水动力条件随码头密度的变幅逐渐减缓.(2)修建码头后,受水动力变化影响,工程区河段上游污染物浓度变化呈"峰前减、峰后增",但工程区下游呈"峰前增、峰后减"的特征;工程区间内表现为主流区浓度增大、近岸带浓度减小、高浓度滞留时间总体增加的变化特点.(3)受码头工程群影响,无论是区间整体上,还是局部范围内,污染物浓度相对水动力条件变幅更大,对河段内水源地的取水可能造成不利影响.以上认识对于河流岸线开发利用规模选取和效应评估具有参考意义.     

基于CLUE-S模型的湿地公园情景规划——以南京长江新济洲国家湿地公园为例

基于计算机模型的湿地公园规划具有低成本、高效率、多情景等优点,可以为规划研究提供初步方案的评优和选择。将CLUE-S模型运用到湿地公园规划中,结合生态保护情景和旅游开发情景的设定,对新济洲湿地公园进行2020年景观格局模拟预测,最后从湿地鸟类穿越的最小累积阻力模型角度,对两种情景进行了比较分析,得出如下结论:(1)对CLUE-S模型在研究区的适用性进行验证,经过计算,模拟的精度检验指数Kappa值为0.763,表明CLUE-S模型用来做新济洲湿地公园景观格局变化的预测模型具有良好的可靠性;(2)土壤有机质含量是推动新济洲湿地公园景观变化的最重要驱动因子,其影响力度远远高于其他因子;(3)通过建立MCR模型可以发现,两种情景都具有各自的优缺点,对于生态保护情景需要注意的是拓宽湿地鸟类穿越廊道,减少最小累积阻力路线生态缓冲区内的人为干扰。而对于旅游开发情景来说,构建整体的生态串联性则显得尤为重要,需要在中部大阻力区域为湿地鸟类穿越开辟一条良好的保护通道。     

长江中下游夏季极端降水事件频次的统计降尺度模拟与预估

利用CMIP5三个耦合模式的历史模拟及不同情景预测结果、NCEP/NCAR再分析资料和长江中下游观测降水资料,采用统计降尺度方法对长江中下游夏季极端降水频次进行模拟和预估。首先,通过计算相关的方法,获取建立统计降尺度预测模型所需的预测因子。提取的预测因子同时满足既是观测环流要素场影响极端降水的关键区域,又是模式要素场预报的高技巧区域两个条件;然后,结合挑选出的预测因子,利用多元线性回归方法建立长江中下游极端降水的统计降尺度预测模型,并对模型性能进行检验。交叉检验结果表明,此种统计降尺度方法能对过去长江中下游极端降水变化有较好的再现能力,且多个降尺度模型结果的集合能进一步提高降尺度方法的模拟技巧;最后,将建立的统计降尺度模型应用于CMIP5未来3种不同的排放情景来对极端降水进行未来预估,并对多模式结果进行集合。结果显示,统计降尺度模型预估未来几个年代际长江中下游夏季极端降水频次相对于1986~2005年呈增加趋势,21世纪中、后期高排放情景下极端降水频次增加幅度高于低排放情景。     

水污染突发事件：演化模型与应急管理

概述了突发事件演化研究的现状,总结了现阶段中国水污染突发事件的典型案例,研究了事件的演化过程,提出把社会因素和全过程干预作为水污染突发事件演化动因的一个重要方面,并在此基础上分析了水污染突发事件演化的主要动力因素,运用灾害学、应急管理、环境科学等相关理论构建了事件演化的动力因素体系,最后从系统分析的角度构建了水污染突发事件演化模型。研究表明：社会因素和应急干预对水污染突发事件的演化具有推动作用;事件演化具有阶段性,不同阶段的动力因素存在差异;水污染突发事件应急管理具有多目标性,单一目标应急管理不能有效控制水污染突发事件演化。研究水污染突发事件演化机理可为政府有效地预警与事件初期的应急决策提供重要的理论依据。     

有机无机肥料对农业环境影响述评

论述了有机肥在中国的使用情况和对农业生产的作用、化肥对农产品质量的影响、化肥对土壤肥力的贡献、有机肥和化肥对大气环境和水体的影响。目前人们在对化肥使用的认识上普遍存在误区,认为施用化肥一定会对环境产生污染,只有使用有机肥才能解决问题。中国是一个人口大国,今后在一个相当长的时间内,农业产品的生产在养分的投入上仍然需要以化肥为主,充分、合理、平衡的化肥投入不仅能满足人们对农产品数量上的需要,而且一定能满足人们对农产品品质的要求。化肥的合理施用可以改善和提高农产品品质,提高土壤有机质含量,改善土壤理化性质,减少温室气体的排放和水体污染。化肥本身是无害的,有害的是对化肥的不合理施用。在肥料问题上,今后需要关注 的应该是生产和使用更优质、更高效的化肥,推广科学合理的施肥技术,提高化肥的利用效率。     

制糖工业生态化重构--以贵糖集团为例

本文针对我国制糖工业存在的结构性污染、区域性污染等问题 ,按照生态工业理念 ,对广西贵港市制糖工业进行了生态化重构。介绍了贵港国家生态工业 (制糖 )示范园区的建设框架 ,并进行了物流、能流、水流和技术群分析     

基于主成分分析法的产业共生系统生态效率评价研究

生态工业园区是我国发展循环经济的重要载体,如何准确评价当前我国生态工业园区的生态效率对生态工业园区建设和发展有重要的意义。以生态效率和产业生态学理论为基础,参照国家环保总局《综合类生态工业园区标准（试行）》,建立了产业共生系统生态效率评价指标体系,并以主成分分析为基础,提出了产业共生系统生态效率评价方法。通过苏州高新区、苏州工业园区生态工业园和无锡新区生态工业示范园区等3个工业园区的案例研究得出样本指标中对生态效率影响最大的3个主成分和样本主成分的排名,以及生态效率进行比较排序,发现苏州工业园区生态工业园总体生态效率最高,无锡新区生态工业示范园区其次,苏州高新区则相对较差。根据各园区在各主成分的效率比较,指出各园区有待改进的环节。具体说明主成分分析在生态产业共生系统生态效率中的运用及优点。     

重金属面源污染模拟及其不确定性分析——以湘江株洲段镉污染为例

基于我国现有的环境数据条件,将复杂的分布式水文、泥沙模拟（采用SWAT模型）与简化的输出系数方法进行有效整合,建立了可实际应用的流域重金属面源污染负荷模型。应用所建模型对湘江株洲段所属汇水区域的镉面源污染进行动态模拟,并进行不确定性分析。模拟结果显示,研究区镉面源污染负荷总量约为2 435kg/a,受污染土壤对于镉面源负荷量贡献率达657%。土壤侵蚀过程对研究区的面源污染过程起控制作用,因此,土壤污染防治和水土保持是该区域镉面源污染管理的关键。土壤污染程度高且易侵蚀的地区（如清水塘工业区及其邻近地区）是防治的重点区域,而每年的4月和5月是防治的重点时期。不确定性分析结果显示,超过50%的概率下,研究区镉面源负荷总量处于2 000～3 000 kg/a这一范围,但仍有可能低于1 500 kg/a或高于4 000 kg/a     

三峡水库水质模型的选取和系统集成

水环境信息系统与水质模型在水环境保护中具有互为补充的作用,将它们有机结合,对水环境的预测和管理具有重要意义。根据三峡水库水污染控制的特点和水环境管理的需要,选取了5个不同的水质模型,在讨论水质模型不同集成模式的基础上,采用半紧密内嵌集成模式实现了所选水质模型与三峡水库水环境管理信息系统的有效连接。最后以分层三维模型为例,通过开发水质模型的前处理模块、后处理模块以及计算模型接口模块,完成了模型与三峡水库水环境管理信息系统的集成,并将集成后的水质模型成功应用于三峡水库万州段水流及水质的预测模拟。结果表明,通过GIS、数据库、图形界面等技术手段,实现了水质模型数据准备的自动化和计算结果快速分析,它不仅增强了系统的水质预测和分析能力,还强化了水质模型的易用性,提高了模型的应用范围和预测效率,为库区的水污染控制和水环境保护提供了有力的技术支持。     

三峡水库中下游水体氮磷时空变化与机制分析

2010年每月定期测定了位于三峡水库中下游的云阳、巫山、秭归和三斗坪段的TN、NH4 N、NO3 N和TP浓度。结果表明：4个段面水质中的TN、NH4 N、NO3 N和TP浓度空间差异不显著,但季节变化显著,TN和TP的季节变化呈单峰格局,分别在5月和7月达到最大值;NH4 N的季节变化则呈双峰格局,主要的峰值出现在7、8月,次要的峰值出现在3、4月。4个地点低水位期（3~8月）的TN、NH4 N、NO3 N和TP浓度都高于高水位期（9月~次年2月）。主要因为在低水位期,长江上游和三峡库区的降雨量大,入库流量显著增加,污染物主要来自长江上游入库的非点源污染和水库两岸农田施用农药化肥造成的面源污染。三峡水库三期蓄水后,水库水质与前两期蓄水后的水质变化不大,水质仍然保持良好,高水位期为Ⅲ类水质,低水位期为Ⅳ类水质     

中国经济发展与水环境压力脱钩态势评价与展望

在对经济发展的水环境压力概念进行合理界定基础上,建立经济发展与水环境压力的脱钩指标体系。通过国内外相关文献研究与数据收集,构建了中国经济发展与水环境压力的脱钩潜力评价与时态分析模型,评价1986~2010年水利发展不同阶段中国经济总量增长与废水排放的脱钩潜力与脱钩时态、以及经济总量增长与工业废水化学需氧量的脱钩时态。在此基础上,根据水环境库茨涅茨曲线变化趋势,对我国废水排放总量的自然发展趋势进行预测,并根据国家发展规划对废水排放总量预测结果进行修正。同时,结合国家发展规划和环境保护规划,对水环境压力脱钩进行展望。结果表明,我国经济发展与废水排放总量总体处于弱脱钩发展态势、与工业废水化学需氧量排放总量总体处于强脱钩发展态势。预计2020年左右,我国经济发展与水环境压力有望保持绝对脱钩的发展态势,水环境得到彻底改善与净化     

基于Hydrus-1D模型的太湖流域农田系统水分渗漏和氮磷淋失特征分析

在土壤水分长期定位观测基础上,应用Hydrus-1D模型对太湖流域典型稻麦轮作农田土壤水分渗漏进行动态模拟,并结合深层土壤溶液取样及氮磷浓度测定,分析了当前耕作方式下农田水分渗漏和氮磷淋失特征。结果表明,土壤水渗漏与降雨、灌溉及前期土壤含水率有关;麦季深层渗漏量小但持续时间长,而稻季单次渗漏量大却持续时间短。模拟时段内铵态氮和可溶解性总磷的淋失主要发生在稻季,淋失量分别为2.62、0.49 kg/hm²,分别占稻麦轮作期总淋失量的96.0%、96.0%,而硝态氮淋失主要发生在麦季,淋失量为57.97 kg/hm²,占总淋失量的80.2%;无机氮淋失的主要形态为硝态氮,其淋失量占总淋失量的96.4%。综合看来,硝态氮应作为主要阻控对象,以减少农田面源污染对地下水及太湖水体的污染风险。此外,氮磷淋失在6、7月份即休耕期和水稻生长早期容易达到峰值,应得到重视。