污染源排放量与河流水质之间输入响应关系建立方法的探讨

实施排污总量控制的技术关键，就是建立源与目标即污染源排放量与河流水质之间的输入响应关系。本文以《海河流域新乡市段水污染防治规划》为例，介绍了水质模型与实测值相结合建立输入响应关系的方法，并对建立关系过程中遇到的有关问题进行了讨论。     

污染负荷多情景变化下河流水质响应关系研究

以松花江哈尔滨段为研究对象,构建了EFDC水动力-水质模型,以主要污染物COD、NH₃-N为指标,结合情景分析方法对松花江哈尔滨段支流污染负荷多情景变化下对干流水质及下游出口断面水质进行量化评估.结果表明,大顶子山出口断面COD浓度值在满足Ⅲ类及以下水质要求时,阿什河口与呼兰河口的浓度在枯水期、桃花汛期、平水期和丰水期分别最高不能超过29.3、22.3、41.82和32.13mg/L以及47.75、36.27、65.4和41.47mg/L,大顶子山断面的NH₃-N浓度,枯水期保持在Ⅲ类,则要求阿什河口和呼兰河口NH₃-N浓度最高为8.73和2.92mg/L,桃花汛期保持在Ⅱ类时,则二者最高分别为6.3和2.23mg/L,枯水期大顶子山断面保持在I类时,阿什河口和呼兰河口则最高不能超过7.57和1.79mg/L.     

长江流域污染物输出对河口水质的影响

基于EFDC模型建立长江口及邻近海域三维水质模型,模拟2004—2007年不同水期的ρ(COD_Mn)、ρ(DIN)、ρ(PO₄3--P)状况,分析水质分布的变化特征,研究流域污染物输出对河口水质分布的影响. 根据GB 3097—1997《海水水质标准》,长江口门以上ρ(COD_Mn)为Ⅱ类水质,ρ(DIN)、ρ(PO₄3--P)为劣Ⅳ类,并且有明显的分层现象. 枯水期各指标等值线均向东北方向延伸,丰水期和平水期向东南延伸,丰水期流域污染物输出对河口水质的影响最大,不同类别水体的分布形态和水体面积年际变化不明显. 按不同时期ρ(COD_Mn)、ρ(DIN)、ρ(PO₄3--P)分布面积进行统计,长江口ρ(COD_Mn)、ρ(DIN)、ρ(PO₄3--P)分布与流域污染物输出之间有显著关系,河口水质分布面积与流域污染物输出之间存在定量的压力-响应关系.ρ(COD_Mn)、ρ(DIN)、ρ(PO₄3--P)达Ⅳ类以上水体面积(y)与流域污染物输出通量(x)的关系分别为:y_CODMn=2 061.4 ln x_CODMn-15 357.0,y_DIN=1 386.8 ln x_DIN-6 546.1,y_PO43--P=2 219.3 ln x_PO43--P-6 166.1.      

抚仙湖梁王河流域农业耕作与流域水质响应关系研究

以抚仙湖北岸梁王河流域为研究对象,选取流域中2种典型耕作方式水稻-小麦（R-W）轮作和烤烟-豌豆（T-P）轮作的农田.通过对农田地下水和梁王河水的同步观测及农田耕作情况的调查,发现移栽、施底肥、追肥及排水等耕作措施使地下水中TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在短时间尺度内有明显升高.农田作物在不同生育期对养分的吸收规律与地下水中的TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在长时间尺度上响应关系明显,作物处于对相应养分吸收高峰期时地下水中该养分含量就会明显降低,反之则会升高.梁王河水TP和PO^3-₄-P的含量在流域农田全处于耕作期时要比流域部分农田处于休闲期分别低5.8%和21.7%,而TN、NH⁺₄-N及NO^-₃-N含量在流域农田全处于耕作期要比流域部分农田处于休闲期分别高11.5%、242.6%和9.55%.     

贾鲁河郑州段污染源与水质响应关系的模拟研究

以贾鲁河郑州段为研究对象,建立其污染源与水质响应关系的二维EFDC模型。首先,采用Delft3D针对贾鲁河郑州城区段建立了曲线正交网格,基于2014年上半年污染源流量数据和河流水文数据模拟该段河流流场,利用实测值率定河道糙率,采用2014年下半年数据对河流水动力模型进行验证;其次,在河流水动力模拟的基础上,以COD为主要指标构建水质模型,同样采用2014年上半年数据对模型进行率定,用2014年下半年数据进行模型验证;最后对模型建立结果进行了总结分析。     

洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系研究

采用空间分析和统计分析方法,从综合农业用地和各类农业用地面积百分比两个层次研究洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系.结果表明,研究区10个小流域入湖河流水质空间差异性显著,流域西部入湖河流总磷污染严重,北部和南部入湖河流(D3除外)主要污染指标为有机物和氮;流域农业用地面积百分比与入湖河流水质的关系密切,综合农业用地面积百分比与雨季入湖河流高锰酸盐指数、NH+4-N、TN、TP呈负相关,相关系数分别为-0.859、-0.565、-0.693、-0.181,与非雨季高锰酸盐指数、NH+4-N呈负相关,相关系数为-0.384、-0.328,与非雨季TN和TP呈正相关,相关系数为0.221、0.146;各类农业用地面积百分比对入湖河流水质表征作用较强,耕地与TN、TP在雨季和非雨季均呈正相关,与两者的相关系数雨季为0.252、0.581,非雨季为0.149、0.511,耕地与高锰酸盐指数、NH+4-N在雨季和非雨季分别呈正相关和负相关,与两者的相关系数雨季为0.388、0.053,非雨季为-0.137、-0.147,林地与耕地的表现则正好相反,与TN、TP、高锰酸盐指数、NH+4-N的相关系数雨季为-0.526、-0.275、-0.469、-0.155,非雨季为-0.012、-0.100、0.282、0.151,鱼塘对TN和TP的指示作用不显著,草地和园地在雨季与耕地的表现类似,非雨季与耕地的表现相反.可见,洱海流域农业面源治理时应重点加强北部和南部在雨季时耕地、草地和园地的管控.     

入湖河流水质对土地利用时空格局的响应研究:以洱海北部流域为例

揭示土地利用与入湖河流水质的内在联系是非点源研究的重要内容,以洱海北部流域为研究对象,从土地利用类型组成和空间格局入手,综合空间分析和统计分析方法对两者响应关系进行研究.结果表明,研究区平均坡度(SLOPE)、植被区面积百分比(VEG)作为表征土地利用类型组成的指标,与入湖河流TN和TP的关系显著,斑块密度(PD)、农业用地斑块密度(PDagr)、水体形状指数(LSIwat)作为表征土地利用空间格局的指标,与TP和NH+4-N的关系显著;类型水平下,入湖河流水质对土地利用空间格局的响应关系较景观水平强,水质响应指标为雨季TP和旱季NH+4-N,回归调整系数R2分别为0.761和0.978;旱季,入湖河流水质对土地利用的响应关系强于雨季,水质响应指标为TN、TP和NH+4-N.因此,进行洱海北部流域非点源污染治理时可考虑提高植被覆盖率和农业用地集约化程度,尽量避免旱季对自然水体的人为干扰,后续进行土地利用空间格局与入湖河流水质关系研究建议选类型水平.     

水质综合评价方法研究——以海拉尔河为例

基于主成分分析法和水质标识指数法对海拉尔河水质进行综合评价。结果表明,"十二五"时期海拉尔河水质处于良好状态,水质相对稳定;海拉尔河主要污染物为COD、TN和NH_3-N,属于有机无机复合型污染。     

流域水质目标管理技术研究(Ⅳ)——控制单元的水污染物排放限值与削减技术评估

对国内外流域水污染物排放限值与削减技术评估体系进行了归纳,系统介绍了美国和欧盟水污染物排放限值与削减技术评估体系的框架和特点,指出其对我国流域水污染物排放限值与削减技术评估体系建设的借鉴意义.以水质保护目标为前提,按照“分区、分类、分级、分期”的理念,建立了流域控制单元水污染物排放限值与削减技术评估体系,阐述了该体系的内涵和特点;探讨了控制单元各类污染源的水污染物削减技术评估和最佳可行技术,削减技术评估指标、方法和程序,污染物削减技术检测平台,污染物排放限值确定等关键问题.      

水质预警预报系统的研究与应用——以汉江武汉段为例

报道了水质预警预报系统的研究及在汉江武汉段的应用情况。该系统基于河流一维水质综合模型和地理信息系统理论，建立了河流空间数据库和属性数据库，考虑了污染物的迁移和生态转化过程，可实现污染物迁移扩散的常规预报、水华预警预报及突发污染事件的模拟，并利用MapObject实现了模拟结果在系统中的实时动态可视化，为河流水环境的管理和决策提供科学依据。     

基于水质模型的河流水环境调控方案效果评估——以太浦河为例

针对太湖流域河流水质达标率下降的现状,构建基于水质模型的水环境优化方案的效果分析方法。以太浦河为例,应用WASP模型分析河流水环境优化调控方案的效果,应用实测水文水质数据率定和验证河流水质模型参数,设定枯水期污染物蓄积、降雨导致面源释放和突发性水污染事故引起的水质超标3种情景,通过模型模拟调水和抽水等调控措施的效果,分析不同的调控方案与水质改善效果的响应关系,为水环境优化方案筛选提供决策支持。     

基于MATLAB的河流水质仿真研究--以漆水河为例

应用水质模型对河流污染控制进行研究 ,非常经济、方便、有效 ,而水质仿真更便于进行水污染治理的科学决策。Simulink工具箱是MATLAB为系统仿真研究的用户提供的一个操作简便、功能强大的可视化仿真平台。近年来 ,它已经成为系统建模和仿真方面应用最广泛的软件之一。文章构建了基于MATLAB的一维稳态水质模型 ,对不同情况、治理方案下的漆水河水质变化进行了仿真研究 ,为漆水河水污染控制提供了科学依据     

亚热带流域人类活动净氮输入与河流输出响应——以东江为例

流域人类活动导致的过量氮输入是造成河流氮污染问题的主要原因.本研究基于人类活动净氮输入(NANI)模型,采用县级面板数据,评估了东江流域人类活动净氮输入与河流氮输出的时空变化特征及其影响因素.结果表明：(1)2013—2020年东江流域的NANI无显著时间变化趋势,多年平均值为8511 kg·km^-2·a^-1,化肥是最主要的输入源,平均贡献率为57.4%,其次是大气氮沉降,平均贡献率为17.3%;(2)东江流域的人类活动净氮输入呈现沿干流集中分布的特点,且上、下游输入强度高于中游,寻乌水、贝岭水以及公庄河的局部集水区域的氮输入强度较高,人口密度和GDP是影响NANI空间分布的关键因素;(3)人类活动净氮输入与河流氮通量之间存在显著的指数和线性双重响应关系,其中,河流通量与NANI的线性响应斜率高达34.6%,在国内外大型河流中处于高位,表明在亚热带的特殊气候环境下,东江流域相同的氮输入负荷可引发更高的氮输出风险.     

浑太河流域多尺度土地利用/景观格局与水质响应关系初步分析

选取浑太河流域为研究对象,采用GIS、相关性分析、多元线性回归分析等多种数理统计分析技术,从子流域和河岸缓冲区尺度分析了土地利用、景观格局对河流水质的影响。结果表明:农业用地面积比例在子流域和1000m河岸缓冲区尺度与NH4+-N、TN、BOD5和COND呈正相关;林地用地面积比例在子流域尺度和河岸缓冲区尺度均与CODMn呈负相关,在300m、400m、1000m河岸缓冲区尺度与TN呈负相关,在1000m河岸缓冲区尺度与COND呈负相关,在子流域与1000m河岸缓冲区尺度与NO3-呈正相关;草地在子流域尺度与NH4+-N、TN、TP、Chl、CODMn呈正相关;建设用地面积比例在子流域尺度与BOD5、COND、TN呈正相关。CONTAG在河岸带缓冲区尺度与COND、TN呈正相关,在子流域和河岸缓冲区尺度与均CODMn均呈正相关,在河岸缓冲区尺度与NO3-呈负相关;PD在子流域尺度上与TN呈正相关,ED在子流域尺度上与NO3-呈正相关,与NH4+呈负相关;SHDI在子流域与河岸缓冲区尺度与NO3-均呈负相关。相对于河岸缓冲区尺度,土地利用类型在子流域尺度上对水质的影响更为显著,表现在调整判定系数Adjusted R2更大。而景观格局指数中对水质影响最大的是CONTAG,相对于子流域尺度,CONTAG在缓冲区尺度上影响更为显著。     

河长制推行下县域河流水质变化及污染排放特征——以南充市蓬安县为例

为了探索河长制在县域水环境管理中的机制优势,以南充市蓬安县为例,选取河长制前后环境监测结果进行对比,研究县域河流水质变化及污染物排放特征。2016—2021年河长制实施前后,市控县域河流水质达Ⅲ类比例逐年从0%提升到100%,基本消除了Ⅴ类和劣Ⅴ类水质;所测断面水质中化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、五日生化需氧量含量河长制前后五年同比基本呈下降趋势,溶解氧浓度呈现上升的良好趋势。县域河流污染物排放和源解析分析,2017—2019年水污染物排放量变化不明显,2020—2021年污染物排放量极速下降,节能减排效果显著,河长制机制的优势呈现。同时,蓬安县在河长制推行中制定了水质目标考核达标污染防治对策,为水污染防治攻坚战成果巩固提供重要支撑依据。     

水质预警预报系统的研究与应用--以汉江武汉段为例

报道了水质预警预报系统的研究及在汉江武汉段的应用情况。该系统基于河流一维水质综合模型和地理信息系统理论,建立了河流空间数据库和属性数据库,考虑了污染物的迁移和生态转化过程,可实现污染物迁移扩散的常规预报、水华预警预报及突发污染事件的模拟,并利用MapObject实现了模拟结果在系统中的实时动态可视化,为河流水环境的管理和决策提供科学依据。     

河流健康评价标准研究——以贾鲁河流域郑州段为例

阐述了河流健康以及河流健康评价的概念,论述了河流健康评价的发展以及标准制定的原则和依据。并以贾鲁河流域(郑州段)为例,从生境状况、生物状况、生态功能三方面着手构建河流健康评价指标体系,并论述了该体系中各指标变量标准建立的过程。     

滇池流域土地利用变化与入湖河流水质关系研究

以昆明滇池东南岸流域为例,利用逐步回归模型分析了流域土地利用类型与流域湖泊水质之间的相关关系,发现水质污染指标与耕地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关,与城乡用地始终呈现负相关,对昆明滇池东南岸流域而言,耕地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了城乡用地的贡献。     

河流湿地的生态修复及水质保护工程实践——以淇河湿地生态治理工程为例

以淇河湿地生态修复及水质保护工程为例,分析了湿地系统面临的主要问题,提出了“湿地底泥生态疏浚、生态缓冲塘、人工湿地、岩石开采场生态修复”等系统化工程措施。并对农村生活污水进行了污染源分析,深入研究了人工湿地净化工程的处理规模、工艺流程、设计参数等关键技术,最终构建了“湿地生态修复+人工湿地水质净化”的系统湿地生态治理工程措施,并建立了湿地监测、湿地生态保护管理中心及现代化的信息管理系统等配套工程。通过工程的实施,可以减少湿地底泥内源污染、降低流经区域的面源污染,削减农村无组织排放地表径流污染,对湿地水体生态修复及水质保护起到工程示范作用。