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     

基于EFDC和WASP模型的突发水污染事故影响的预测预警

近年来,我国突发水污染事故频发。长江作为我国最重要的水源地,其水质安全受到沿江众多化工企业可能突发污染事故的威胁。因此,开展南京化工园突发水污染事故影响的预测预警研究意义重大。基于EFDC和WASP模型,建立了南京化工园突发水污染事故影响的预测模型,并以龙翔甲苯罐区泄漏为例进行了事故情景模拟。研究表明：所建的预测模型能够对南京化工园突发水污染事故后污染物的水环境行为进行快速的模拟和预测,并且能够在地理信息系统的图层上以动画的形式实时展示事故影响的范围和程度,可以为南京化工园突发水污染事故的预警应急提供决策依据;基于EFDC构建的二维水动力模型能够较为准确地反映研究区的水动力情况;事故情景中排放的甲苯在研究江段能够较快地稀释扩散,挥发作用对甲苯的衰减过程影响显著,平水期比枯水期更有利于水体中甲苯的衰减     

“长江经济带”战略背景下武汉城市水环境承载力综合评价

为揭示长江经济带战略背景下武汉城市水环境承载力的演化特征,理解长江经济带建设过程中武汉城市水环境的承载基础,从水资源环境、水污染控制和社会经济承载3个子系统来构建城市水环境承载力指标体系,采用结构熵权法和均方差决策法进行主客观联合赋权,对长江经济带战略下的武汉城市水环境承载背景进行研究。研究结果表明：（1）2004~2013年武汉城市水资源、环境与社会经济的发展协调性较好,城市水环境承载力综合值呈上升态势,具有较好的水环境承载基础;（2）水资源环境和水污染控制两个子系统在武汉城市水环境承载力中贡献较大;（3）长江经济带建设背景下水污染控制是提升武汉水环境承载力的关键,未来控制城市生活污水、加强城市环保基础设施的建设和管理是武汉城市水环境管理的重中之重     

潮汐河口水库型饮用水水源地保护区划分技术方法

长江口作为上海重要水源地,至今还没有依法划定水源保护区。目前国内的饮用水水源地保护区划分技术方法在潮汐河口水域应用时存在科学性差、适用性不强等问题。对国内外饮用水水源地保护区的划分方法进行了调研;研究了河口潮汐往复流特征、水污染排放、水环境特点,明确了河口水源库水质净化和防范突发污染事故风险的要求,提出了充分利用水库库区自净能力的划分原则和应用污染物最大流动距离法划分潮汐河口水库型水源地二级水源保护范围的技术方法。以氨氮作为特征因子分析水库的自净能力,认为库区作为一级保护区可以承担二级保护区的水质净化功能。以99%保证率的涨落潮流速并考虑季风的影响计算得到最大流动距离,并以此确定了青草沙水库的二级保护区范围上下游和横向边界范围。研究表明该方法概念清晰,简单实用,可靠性强。     

汉江下游水污染协同控制探讨

以一维河流单种污染物的水污染协同控制理论为基础,以汉江武汉段水质达到国家III级为目的,探讨了河流的水污染控制量。根据各排污口的实测CODCr、BOD5、NH3-N浓度和排放流量,结合河流的流量和水质标准,得出汉江武汉段的水污染协同控制量。计算结果表明,汽配排污口BOD5排放量需削减198 t/a,汉正下河街排污口BOD5排放量需削减617 t/a,其它排污口BOD5排放量在允许值范围以内;各排污口的CODCr排放量均在允许值范围以内;国棉三厂排污口NH3-N排放量需削减57 t/a,汉正下河街排污口NH3-N排放量需削减95 t/a,其它排污口NH3-N排放量在允许值范围以内。该方法充分考虑各污染源合理利用环境的自然降解能力,比简单要求每个污染源都达标排放更合理,对各污染源也更加公平,也容易被排污企业接受,具有一定的实用价值。     

前置库技术在水库水源地面源污染控制中的应用

近年来,农业面源污染对水库水源地的水质保护形成了威胁。为防治环境污染,保护水库水源地水体的水质,充分发挥资源的生产潜力,对水库水源地保护区进行面源污染控制尤显重要。前置库技术因其费用较低,可以多方受益、适合多种条件等优点,是目前防治水库水源地保护区内面源污染的有效途径之一。在考虑水库水源地特有的地形特点及其面源污染的突发性、大流量等问题的基础上,阐述了前置库系统的组成并解释其水质净化机理,提出了前置库如何选址及其库容的确定,并对前置库内部生态系统及水生生物配套工程的建设加以分析说明,最后提出了前置库技术在应用过程中存在的局限性。这种因地制宜的水污染治理技术,对减少水库外源有机污染负荷,特别是去除入库地表径流中的氮、磷安全有效,具有广泛的应用前景。     

水污染控制规划的GIS辅助技术研究

以宁波市甬江流域为例,以GIS技术辅助流域水污染控制规划,在ARCGIS90的环境中,完成了流域水系概化、水质评价,并利用GIS的叠置技术,建立功能区划水域－入河排污口－陆上汇流区的对应关系。根据水环境功能区的水质目标,通过建立污染源－水环境质量的输入响应关系,然后利用GIS技术对甬江流域数字高程模型（DEM）进行数字地形分析,得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图,构筑了水污染控制单元,作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。最后利用GIS的可视化表达进行辅助决策,确定各水环境功能区的水环境容量,结合排污状况（包括工业、农业、生活）的分析,得出流域水污染控制的总量控制方案和对策措施。甬江流域水污染控制规划的实践表明,在规划过程中,GIS作为一个必不可少的工具渗透在每一个环节中,为数据管理、空间图形表达和空间决策分析提供有效的工作平台和可靠的技术支持     

水污染控制规划的GIS辅助技术研究

以宁波市甬江流域为例，以GIS技术辅助流域水污染控制规划，在ARCGIS90的环境中，完成了流域水系概化、水质评价，并利用GIS的叠置技术，建立功能区划水域－入河排污口－陆上汇流区的对应关系。根据水环境功能区的水质目标，通过建立污染源－水环境质量的输入响应关系，然后利用GIS技术对甬江流域数字高程模型（DEM）进行数字地形分析，得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图，构筑了水污染控制单元，作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。最后利用GIS的可视化表达进行辅助决策，确定各水环境功能区的水环境容量，结合排污状况（包括工业、农业、生活）的分析，得出流域水污染控制的总量控制方案和对策措施。甬江流域水污染控制规划的实践表明，在规划过程中，GIS作为一个必不可少的工具渗透在每一个环节中，为数据管理、空间图形表达和空间决策分析提供有效的工作平台和可靠的技术支持     

长江苏州段岸线资源评价与港口发展研究

运用遥感与GIS技术查清长江苏州段岸线资源分类长度,采用岸前水深、岸线稳定性和岸前航道水域宽度等指标对岸线资源进行分等评价,结果表明虽然优良岸线的比例不高,但由于优良岸线资源分布集中且具有良好的城镇依托和通达条件、发达的腹地经济,长江苏州段岸线资源开发条件十分优越。通过港口综合实力指数的计算,评价了苏州港在长江南京以下港口群中的地位,明确了苏州港的功能定位与发展方向：上海国际航运中心组合核心配套港、长江流域国际集装箱干线港、长江中上游大宗散货、件杂货中转港、沿江基础产业带建设配套港。在此基础上提出了长江苏州段岸线开发、港口发展的对策与建议。     

河流水污染损失补偿模型研究

我国水污染问题的突出表现之一是省际间、地区间水污染纠纷接连不断, 严重影响经济发展和社会稳定。在流域不同主体之间建立水污染补偿机制,可以把水污染造成的环境外部损失内部化,从而促使污染者在治污成本和经济补偿之间进行权衡,促进水污染治理措施的有效执行和水污染纠纷的解决。在水污染经济损失评估的基础上,以河流为研究对象,采用水环境数学模型的方法描述了污染物排放的空间影响关系,进而把超量排放的环境影响与经济影响联系起来,对模型的基本特征、处理方法和应用范围进行了讨论,并且以太湖流域范围内的京杭运河为例进行实证研究,得到了河流水污染损失补偿的数学模型。     

引水调控改善太湖湖湾水环境及其效果预测

在总结太湖水污染问题的基础上,分析得出水流缓慢、动力掺混能力弱、水流交换不畅、水体自净能力差、纳污能力小、入湖污染负荷量大且远超过湖湾的纳污能力是梅梁湖湾水污染严重的主要原因,提出区域水污染综合治理、入湖污染物总量控制、引水调控等水污染防治策略及其关键控制技术,利用数值模拟技术给出了太湖梅梁湖湾入湖污染物排放总量控制定额,并结合引江济太调水试验,采用平面二维水流水质数学模型模拟预测引水调控对梅梁湖湾的水环境改善效果及大流量集中调水和小流量维持性调水的水环境     

长江岸线与岛屿演化的空间分形研究--以江苏段为例

根据分形理论,采用网格和面积周长两种分形维数计算方法,以遥感卫星影像为主要数据源,在GIS支持下,计算了长江江苏段5个时相的岸线和岛屿空间分布的分形维数,探讨了其中所隐含的地理含义,认为长江江苏段岸线和江中岛屿都具有分形性质,分维数的变化可以反映它们的稳定程度;比较了不同量测方法、不同标度、不同比例尺下长江江苏段岸线的长度,认为岸线长度的值是不确定的。     

长江岸线江苏段资源及其合理开发利用

本文应用遥感技术,结合地面调查和测量资料,建立长江江苏段江岸变迁,航道水深变化,护岸工程和岸线资源利用等数据库,在GIS支持下开展地理信息图谱研究,对长江岸线资源和利用现状进行调查评价,分析岸线资源利用的特点和存在问题,提出江苏省长江岸线资源保护与合理开发利用的对策建议。     

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。     

基于AHP和熵权的跨界突发性大气环境风险源模糊综合评价

提高跨界突发性大气环境风险源分级评价结果的客观性、准确性,可以对下一步合理分配有限的人力、物力和信息资源,对风险源进行分级实时监控提供有力依据。本文结合层次分析法(AHP)、熵和模糊数学方法对跨界突发性大气环境风险源进行风险评估。该方法首先通过构造层次分析法中的判断矩阵,得到主观权值;再利用熵权法对主观权值进行修正,得到综合权值;最后运用模糊综合评价的方法对跨界突发性大气环境风险源危害程度进行综合评估,得到跨界突发性大气环境风险源的风险等级。采用熵权来调整主观赋权法给出的权重系数,使评价结果更加客观、科学、合理。运用此法对大连市T化学有限公司30 t液氯储罐、X化工厂8 t液氯储罐和S化工厂200 t液氨储罐3个潜在跨界大气环境风险源以瞬时爆炸事故排放情形进行风险评价,确定了其风险等级。     

长江生态与环境——现状与挑战

讨论了中国第一大河长江的生态环境现状和面临的问题。随着我国社会经济的快速发展,长江的生态环境出现了一系列问题,流域内水污染治理严重滞后,水污染尚未得到有效控制。长江流域生态环境正面临着前所未有的压力。必须对影响流域生态系统的有关因素,包括水、土、生物及相关资源进行综合管理。处理好长江保护与开发利用的关系,将成为未来20年长江流域面临的重大课题。     

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     

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。     

基于流域地形地貌特征的分布式汇流方法

以长江三峡区间沿渡河流域为例,采用HEC-HMS水文模型系统为模拟工具,基于流域下垫面特征和水动力条件提出了一种分布式单位线方法,并应用于降雨径流过程模拟。以自然分水线划分子流域,基于DEM数据和GIS工具提取河网水系特征。采用7种模型评估指标,分别从总量平衡,过程拟合,高水流量和低水流量4个角度评判模型的模拟效果及精度,并给出了模型模拟结果的量化统计指标。模拟结果表明:25场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的有80%,径流深相对误差小于20%的有96%,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.8的有84%。由此可知,提出的分布式汇流方法可有效利用流域下垫面特征和GIS工具提取模型参数信息,适应于无资料流域的降雨径流过程模拟应用。     

长江经济带水污染密集型产业时空格局演变及影响因素研究

水污染密集型产业布局的科学性是长江经济带水资源保护有效性的基础与前提,本文通过界定12个行业为水污染密集型产业,利用偏离份额、基尼系数、区位商探析长江经济带水污染密集型产业时空格局演变,并进一步建立面板回归模型从传统地理区位因素、新经济地理因素与制度因素分析其对长江经济带水污染密集型产业时空格局演化的影响。研究发现：（1）从时间趋势来看：水污染密集型产业占长江经济带工业总产值比重基本呈现逐步下降的趋势,但是占全国污染密集型产业比重小幅下降后呈上升态势,行业偏离份额结果显示2003~2016年间水污染密集型产业内部行业发展出现分化,化工产业结构调整效果明显,具有衰退的态势,“化工围江”问题在逐步改善。（2）从空间演变特征看：基尼系数显示水污染密集型产业呈现扩散态势;区位商与区域偏离份额进一步验证了水污染密集型产业具有由下游向中上游地区转移与扩散的趋势尤其是承接产业基础较好的中游地区。（3）经济因素、劳动力成本、基础设施是驱动长江经济带水污染密集型产业空间布局演化的主要因素。