白洋淀夏季入淀区沉积物间隙水-上覆水水质特征及交换通量分析

为揭示白洋淀夏季入淀区上覆水-间隙水氮磷营养盐相互作用,本研究于2019年7月对白洋淀主要6条入淀河流取样,通过分析上覆水、间隙水水质特征以及营养盐在沉积物-水界面的扩散通量,评估了营养盐扩散对沉积物与上覆水的影响.结果表明白洋淀水质呈弱碱性;溶解氧（DO）含量较低,为沉积物内源污染物的释放提供了厌氧环境;氨氮（NH₄⁺-N）浓度在0.35~1.76mg·L^-1,作为主要给水来源的潴龙河淀区最高;硝氮（NO₃^--N）浓度在0.75~1.97mg·L^-1;溶解性总氮（TDN）浓度在0.99~2.70mg·L^-1,位于自然区的S2瀑河含量最高;溶解性总磷（TDP）浓度在0.03~0.15mg·L^-1,靠近居民区的白沟引河含量最高.间隙水氨氮浓度在5.24~10.64mg·L^-1,是上覆水体的10倍,内源污染严重;硝氮浓度在0.36~0.79mg·L^-1;溶解性总氮浓度在5.36~12.02mg·L^-1,是上覆水体的5倍;溶解性总磷浓度在0.03~0.3mg·L^-1.应用综合污染指数法对水质进行评价发现间隙水污染程度远高于上覆水,各采样点呈现出严重污染状态.对NH₄⁺-N、TDN和TDP进行交换通量分析显示,NH₄⁺-N的扩散通量在1.71~7.43mg·（m²·d）^-1,作为保定市纳污河流的府河采样点内源氨氮向上覆水扩散速率最快;TDN的扩散通量除白沟引河较低,其余5个采样点均值达到9.11mg·（m²·d）^-1,夏季水体中溶解氧含量较低且沉积物-水界面TDN浓度差较大,导致沉积物中含氮营养盐在厌氧条件下大量释放到上覆水中,对水质造成严重污染;萍河采样点TDP的扩散通量是负值表示上覆水体的磷污染物向沉积物聚集的状态,剩余5个采样点的扩散通量范围在0.03~0.16mg·（m²·d）^-1,表现出磷营养盐向上覆水释放的状态.扩散通量显示内源污染物是上覆水污染物的重要来源,为有效治理入淀区水质,沉积物氮磷营养盐的清淤处理迫在眉睫.     

以大辽河为例分析中小河流入海通量的估算方法

通过对目前河流入海通量估算方法的比较分析,针对我国北方的大部分河流属中小河流,监测频率不高,潮周径流量与进潮量之比很小的情况,指出了估算河流人海通量的技术障碍,分析各种河流、河口通量估算方法的误差来源、应用条件,比较潮时通量法、水期加权法、年平均法、概率分布法以及对流-扩散模式法等各种时段通量的估算方法.从河口上游水文站时段通量、河口段流达率、区间排放量的关系出发,提出实用化的河流人海通量的计算方法,并用于水质监测频率较低的感潮河流人海通量的估算和分析.通过对2003年大辽河人海通量进行实例计算,全面考虑时段离散通量,验证了方法估算结果的合理性.     

水深和扰动对北运河沉积物释放的模拟研究

结合汛期河道水位上涨现状,以河流沉积物为研究对象,通过实验室水槽模拟河道的方式,分别在静置和扰动两种工况下,探索汛期降雨导致河道水位上涨对河道沉积物中污染物释放的影响.研究结果表明,在静置条件下,水深正向影响沉积物中COD_Cr的释放通量（R²=0.945）,负向影响NH₃-N释放通量（R²=0.967）.在扰动条件下,水深负向影响沉积物中硝酸盐氮的释放通量（R²=0.892）,正向影响其他污染物的释放通量.与水位0.3 m相比,水位在0.9 m时,扰动条件下沉积物中COD_Cr、TN、TP以及活性磷的平均释放通量分别提高约150.09%、63.59%、400.84%和352.28%.水位上涨会明显提升沉积物中污染物释放通量,水深对扰动条件下污染物释放更敏感.     

河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响.通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围,对估算方法的取舍原则进行了分析.      

河流污染物通量估算方法分析(Ⅰ)——时段通量估算方法比较分析

通过对河流时段通量所采用的估算方法的误差比较分析,说明了实测河流断面时段通量中时间平均离散通量的贡献;并讨论了污染源的点源、非点源类型的差别对选择年通量估算方法的影响.通过实例探讨了河流长时间通量估算方法的使用范围,对估算方法的取舍原则进行了分析.     

响应面法优化MAP沉淀去除回收尿液中磷的研究

基于模拟尿液的组成特点,利用Box-Behnken Design实验及响应面法对磷酸铵镁(MAP)沉淀去除回收尿液磷过程中反应pH值、Mg²⁺与PO₄^3-物质的量比(Mg/P比)及Ca²⁺与PO₄^3-物质的量比(Ca/P比)3个重要影响因素(分别表示为X₁、X₂、X₃)及各因素之间的交互式影响进行考察,并利用SEM、FTIR、ICP和XRD表征手段分析结晶沉淀组成和晶形特征.实验结果表明,回归方程中X₁、X₂、X₃、X₁X₃、X₂X₃、X₁²、X²₂、X₃²对磷去除率影响显著;当反应pH值和Mg/P比范围分别在8.5~9.5和1.0~1.2之间时,磷去除率响应值能达到99%.产物表征结果表明,模拟尿液中K⁺和Na⁺对结晶干扰较小;当Ca²⁺的浓度相对较低(Ca/P比小于0.25)时,沉淀中MAP的纯度高于85%,晶体形状大部分为斜方形;当Ca²⁺的浓度相对较高(Ca/P比大于0.25)时,沉淀中的MAP下降明显,晶体形状开始不规则,杂质增多;当模拟尿液中Ca/P比为0.5时,MAP纯度仅有约70%.     

艾比湖区域景观格局与河流水质关系探讨

为进一步明确景观格局对河流水质的影响.本研究选择新疆艾比湖区域为研究对象,以28个水质采样点为中心,建立100、200、300、400 m的河流缓冲区,并提取土地利用/覆被-景观格局数据.首先,通过主成分分析获得水环境的主要水质变量.其次,利用多元线性回归探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被-景观格局变化对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区.结果表明：①2015年5月,在艾比湖区域测得的18个地表水水质指标中提取TDS、SO₄^2-、NH₄⁺-N、HCO₃^-、Na⁺和TP这6个水质指标.②对斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、景观形状指数（LSI）、蔓延度指数（CONTAG）进行统计分析,发现人类活动在4个缓冲区内强弱不均.③本文在不同尺度的缓冲区下,将PD、LPI、ED、LSI、CONTAG和TDS、SO₄^2-、NH₄⁺-N、HCO₃^-、Na⁺、TP分别进行相关性分析,发现300m缓冲区相关性最为显著.④在300m缓冲区内,通过多元线性回归分析,将TDS、HCO₃^-与其各自对应的景观指数的关系进行定量化表达,进一步探明区域流域地表水与周围一定缓冲区范围内的景观格局的内在关系.     

CuxCe1-xO2/γ-Al2O3催化剂催化燃烧甲苯性能的研究

以γ-Al₂O₃ 为载体,以复合氧化物Cu_xCe_1-xO₂为活性组分,其中,x=0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,通过浸渍法制备了一系列Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂.在固定床反应器中评价了催化剂对甲苯的催化活性,通过XRD、SEM对催化剂进行表征,并运用ICP-MS分析并计算Cu、Ce的摩尔比以及活性组分的负载量.结果表明,在Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂中Cu、Ce摩尔比的实际值与理论值相近,活性组分的负载量在19%以上,而且对甲苯都有较好的低温催化活性,其中当x=0.2时,即Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂对甲苯的催化活性最高,其中T₁₀=160 ℃,T₉₀=265 ℃;当甲苯的进口浓度在700~3000 mg·m^-3时,进口浓度对Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性影响较小,且经过连续80 h的稳定性操作后转化率仍然保持在90%以上.     

中原城市冬季两次重污染形成机制及来源

为揭示郑州市冬季空气污染过程及形成原因,选取郑纺机国控站点为采样点,探讨2019年12月郑州大气污染物浓度和主要气象参数特征,对比不同污染阶段PM_2.5水溶性离子、元素和碳质组分浓度变化,并利用空气质量模型模拟结果,分析采样期间污染源排放与区域传输对采样点PM_2.5质量浓度的贡献.结果表明,采样期间第一次和第二次重污染形成和消散过程略有差异,分别呈现出"缓慢累积、缓慢清除"和"缓慢积累、快速清除"的特征.第一次和第二次重污染时段NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺质量浓度占PM_2.5比值达到41.5%和46.2%,OC/EC比值分别为4.0和4.5,二次气溶胶颗粒的大量生成是两次重污染形成的主要原因.采样期间本地、东部、南部、西部和北部区域对采样点PM_2.5浓度贡献占比均值分别为58.0%、2.4%、6.7%、6.9%和12.7%,第一次重污染是本地污染物排放和外来源区域传输共同作用的结果,期间西部和南部区域及外来工业源贡献占比有所升高;而第二次重污染则主要受到本地大气污染物累积的影响,期间交通源、扬尘源和燃煤源污染贡献骤增,外部区域对采样点PM_2.5浓度的影响有所减弱.     

Effect of alkaline earth metal promoter on catalytic activity of MnO2 for the complete oxidation of toluene

Herein, Na⁺ and Ca²⁺ are introduced to MnO₂ through cation-exchange method. The presence of Na⁺ and Ca²⁺ significantly enhance the catalytic activity of MnO₂ in toluene oxidation. Among them, the Ca-MnO₂ catalyst exhibits the best catalytic activity (T₅₀ = 194°C, T₉₀ = 215°C, E_a = 57.2 kJ/mol, reaction rate 8.40 × 10^?10 mol/(sec?m²) at 210°C. T₅₀ and T₉₀: the temperature of 50% and 90% toluene conversion; E_a: apparent activation energy) and possess high tolerance against 2.0 vol.% water vapor. Results reveal that the increased acidic sites of the MnO₂ sample can enhance the adsorption of gaseous toluene, and the mobility of oxygen species and the content of reactive oxygen species in the catalyst are significantly improved due to the formed oxygen vacancy. Thus these two factors result in excellent catalytic performance for toluene oxidation combining with the weak CO₂ adsorption ability.     

Multiple linear regression models of urban runo pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration (EMC) which is used to quantify the washed-o pollutant concentrations from non-point sources (NPSs). Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runo coe cient. In this study, runo quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression (MLR) to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.     

Multiple linear regression models of urban runoff pollutant load and event mean concentration considering rainfall variables

Rainfall is an important factor in estimating the event mean concentration (EMC) which is used to quantify the washed-off pollutant concentrations from non-point sources (NPSs). Pollutant loads could also be calculated using rainfall, catchment area and runoff coefficient. In this study, runoff quantity and quality data gathered from a 28-month monitoring conducted on the road and parking lot sites in Korea were evaluated using multiple linear regression (MLR) to develop equations for estimating pollutant loads and EMCs as a function of rainfall variables. The results revealed that total event rainfall and average rainfall intensity are possible predictors of pollutant loads. Overall, the models are indicators of the high uncertainties of NPSs; perhaps estimation of EMCs and loads could be accurately obtained by means of water quality sampling or a long term monitoring is needed to gather more data that can be used for the development of estimation models.     

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a浓度估算与预测

叶绿素a浓度作为表征水质状况的重要参数之一,反映了水体富营养化程度和藻类含量,是决定水体的反射光谱特征的重要因素,也是水质遥感领域研究较多的一项水质参数.研究叶绿素a浓度的遥感定量反演可以为湖泊水质监测与评价提供新的思路和方法.本研究发展了一个基于集合均方根滤波和风生流的污染物扩散模型的数据同化方案,并结合2010年5月20日的太湖3个浮标观测站点的观测数据进行了同化实验.首先对太湖叶绿素a浓度进行同化估算,然后利用优化后的估算结果对太湖叶绿素a浓度进行了为期6 h的预报.在同化阶段,均方根误差分别从1.58、1.025、2.76降低到了0.465、0.276、1.01,平均相对误差也从0.2降低到了0.05、0.046、0.069.在预报阶段,均方根误差从1.486、1.143、2.38降低到了0.017、0.147、0.23,平均相对误差也从0.2降低到了0.002、0.025、0.019.结果表明,利用集合均方根滤波的数据同化方法可以有效地提高太湖叶绿素a浓度的估算与预报精度.     

变尺度混沌-遗传算法在复杂河流水质模型参数优化中的应用

将变尺度混沌-遗传算法(MSCGA)应用于复杂河流水质模型参数优化.采用湘江衡阳段水质监测资料,以二维河流水质数学模型反演结果的均方误差为适应度函数,估计横向扩散系数Dx、纵向弥散系数Dy和污染物衰减系数κ.数值实验结果表明,MSCGA寻优过程具有明显的分级特征,级级收敛;在同样的条件下,MSCGA的收敛速度较快,为遗传算法(GA)的1.36倍;同时,MSCGA克服了GA早熟收敛的问题,其最优适应度函数值为7.6×10-4,而GA的最优适应度函数值9.6×10-4.将MSCGA应用于研究河段,求得Dx、Dy分别为0.1335、0.0011,BOD5、As、Cr的衰减系数κ分别为0.0229、0.0100、0.0107.     

辽北地区水生昆虫与水质监测试验

辽北地区水生昆虫与水质监测的试验是采用美国昆虫学家莫尔斯．约翰提出的监测模式进行的。文中重点阐明了水生昆虫的采样方法、生境观察指标、污染指数值确定方法、评价标准，并进行了应用实例分析。研究结果表明，水生昆虫监测方法适用于快速监测和评价河流水质。     

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.     

三峡水库上游河流入库面源污染负荷研究

借鉴水文分割法的原理,在基流分割的基础上,建立了面源污染负荷估算公式. 基于相关性分析、回归分析,提出了污染类型判定和数据补插原则. 以2004和2005年的水文水质数据为基础,将该方法应用于三峡库区上游河流入库面源污染负荷研究, 并采用相关系数法作为对比,对该方法在应用中可能导致的结构性偏差予以探讨. 结果表明,2004年嘉陵江、长江干流、乌江三江入库COD_Mn,总氮和总磷的污染负荷(以包含溶解态和颗粒态成分的总物质通量表示)分别为168.96×104,70.30×104和10.95×104 t;2005年分别为228.24×104,66.64×104和14.24×104 t;在总量组成中,面源是三江入库污染物的主要来源,占总入库负荷的60%～80%;在空间分布上,长江干流对入库面源污染负荷的贡献占绝对优势,嘉陵江、乌江的面源污染总贡献率仅占13.4%～39.4%;在营养物负荷组成方面,氮对水体的影响以溶解态氮作用为主,磷对水体的影响以颗粒态磷作用为主. 水文分割法的改进值得进一步关注,但在尚未出现十分科学、合理的改进算法时,该方法仍不失为面源负荷研究的有效方法.      

连续极端降雨对东江流域水质影响分析

为研究连续极端降雨对饮用水源型河流东江水质的影响,分析流域近38年极端降雨事件发生特征,并结合水文水质数据初步分析其对水质的影响.基于SWAT2012建立东江流域高精度模型,研究极端降雨过程中主要污染物通量变化过程及其对水质的影响.结果表明,东江流域近38年极端降雨事件共发生173次,丰水年频次要高于其他年份,年内受气候影响主要集中在3～9月(80%),峰值主要出现在降雨量最高的6月;在空间上增城-博罗-惠州-龙门一带极端事件发生频率最高.降雨量与浊度、TP、氰化物、Pb、Fe和Mn的浓度值均呈显著正相关,其中与浊度、TP的相关系数相对较高,与p H、电导率和Zn的浓度值等呈极显著负相关,水质在一定程度上受到降雨的影响.浊度、TN、NH4+-N及TP浓度值均在暴雨径流期出现不同程度的上升趋势,其中浊度和TP浓度值变化趋势与流量呈显著一致,其峰值出现要早于流量峰值(约1 d),存在显著初期冲刷效应; p H变化过程则与流量相反,成"V"字形,可能是受上游山区降雨、土壤酸碱度及产汇流条件影响; NH4+-N受初期冲刷及洁净雨水稀释则呈现前期高,中后期低的特征.污染物负荷与径流量变化趋势较为一致,TN、NH4+-N及TP污染通量峰值要晚于(约1d)流量峰值的出现,这与污染物浓度峰值出现规律不同;污染物负荷主要在暴雨径流期呈现明显增加趋势,以59. 48%的径流量输送污染物占比达到了:COD 68. 42%、NH4+-N 54. 68%和TP 70. 20%,呈现时间短、污染物负荷冲击强等特点,对东江饮用水源水质造成较大的影响,建议通过强化初期雨水治理减少暴雨径流期对水质风险的影响.     

基于区间型贝叶斯的湖泊水质评价模型

在贝叶斯水质评价模型中引入区间数表示污染物浓度,采用区间排序法对水质评价结果进行比较,建立了区间型贝叶斯湖泊水质评价模型。同时将该模型应用于某湖泊的5个采样点进行水质监测及评价,结果显示,5个采样点水质逐渐变差,均为劣V类。基于区间型贝叶斯的湖泊水质评价模型更加直观地表示了同类水质采样点的水质差别,避免了传统方法中主观因素的影响,为属于同类别水质的采样点排序提供了评价依据。