HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

基于MATLAB灰色GM(1,1)模型的大气污染物浓度预测

灰色GM(1,1)预测模型是灰色理论中的重要组成部分,也是主要的预测方法之一,因此,GM(1,1)模型的应用范围很广泛。以乌鲁木齐市市区的大气环境监测数据资料为依据,在分析灰色预测模型基本原理的基础上,利用MATLAB强大的矩阵功能,实现灰色GM(1,1)模型算法。通过灰色系统GM(1,1)模型,对乌鲁木齐市未来4年的环境空气质量进行了预测分析。预测结果显示,乌鲁木齐市未来4年环境空气质量将持续好转,表明近年来乌鲁木齐市采取的产业结构调整和清洁能源战略实施卓有成效。机动车尾气已经逐渐成为目前和未来一段时间内乌鲁木齐市空气污染的主要因素之一,控制和减少车辆尾气对空气的污染不容忽视,为今后乌鲁木齐市制定大气环境规划、防治大气污染控制提供了科学依据。     

流域系统动力学模型的全耦合问题研究进展

从系统分析的视角出发,对流域系统动力学建模过程、方法进行总结。综述了国内外系统动力学模型(简称SD模型)在社会经济发展与流域水资源承载力、流域水环境承载和流域水生态承载力耦合关系的研究。从简单的零维模型发展到复杂的社会经济综合模型和OO-SD模型(即Objective-Optimization SD模型),国内SD模型耦合关系研究主要集中在叶尔羌河、洱海、滇池等流域,SD模型在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面还存在不足,有待改进。     

对称可识别模型的建立研究

通过三个定理的证明,提出了对称可识别模型,为以后进一步研究和应用对称可识别模型提供理论基础。     

利用IVE模型建立成都市轻型汽油客车排放清单

城市机动车污染物排放清单的建立是控制机动车污染的关键.本研究以2012年为基准年,通过对成都市轻型汽油客车技术水平分布、活动水平和保有量等数据的调查,将IVE模型本地化,计算了成都市2012年轻型汽油客车VOCs、PM、NOx、CO的排放清单,并分析了清单的不确定性.结果表明:成都市2012年轻型汽油客车排放的VOCs、PM、NOx和CO分别为2.23×104t、1.6×102t、1.26×104t和2.03×105t;轻型汽油客车中黄标车VOCs、PM、NOx、CO的排放量分别占排放总量的27.5%、18.1%、37.2%和42.5%,表明黄标车是轻型汽油客车污染物排放的主要来源;排放清单的不确定性主要来自于排放因子,VOCs、PM、NOx和CO清单的不确定性分别为-31.67%~32.35%、-54.75%~55.09%、-6.56%~6.76%和-12.22%~12.51%.     

基于灰色理论的废弃电路板金属回收模型研究

电子废弃物的资源化既能实现资源的二次利用,又能防止环境污染,具有重要的理论意义和应用价值.运用灰色理论对离心复合力场回收废弃电路板金属过程中反冲水、转速和浓度等操作参数对分选效果(精矿品位和精矿的回收率)的影响进行了研究,建立了基于GM(0,N)灰色模型的离心复合力场回收废弃电路板分选模型.经验证模型精度较高.     

卡鲁塞尔氧化沟水力学特性的大涡模拟

本文基于大涡模拟中的Smagorinsky-Lilly模型,对Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并研究了沟内流速和涡量分布规律.速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法,采用VOF(Volume of fluid)方法追踪自由液面.模拟结果表明,回流现象主要出现在上中层混合液中,逆流现象主要出现于上层混合液中;转轮与转刷的推流作用是造成水面变化剧烈的原因;距转轮与转刷较近的区域、转速较快的转轮与转刷区域及直道段转刷下游水面较高一侧中上层区域的涡量较大.根据实验验证,本次模拟结果和实验值吻合度较好,Smagorinsky-Lilly模型可以准确模拟氧化沟水力学特性.     

基于SWAT模型的青山湖流域氮污染时空分布特征研究

基于SWAT模型构建了青山湖流域的氮负荷模型,利用2005~2011年的径流观测资料和2011年7月15日~8月4日的水质监测资料对模型进行率定和验证.青山湖流域氮污染的主要来源包括农田化肥、农村生活、畜禽养殖、城镇点源及湿沉降,其中对流域出口TN浓度贡献最大的来源是化肥施用,占34.3%.对流域现状氮负荷的时空分布特征进行分析,结果表明:NO3--N流失量的时空分布特征明显,6~9月的流失量最大,占62.5%,空间上中部流失量比西北部自然林区域大,坡面流是NO3--N主要流失途径;有机氮流失量较大的区域主要分布在中部农田比例较高的子流域.研究结果可为流域的氮污染控制和研究提供科学依据.     

阜新市空气监测点位优化的聚类分析

基于聚类分析法利用数据之间距离系数进行分类的原理,建立空气监测点位聚类分析优化模型,结合阜新市地形、气象及历史监测数据,进行阜新市空气监测点位布设优化应用,优化结果表明:距离相似水平取d=0.3时,环保局(B点)与人民公园(C点)监测点空气污染物浓度分布相似性最高,合并为1点,增设气象台监测点位作为清洁背景点,4个点位构成阜新市空气监测新网络;利用CALPUFF模型模拟对优化后监测点位进行相关性检验。检验结果表明:监测点位优化后SO2浓度与实测值相关系数为0.984,PM10相关系数为0.968,NO2相关系数为0.973。CALPUFF模型模拟值与实际监测值之间相关系数均大于0.75,表明优化后的阜新市空气监测点位具有客观环境代表性;监测点位优化与检验方法具有一定应用价值。