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%.     

再生水灌溉土壤人工合成麝香累积模型模拟

人工合成麝香(HHCB/AHTN)是近几年来受关注较多的药品与个人护理品(PPCPs)类新型污染物之一,再生水灌溉是HHCB/AHTN输入土壤的主要途径.本研究结合再生水灌溉土壤的实地检测结果,采用HYDRUS-1D模型,模拟了长期灌溉再生水条件下土壤中HHCB和AHTN的迁移转化和累积趋势.结果表明,尽管土壤中这两种麝香的含量极低,但是再生水灌溉土壤中的含量是自来水灌溉土壤的5倍;再生水灌溉下HHCB/AHTN累积趋势从lgKoc较低为3.44时的指数型增加,到lgKoc较高为4.12和4.86时的线性增加;半衰期的变化对再生水灌溉途径输入土壤的HHCB/AHTN的表层累积影响并不明显;再生水灌溉下土壤中HHCB/AHTN的垂直迁移能力较小,灌溉40 a以后最大迁移距离只有53 cm,且受Koc变化的影响较大;通过灌溉水途径进入土壤的HHCB和AHTN通过生物降解与植物吸收途径消解的比例较低,最高只占输入总量的7.69%,但是随着lgKoc的减小和灌溉时间增加,通过生物降解和根系吸收的消解率增加.本研究结果能够为准确评估再生水灌溉途径引起的土壤中人工合成麝香HHCB/AHTN的生态风险提供依据.     

模型模拟再生水灌溉对土壤水盐运动的影响

随着水资源供需矛盾日益尖锐,污水再生利用成为了缓解北京水资源紧缺的重要举措.为推动北京再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟缺水城市北京再生水灌溉土壤水盐运动规律,并对土壤盐分累积进行预测,探讨了不同灌溉措施对土壤水盐运动规律和盐分累积的影响.结果表明,高水量、常规、低水量灌溉,平衡时土壤含盐量（ECe）年均值分别增加了29.5%、97.2%、197.8%;灌溉频率对土壤水盐运动规律影响不大,但低频灌溉下土壤中盐分的累积有减少的趋势;灌溉水含盐量（ECw）为0.6、1.2、2.4 dS.m-1灌溉条件下,平衡时ECe的年均值分别增加了23.7%、97.2%、208.5%,自来水灌溉下土壤盐分虽有增加,但土壤未出现盐渍化.总的来说,目前北京常规再生水灌溉,平衡时土壤盐分累积不会影响早熟禾的生长,但土壤会出现轻度盐渍化.     

基于我国西南地区儿童行为模式的IEUBK模型本地化研究

IEUBK(Integrated Exposure Uptake Biokinetic Model for Lead in Children)模型是美国环保署开发并推荐使用的儿童铅暴露风险评价模型,该模型的本地化是将其应用到我国的基础.本研究通过对儿童行为模式参数的敏感性分析,确定了儿童血铅含量对以手口接触为主要方式的土壤/灰尘暴露途径最为敏感.以我国西南Y省某污染区域为试点地区,采用问卷调查和环境介质分析等方法,对IEUBK模型中的儿童行为模式参数、环境介质铅浓度参数、土壤和灰尘摄入量参数进行了本地化.采用本地化后的模型预测了相邻的G省某重金属冶炼项目投产前及投产后5、10和20 a的儿童血铅含量,其几何平均值分别为5.28、5.77、6.03和6.32μg·dL-1;如果直接引用基于美国的模型默认参数,预测出的20 a后儿童血铅含量偏低61.39%.     

挥发性有机物污染场地挖掘过程中污染扩散特征

我国城市工业污染场地主要受挥发性及半挥发性有机污染物(VOCs/SVOCs)的污染.挥发性有机污染物挥发性大,在环境中容易迁移,土壤被挖掘和扰动时,土壤中VOCs很容易形成短时间内的相对较高浓度释放;如果施工人员没有进行适当防护,极易产生健康危害.本研究通过现场快速监测与采样管采样技术相结合,研究污染场地修复开挖过程中气态污染物的分布规律.监测结果表明,在场地开挖的主导风向上,气态污染物浓度分布随距离而下降,并呈现波峰和波谷交替出现的特征.监测结果可以用多个高斯烟团的叠加来拟合.本研究结合工业场所职业健康与安全有关限值,推导污染土壤修复开挖现场安全区域划分的方法,并提出相应分区的个人安全防护响应措施.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川区气溶胶水溶性离子变化特征及来源分析

基于2007年4、8和10月这3个时段不同季节的野外考察取样和实验室分析测试,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川区气溶胶样品中水溶性离子成分的浓度组成、变化特征及其可能来源.结果表明,气溶胶水溶性离子平均浓度为2.76μg·m-3,化学组成以Ca2+、NO-3和SO2-4为主.Ca2+、SO2-4、NH+4、Na+、Mg2+、Cl-在春、夏、秋这3个季节的变化趋势与总离子浓度的变化趋势一致,均为夏季最高、秋季次之、春季最低,而K+与NO-3却呈现出秋季最高、夏季和春季浓度次之的季节变化特征.分析认为,气溶胶中Ca2+、Na+、Mg2+、K+和Cl-主要可能来自陆源矿物;而NO-3和NH+4则很大程度上以人为源为主.并且发现,SO2-4可能同时受陆地源与人类活动来源的影响.     

ASM1耦合曝气模型对污水处理厂的模拟研究

为了更好地模拟污水处理厂实际的曝气方式及溶解氧浓度,采用更加精确的曝气模型对某污水处理厂进行了模拟研究.该模型考虑了污泥浓度、堵塞及温度等因素对氧传质的影响,并将该曝气模型与ASM1相耦合.首先,通过灵敏度分析确定了对该污水处理厂出水指标影响较大的参数,分别为异养菌产率系数YH、异养菌最大比增长速率μH、自养菌最大比增长速率μA及自养菌氧利用半饱和系数KOA.然后,测定部分灵敏度较高的参数并使用测量结果对模型进行校正,校正结果使用希尔系数表征.最后,使用另一批数据对校正参数进行验证.模拟的COD、氨氮、总氮和好氧池末端溶解氧的希尔不等系数分别是0.13、0.23、0.20和0.15,而通过控制溶解氧浓度或理论氧转移效率模型模拟则出现氨氮、溶解氧、总氮及COD的希尔不等系数不同程度上升的结果.校验后的ASM1/曝气耦合模型参数可以很好地应用于污水处理厂的模拟当中,对于优化污水厂曝气控制具有重要意义.     

FY2 号气象卫星估算地面太阳辐射研究

综合考虑太阳因素、地形因素、地表积雪覆盖情况、云量以及非均质大气对太阳辐射的影响,基于FY2 号静止卫星构建晴空太阳总辐射计算模型,并利用山西省3 个辐射观测站2011 年逐时、逐日、逐月太阳总辐射观测资料对其估算结果进行检验。研究结果显示：逐时误差在±1 MJ·m^-2之间,逐日误差在±5 MJ·m^-2之间,表明模型计算的太阳辐射误差较小,稳定性较好;逐月误差结果显示,三个站模拟值都大于实测值,且误差趋势一致,均表现为冬季误差高于夏季;进一步对模拟值和实测值进行相关性分析,三站线性拟合度均在0.86～0.92 之间,且相关系数均达到显著相关水平,表明模型计算的太阳辐射准确性和精度较高,且在数值拟合上较好地反映了实际的太阳总辐射量,证实该模型应用于FY2 号气象卫星的可行性。     

基于熵权的长沙市城市生态安全综合评估与预测

城市是一个社会-经济-自然复合生态系统,区域资源与城市自然系统是城市社会经济发展的重要基础和载体。城市生态安全评估是对未来的安全状态进行预测,以实现城市的可持续发展。文章以长沙市为例,在城市生态安全主要影响因素识别的基础上,应用PSR模型、熵权法等建立城市生态安全评估指标及计算方法,研究了长沙市近11年来生态安全的变化趋势。研究结果表明,1999-2009年间长沙生态安全的趋势由较不安全向较安全状态发展,生态安全值从25.4提高到60.7,人文环境响应是长沙生态安全改善的主导因素,资源环境压力,水土资源保持是限制长沙市生态安全的主要因素。