Eco-hydrological modelling in a highly regulated lowland catchment to find measures for improving water quality

Water quality modelling in the meso-scale Rhin catchment in the German federal state Brandenburg was done (1) to answer some specific questions concerning identification of point and diffuse sources of nutrient pollution in the catchment, (2) to assess the influences of possible climate and land use changes on water quantity and quality and (3) to evaluate potential measures to be done in order to achieve a “good ecological status” of the river and its lakes as required by the Water Framework Directive (WFD).The Rhin catchment is a typical highly regulated lowland river basin in Northern Germany. The regulations complicate water quantity and quality modelling in the catchment. The research was done by using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which simulates water and nutrient fluxes in soil and vegetation, as well as transport of water and nutrients to and within the river network. The modelling period was from 1981 until 2005. After calibrating the hydrological processes at different gauges within the basin with satisfactory results, water quality (nitrogen and phosphorus) modelling was done taking into account the emissions of different point sources (sewage treatment plants, etc.) and identifying the amount of diffuse pollution caused mainly by agriculture.For suggesting some feasible measures to improve water quality and to reduce diffuse pollution considering possible climate and land use changes, different reasonable scenarios were applied in consultation with the Environmental Agency of Brandenburg (LUA). The study revealed that the amount of water discharge has significant influence on the concentration of nutrients in the river network, and that nitrogen pollution, caused mainly by diffuse sources, could be notably reduced by application of agricultural measures, whereas the pollution by phosphorus could be diminished most effectively by the reduction of point source emissions.     

焦作市工业燃煤量与大号SO2污染关系模型研究

研究了焦作市工业燃煤量与大气SO2污染的关系,建立了适合于焦作市城区大气SO2污染的解析模型.在模型中尝试性地将面源污染产生的浓度贡献转化到背景值中计算,简化了解析模型.利用该模式计算了1996～2000年焦作市城区大气中的SO2浓度,并与监测数据进行对比分析,结果表明该模型适合研究区的实际情况,基于该模型实现了焦作市城区大气SO2浓度的动态预测.     

多种进水碳源条件下侧流活性污泥工艺的脱氮除磷机制

为提高污水氮磷营养盐的去除能力和稳定性,侧流活性污泥工艺开始被应用于世界多地的污水处理项目.污水有机碳的水解代谢行为影响侧流工艺的营养盐去除机制,但目前的研究多侧重简单碳源物质.本文采用多种碳源种类(简单碳源乙酸钠,大分子碳源葡萄糖、淀粉、蛋白胨、豆油及其组合)模拟实际污水有机碳组成,以探索更复杂碳源在侧流工艺(主流一...     

三峡库区小流域水体硝态氮含量及与土地利用的关系

通过对三峡库区宝塔河与曲溪两小流域内土地利用结构和施肥状况的调查,以及对流域水体中硝态氮含量连续3年的监测,探讨了土地利用结构和施肥状况等对水体中硝态氮含量的影响。结果表明:①不同流域水体中硝态氮含量存在很大差异,曲溪流域变化范围是0.4~14.6mg/l,平均为6.96mg/l;宝塔河流域变化范围是0.2~6.8mg/l,平均为2.41mg/l,耕地和林地面积所占的比例对流域水体中硝态氮含量有很重要的影响;②曲溪流域水体硝态氮含量的季节性变化表现为春季<夏季<秋季<冬季,这一变化与降雨量的大小有一定关系,也与季节性的农事活动有关;宝塔河流域受居民非农业活动影响显著,其水体硝态氮含量的季节性变化规律不明显,年度变化表现为2005年略高于2004年,但2006年却略为下降,农业耕作对水体硝酸盐的含量影响比曲溪弱。     

嘉陵江流域吸附态非点源污染负荷研究

以美国通用土壤流失方程为基础,通过考虑引起流域土壤流失年际变化的水文条件和土地管理因素及泥沙输移过程的时空差异,提出了能够反映流域泥沙输出量逐年动态变化的估算方法,并以嘉陵江流域为研究对象进行了验证.在此基础上,根据流域吸附态氮磷污染年负荷与年泥沙输出量的相互关系,建立了流域吸附态氮磷污染年负荷模型.基于地理信息技术,应用所建模型,对嘉陵江流域1990～2005年因水土流失产生的吸附态氮磷污染负荷的空间分布进行了模拟和定量研究.结果表明,该流域吸附态氮磷流失较严重的地区主要分布在上游的白龙江和西汉水子流域;近年来,由于流域水土流失治理工作的进展,吸附态氮磷污染负荷逐年减少,近5年平均吸附态氮磷污染负荷分别为34423t/a和1848t/a,与1990年相比减少约60%.     

沂蒙山区典型小流域特殊降雨的磷素输出特征

为揭示沂蒙山区不同降雨条件下的磷素流失规律,对当地孟良崮小流域2010年13场自然降雨径流量及磷素浓度的动态过程进行实地监测,研究了年内产生有效径流的首场和最大强度2场特殊降雨的径流、磷素输出负荷、初期冲刷效应及径流量同磷素负荷之间的关系.结果表明,首场降雨径流中溶解态有机磷(DOP)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和总磷(TP)浓度明显高于最大强度降雨,而其输出负荷分别为最大强度降雨的168%、54%、71%、48%和54%;2场降雨对小流域磷素年输出负荷有重要影响,DOP、DIP、DP、PP和TP的输出总量分别占整个雨季输出的48%、81%、70%、87%和81%,其中DIP占DP流失的77%,PP占TP流失的71%;2场降雨均存在污染物的初期冲刷效应,最大强度降雨的初期冲刷效应较首场降雨强烈;2场降雨的各磷素累积输出负荷同累积径流量之间均呈线性关系,且拟合度较好,但首场降雨各形态磷素直线方程的斜率均大于最大强度降雨.根据气象预报尽量减少在特殊降雨期间翻耕、施肥等农事活动,以及有针对性地建立沟渠、池塘等截污措施减少初期冲刷效应,是降低农业非点源污染的有效途径.     

太湖北部湖区春、冬季节天然有机质的荧光特征及环境意义

天然有机质(OM)广泛存在于各类水体,含有丰富的碳、氮、磷等生源要素,其形成、转化、归宿及其相伴随的营养盐再生过程是水生态系统营养盐生物地球化学循环的重要环节,在湖泊蓝藻水华暴发过程中势必也扮演着非常重要的营养盐供给者的角色.本研究于2015年2月和5月分别在太湖北部湖区采集了17个样品,利用POM-DOM PARAFAC三维荧光模型解析春、冬季节颗粒态有机质(POM)和溶解态有机质(DOM)的荧光特征及来源,并探讨POM和DOM各荧光组分之间及其与叶绿素a(Chla)的关系.结果表明,春、冬季节太湖北部湖区POM和DOM的荧光峰、荧光中心位置和荧光强度均存在明显的差别;POM有着比DOM更复杂的组分构成.综合POM和DOM的荧光强度和荧光指数可知,春、冬季节太湖北部湖区POM和DOM均以自生源为主,河口区受陆源贡献较大.POM(C1p~C5p)和DOM(C1d~C5d)有5种荧光组分,分别是类色氨酸(C1和C2)、类腐殖质(C3和C4)及类酪氨酸(C5).POM和DOM的荧光组分特征存在明显的差别;春、冬季节POM均以类腐殖质荧光C3为主,荧光组分高值区分别集中在梅梁湾区域和湖心区;而DOM均以类蛋白组分C2、C1和C5为主,荧光组分高值区均分布在竺山湾区域.相关分析结果显示,春季C1d与C2d(P0.01)、C3d与C4d(P0.01)、C1p与C4p(P0.05)、C2p与C5p(P0.01)均具有较强的相关性.值得注意的是,C3d(P0.01)、C4d(P0.05)与C3p均具有较好的相关关系,表明POM与DOM在组分、来源上具有某种联系.与春季类似,冬季荧光组分C1d与C2d、C3d与C4d、C1p与C2p、C1d与C2p亦具有极好的相关性(P0.01).春季C5d与Chla之间存在正相关关系(P0.01),而C2d(P0.05)、C3p(P0.01)与Chla之间具有负相关关系;冬季C4d与Chla之间也存在负相关关系(P0.05).     

海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析

采用污染排放系数法估算了2008年海河流域农村生活源、畜禽分散养殖、农田化肥流失3个主要农村非点源COD、TN、TP和NH3-N 4种污染物的排放量,并对其排放强度和空间分布特征进行了分析.结果表明,海河流域农村非点源污染源排放COD、TN、TP和NH3-N总量分别为2435826, 3042079, 540568, 1798760t/a,平均排放强度分别为11.10, 13.97, 2.98, 8.28t/(km2·a).海河流域内河北省的3个农村非点源的4种污染物排放量均居首位,农村居民生活源对海河流域非点源污染贡献最大,是流域非点源污染控制最主要的对象;子牙河水系农村非点源污染物排放总量最大,而徒骇马颊河水系排放强度最大,是海河流域内污染最严重的水系,其首要非点源污染源是山东省的农村生活源.流域内非点源污染排放量和排放强度均呈现区域性分布,山区和平原区分别呈现出低污染等级和高污染等级.     

基于多准则分析的非点源污染评价和分区——以北京怀柔区北宅小流域为例

非点源污染控制难度大、成本高,因此有必要对污染源划分等级,从而分别进行管理与规划.本研究提出了“风险评价-规划分区-分别管理”的非点源污染规划思路.“风险评价”在借鉴已有的非点源风险评价模型基础上,提出了基于多准则分析的非点源污染评价方法.该评价方法以土地利用因子、径流因子和距离因子为参评指标,采用改进的理想解法(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)确定因子权重,减少了人为主观性;“规划分区”依据“适度保护、优先规划、重点管理”的原则,结合风险评价结果,可将流域划分为5类管理分区;“分别管理”是对各类管理区分别配以针对性的BMPs和生态工程措施.“风险评价-规划分区-分别管理”这套方法层层递进不仅能评价流域非点源污染,也能定量为流域内非点源污染源的管理提供科学方案.最后将该方法在北宅小流域进行了应用,结果表明,该方法克服了传统方法的过于主观、局限性大的缺陷,可为类似流域非点源污染评价和管理提供参考.     

农业非点源污染田间模型及其应用

非点源污染的负荷定量化研究是控制、评价和管理非点源污染的基础.农业非点源污染负荷估算包括农田排水估算和排水中的污染物浓度预测2个环节.依据水量平衡原理,农田排水应用DRAINMOD模型估算;将农田的施肥和灌溉过程"合成"作为田间污染物浓度的脉冲输入,农田排水中的污染物浓度变化则视作对应于此脉冲输入的响应过程,而污染物在田间的复杂迁移转化过程以逆高斯概率密度函数隐含表达.以此为基础,构建了农田尺度农业非点源污染负荷估算模型.以青铜峡灌区典型试验区为例,对稻田排水沟中硝态氮(NO_3~--N)和总磷(TP)的负荷过程进行了模拟,结果表明,模型估算结果和实测污染物负荷过程非常接近,Nash-Suttcliffe模拟效率系数分别为0.963和0.945,表明该模型具有较高的可靠性.