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.     

水溶液中臭氧和溴离子的反应研究

为探明O3氧化Br-的反应机制,采用离子色谱、PDA紫外-可见光度仪研究了水中Br-被O3氧化的反应过程.离子色谱分析表明,被氧化的Br-中只有约10%被O3氧化成BrO3-.进一步研究表明,除了生成BrO3-外,Br-被O3氧化过程中还产生了Br2,Br2又与溶液中存在的Br-结合形成Br3-,并首次得到了Br3-的吸收光谱,测得Br3-的最大吸收峰λmax为260 nm,提出了Br-与O3的基元反应.该研究补充和完善了O3氧化Br-的反应机制,也为O3处理含Br-水时Br-的归趋提供了有益信息.     

臭氧污染对不同品种小麦养分吸收与分配的影响

近地层臭氧(O3)污染会危害植物生长,势必间接影响氮素吸收利用.本研究利用开放式臭氧污染(Free-air O3 concentration enrichment,O3FACE)研究平台,研究了大气O3浓度增加(比周围大气高50％)对长江三角洲地区5个冬小麦(Tritcium aestivum L.)主栽品种(扬麦15、扬麦16、烟农19、扬幅麦2号和嘉兴002)的物质积累、氮素吸收与分配的影响.结果显示,O3浓度升高对秸秆和籽粒的影响远大于根系.烟农19、嘉兴002和扬麦16的产量因O3浓度升高而减少,而扬麦15和扬幅麦2号产量则变化不大.扬幅麦2号与嘉兴002的秸秆干物重因O3浓度升高而显著增加,扬麦15与烟农19分别呈增大与降低趋势,而扬麦16则无变化表明O3污染对小麦干物质积累与分配的影响存在品种差异.O3浓度升高影响氮素在小麦根、秸秆和籽粒中的含量与分配趋势,但影响程度因品种而异.O3浓度升高导致扬幅麦2号的总吸氮量显著增加30.6％及烟农19的总吸氮量呈增加趋势,并使嘉兴002的总吸氮量显著降低34.8％及扬麦16总吸氮量呈降低趋势,但扬麦15的总吸氮量则不受影响.除扬麦15外,O3浓度升高具有减少籽粒氮占总氮比例的趋势,表明小麦响应O3污染对氮素吸收与分配调整机制存在品种差异.扬麦16、烟农19和嘉兴002的氮肥偏生产力因O3浓度升高而显著降低,而扬麦15和扬幅麦2号则无明显变化.扬麦16和嘉兴002的氮肥利用率因O3浓度升高显著降低,而扬幅麦2号呈增加趋势,扬麦15、烟农19呈降低趋势.综合来看,小麦扬麦15抗O3污染能力强于其它品种,而嘉兴002则最易遭受臭氧污染危害.评价O3污染对小麦干物质与产量的形成与分配、氮素在植物-土壤系统周转的影响应综合考虑品种差异.     

崇明东滩湿地干湿交替过程脲酶活性变化初探

以典型滨海湿地——崇明东滩为原型区域,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法(30、35、40℃),研究了半月潮(15d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物脲酶(Urease)活性及溶解性有机氮(DON)与铵态氮(NH+4-N)含量等的变化,计算了Urease活性的表观温度敏感性系数(Q’10),旨为揭示典型滨海湿地潮汐驱动下周期性干湿交替过程沉积物Urease活性的变化规律.半月潮过程,干燥沉积物(1%~3%)淹水后,Urease活性迅速增加.随着沉积物变干,酶活性逐渐下降.Urease活性对沉积物水分变化的敏感性随干湿交替频次的增加而下降.日潮过程对Urease活性的影响较小.30、35、40℃下,酶活性分别为(0.067±0.018)、(0.143±0.027)、(0.028±0.011)g·(10 g·h)-1.相比较而言,半月潮过程Urease活性明显低于日潮过程.这表明,干湿交替显著降低了沉积物Urease活性(30、35℃).半月潮过程中,沉积物Urease活性Q’10的最高值出现在35~40℃,而日潮过程中出现在30~35℃.因此,干湿交替可能增高了Urease活性Q’10的温度响应范围.此外,半月潮过程中,Urease活性主导着沉积物NH+4-N含量的变化(30、35℃),但其与DON含量之间并无显著相关性.日潮过程Urease活性与NH+4-N和DON含量之间均不显著相关.     

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.     

三槽氧化沟内底推位置与积泥厚度的分析研究

氧化沟工艺由于进水中含有大量的无机颗粒,无机颗粒的沉淀导致沟内积泥较厚。为了不影响正常生产,依据经验数据,依次对1号、2号氧化沟安装底推。对沟内积泥情况及影响因素进行分析比较,得出氧化沟的积泥主要由进水中密度较大的无机颗粒造成,且积泥规律与底推安装位置和运行情况相关。     

化学铁盐辅助除磷对生物除磷的影响研究

化学辅助除磷有助于污水厂实现磷达标,但其对生物系统存在潜在的影响。针对除磷药剂对生物除磷过程的影响展开研究,选用硫酸亚铁进行化学辅助除磷。药剂形成的化学污泥干扰生物除磷过程且成分复杂,故以磷酸铁、氢氧化铁模拟化学污泥,由钾离子、K/P摩尔比计算出同步除磷中的生物除磷,来探讨化学污泥对聚磷菌释磷/吸磷过程的影响。结果表明,连续投加硫酸亚铁使聚磷菌的释磷量、吸磷量降低;系统中磷酸铁含量0.075 mmol/L时聚磷菌的释磷和吸磷能力提高了约25%,磷酸铁含量0.15 mmol/L时对聚磷菌吸磷有抑制作用;氢氧化铁对聚磷菌释磷、好氧初期吸磷均有抑制作用。生物污泥与化学污泥存在交互作用。     

OMS-2负载Pt催化剂的制备及其催化氧化性能研究

采用前掺杂法、沉积-沉淀法和浸渍法制备了氧化锰八面体分子筛(OMS-2)负载Pt催化剂(Pt/OMS-2),对所制催化剂进行了结构和织构表征。并研究了不同制备方法和沉积-沉淀法中不同制备(Pt负载量和溶液的pH值)对Pt/OMS-2催化氧化CO性能的影响。结果表明,沉积-沉淀法制备的Pt/OMS-2-DP催化剂活性最好(T100=100℃)。这与Pt/OMS-2-DP催化剂中Pt颗粒大小及OMS-2载体与Pt之间存在强相互作用有关。Pt负载量明显影响Pt/OMS-2-DP催化剂的催化活性,3Pt/OMS-2-DP催化剂(Pt=3.0 wt%)催化活性最高,这是由于适当Pt负载量,Pt颗粒较小,并与载体OMS-2的相互作用较强,能较好地活化OMS-2晶格氧。pH值对Pt/OMS-2-DP催化剂催化性能影响较大,这与OMS-2的等电点和Pt在不同溶液中存在不同Pt配位体形式有关。     

溶解氧变化对底泥酶活性及微生物多样性的影响

采用室内静态实验考察了溶解氧变化对底泥酶活性影响,同时采用BIOLOG ECO微平板构造了不同溶解氧水平下底泥微生物多样性指数。结果表明:高溶解氧条件下,底泥多酚氧化酶及过氧化物酶活性显著高于缺氧条件及厌氧条件(P<0.01),脱氢酶活性高于背景值;厌氧条件下脱氢酶、脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于高溶解氧组、缺氧组及背景值(P<0.05);缺氧条件下硝酸盐还原酶活性显著高于高溶解氧组及厌氧组(P<0.05);蛋白酶活性受溶解氧水平变化的影响较小。BIOLOG ECO微平板法分析表明,溶解氧变化对底泥微生物多样性有不同程度的负面影响,微生物多样性的降低程度从大到小依次为高溶解氧组>厌氧组>缺氧组。主成分分析结果表明:缺氧条件及厌氧条件下,底泥微生物对大分子有机物的利用出现不同程度的降低,相对地,高溶解氧条件下微生物对大分子有机物的利用程度呈现先下降后上升的趋势;高溶解氧组及缺氧组底泥微生物对碳水化合物利用程度升高,厌氧组对碳水化合物利用程度降低。总之,高溶解氧条件更有利于形成底泥有机物完整的代谢循环,提高大分子有机物的利用程度。     

淮河流域用水效率研究

为研究淮河流域水资源利用效率,从淮河片水资源公报中提取相关指标数据,以淮河流域水资源二级分区为单元,基于数据包络分析法(DEA)和层次分析法(AHP)模型计算出淮河流域各市的用水效率.结果表明,淮河上游以漯河和平顶山市为优,淮河中游以郑州和徐州为优,淮河下游以扬州和盐城为优,沂沭泗以淄博和商丘为优.