厦门市地表水资源可利用量计算

地表水资源可利用量是合理开发利用区域水资源的重要参考依据,厦门市工农业发达、人口稠密,水资源供需矛盾突出,研究厦门市地表水资源可利用量十分必要。通过Tennant法、流量历时曲线法等5种方法计算不同水文站生态基流,根据计算结果分析确定各个水文站控制断面适宜生态需水量,并对汛期洪水弃水量计算方法进行分析,采用倒扣法计算水资源可利用量。结果表明,厦门市地表水可利用量为3.05亿m^(3),汛期洪水弃水量占地表水资源总量57%,在保护环境的基础上提高汛期水资源利用率,区域水资源可利用量将大幅度提高。

九龙江流域生态需水量时空变化趋势分析

为了维持和保护流域生态系统健康,避免流域生态环境退化,进行流域生态需水量的确定和研究是有必要的。根据九龙江2000—2018年2个水文站实测数据,结合Tennant法确定河道内生态基流,选择面积定额法,利用流域内土壤质地分布状况,以及基于遥感开发的MCD12Q1土地利用产品和MOD16A2蒸散发产品估算植被生态需水量,并对区域生态环境需水量进行时间变化趋势分析和空间分布分析。结果表明:(1)在2000—2018年,九龙江流域有林地、草地面积整体呈现增加趋势,农田、疏林地面积呈现下降趋势;(2)九龙江流域内北溪、西溪河道内多年平均生态需水量分别为22.68亿m3,10.67亿m3,植被多年平均生态需水量为105.27亿m3;(3)有林地、草地的生态需水量呈显著上升趋势,疏林地、农田生态需水量呈下降趋势,前者显著,后者不显著。受人类活动影响,九龙江流域土地覆盖/利用类型年际变化剧烈,因此在区域生态需水量变化中其作用不可忽略,随着遥感/GIS技术的发展,对土地覆盖/利用类型以及植被蒸发量的高时空分辨率观测变得可能,有助于准确预测区域生态需水量。

基于健康风险的改进CCME WQI模型及其应用

重金属对人体的健康危害具有协同性,即使各指标的实测值均在目标阈值以内,累积健康风险也可能超出容许限值。传统的CCME WQI模型难以处理这类具有协同性的水质评价问题,常导致评价结果过于乐观。因此,基于健康风险理论,对传统的CCME WQI进行改进,并将其应用于我国南方某市的饮用水水源地水质评价。结果显示,该市各测站的砷与六价铬的单项浓度均满足地表水Ⅲ类要求,但累积健康风险均超出了容许限值1×10-4/a;传统的CCME WQI模型综合水质指数计算结果为Q=84.7,水质等级为"良好";改进的CCME WQI综合水质指数计算结果Q*=62.9,水质等级为"较差",表明通过引入累积健康风险项,改进的CCME WQI能准确地反映水环境中的重金属污染物对人体的协同影响,从而更全面地量化水环境的污染状况,评价结果更为科学。

基于不确定分析的改进灰水足迹模型及应用

鉴于传统的灰水足迹模型难以处理具有不确定性的灰水足迹评价问题,基于不确定性分析理论,提出了改进的灰水足迹模型,并将其应用于太湖流域的水质性缺水研究中。结果表明,与传统的灰水足迹模型相比,改进的灰水足迹模型通过引入不确定性分析理论,能更准确地计算污染物的灰水足迹期望和水质性缺水风险概率,从而量化研究区域的综合水质性缺水程度;2010~2014年太湖流域的水质性缺水风险概率分别为1.00、1.00、0.93、0.97、0.82,其中总氮的灰水足迹期望依次为676.7×10^8、592.6×10^8、576.3×10^8、463.9×10^8、503.7×10^8 m^3,为太湖流域水质性缺水的主要诱因;改进的灰水足迹模型与水功能区水质达标率模型评价结果基本一致,能准确有效地量化研究区域的水质性缺水状况。

沉积物重金属的随机生态风险评价模型

在湖泊沉积物的重金属生态风险评价中,由于沉积物矿质组成不均匀性和实验误差的影响,重金属的背景值也往往具有一定的不确定性,而传统的生态风险指数难以处理这里具有不确定性的生态风险评价问题。为解决这一问题,本研究基于统计学原理,对传统的生态风险指数进行了改进,建立了随机生态风险评价模型。该模型不仅可以处理沉积物重金属背景值中的不确定性;而且可以通过风险向量,量化重金属生态风险隶属于各个等级的概率。最后,将该模型应用于洞庭湖新墙河口的沉积物重金属生态风险评价中,结果显示:与传统生态风险指数相比,随机生态风险评价模型在风险的不确定性量化和等级识别方面都有明显优势。新墙河口沉积物中的主要生态风险因子为砷、汞、镉,它们的生态风险级别分别为“低风险”、“中风险”和“较高风险”,且分别具有0.15、0.13和0.24的概率向更高的等级恶化。为了保护新墙河口的生态环境健康,应当加强桃林矿区的矿渣治理,并在河口地区进行生态清淤。

阀门特性对泵站水力过渡过程的影响

在泵站有压管道输水过程中,控制阀用于防止事故停泵时的水泵飞逸反转,但不可避免地引发关阀水锤,对输水管道不利。因此,何种阀门特性不但能够有效防止水泵飞逸反转,而且对于控制关阀水锤最为有利成为了研究重点。通过理论推导,建立了水泵出口控制阀门的相对流量系数与阀门相对开度的理想关系模型。继而,以实际工程为例,通过水力过渡过程数值模拟,对比分析了几种典型的阀门特性,评估了提出的理想阀门特性的水锤控制效果。结果表明,控制阀特性是泵站水力过渡过程的重要影响因素,理想的控制阀特性应为下凹形特性。当水泵出口控制阀门采用上凸特性时,阀门出口的最大水压很大,应避免选用;当水泵出口控制阀门具有下凹的理想特性时,同样的关阀条件下阀门出口的最大水压显著降低。此外,理想阀门特性对于提高管路沿线最小水压也是有利的,有效避免了负压的产生。提出的控制阀理想特性模型可为调水工程中水泵出口控制阀的选型提供重要的理论支撑。

基于灰关联分析的改进地累积指数模型

为了更有效地处理重金属背景值不确定性,本研究基于灰关联分析理论建立了改进的地累积指数模型。改进的地累积指数首先通过构建指标灰关联度向量和综合灰关联向量,量化单项重金属和和综合污染状况的不确定,而后通过一阶矩原则,对沉积物重金属的综合污染等级进行识别。为了验证模型的有效性,将其应用于西洞庭湖的沉积物重金属污染评估。结果表明1)与传统地累积指数模型相比,改进的地累积指数沉积物重金属在污染等级评判,污染程度不确定性量化和风险因子识别方面均有显著优势。2)澧水河口、沅江河口和西洞庭湖湖心区的沉积物重金属一阶矩分别为2.19、2.29和0.42,它们分别属于“中度污染”、“中度污染”和“轻度污染”等级。3)澧水河口、沅江河口和西洞庭湖湖心区的沉积物重金属污染恶化风险分别为19%、36%和15%,主要诱因均为镉。

基于函数型数据的洞庭湖重金属健康风险评价

洞庭湖近年来受气候变化、江湖关系改变和人类活动等因素的共同影响,使得洞庭湖的蓄水量减少,自净能力下降,入湖污染负荷增多,重金属程度加重,已经严重影响到沿湖各县市的生产生活需要。基于函数型数据进行分析,构建出一种新的水质风险动态评价模型来对洞庭湖进行重金属健康风险进行评价。