水污染负荷优化分配模型研究进展

水污染负荷优化分配是总量控制的关键技术要点,对流域水环境管理有极为重要的意义。文章从线性方程、非线性方程以及基于动态、随机和模糊条件下的污染物通量削减分配和基于多目标以及不确定性和概率约束条件下的污染物通量优化分配模型等几个方面进行综述,并指出它们各自的优缺点及各自适用情况,提出针对线性及非线性模型与其他模型的耦合、多目标以及不确定性等问题的优化模型以及分区、分期、分类、分级的优化模型是水污染负荷优化分配下一步的研究方向。

平原灌区农田养分非点源污染研究进展

平原灌区作为农业规模化生产的基地,在农业乃至经济社会发展中起到了重要作用,但是随着农业的发展,平原灌区农田非点源污染问题日益严重,研究平原灌区农田非点源污染具有重要意义。文章以平原灌区污染物随水文循环迁移过程为基础对平原灌区养分非点源污染研究进行综述。(1)平原灌区农田非点源污染的主要来源是过量的化肥施用,农药和农膜,秸秆等农作物的降解,牲畜粪便,污水灌溉,灌溉引起的盐渍化以及大气的干湿沉降等;产生及影响因素主要有土壤的理化性质,水分的输入方式和人为管理措施等。(2)降雨径流及灌溉排水条件下污染物在多级渠系中的迁移规律和灌区地表水与地下水的交互耦合作用决定了平原灌区农田非点源污染的输送途径与特征。(3)在监测资料比较缺乏时,采用输出系数法进行负荷估算;在监测资料充足情况下,采用针对灌区特殊的水文特征而改进的经典水文模型对平原灌区农田非点源污染的负荷进行估算。(4)新型肥料、配方施肥、合理的耕作措施及生态沟渠的设置有利于平原灌区农田非点源污染的控制,TMDL(Total Maximum Daily Loads)为平原灌区农田非点源污染控制提供可靠的依据。针对平原灌区非点源污染研究现状,提出了中国开展平原灌区农田非点源污染研究的重点,包括养分污染物在多级沟渠中的迁移,灌区地表与地下水水量水质耦合模型的建立,分级控制单元与TMDL的制定以及多模型结合模拟等,可望在控制农业非点源污染方面起到指导作用。

流域人类活动净氮输入量的估算、不确定性及影响因素

人类活动使得大量的氮素进入流域生态系统,大量氮的盈余导致了一系列生态环境问题的出现。为了评估人类活动对流域生态系统的影响,Howarth等于1996年提出了人类活动净氮输入(NANI)的概念。综述了当前人类活动净氮输入的估算方法、不确定性及影响因素,并得到以下结论:导致NANI估算结果的不确定性原因主要有:内涵分歧、数据来源、尺度转换、估算方法的分歧。影响NANI的主要因素包括:各输入项、人口密度、土地利用组成;对于各输入项而言,化肥施用是最主要的氮素输入来源,占人类活动净氮输入总量的79.0%,其次为作物固氮,占17.6%,食品/饲料氮净输入量占-14.5%,大气沉降占15.7%;对于人口密度,NANI随着人口密度的增大而增大,当人口密度高于100人/km2,人口密度对NANI的影响趋于稳定,其他因素起主导作用。对于土地利用组成:NANI与森林面积比例成负相关,而与耕地面积比例成正相关。

城市新区海绵城市系统方案设计研究

排水防涝及水质达标是海绵城市建设系统方案中极其重要的目标组成部分,为达到城市新区建设中内涝控制和水质达标的要求,采用SWMM构建某城市新区海绵城市水文水动力模型,并对新区海绵建设系统规划方案进行评析。结果显示,经过新区的海绵城市系统构建,在水安全方面,可确保50年一遇降雨条件下场地内无内涝;为确保水质达标,面源COD源头削减占比约66%~72%,面源氨氮源头削减占比约40%~80.9%,其余尚需排口及河道末端处理措施补足。本研究表明,海绵城市系统工程有明显的径流过程“削峰”效果,并对面源污染有较高的削减比例,这一城市新区海绵内涝控制及面源污染控制系统方案构建方法可为城市新区海绵城市的系统工程方案设计提供参考依据。

基于最简水质综合评价指数的官厅水库上游河流水质评价

河流水质评价对流域水环境管理具有重要意义。由于具有较强的综合性和可比性,水质综合评价指数(WQI)已成为国内外河流水质评价的主流方法,然而因其需要大量的水质参数,需要耗费大量的物力和财力。采用2018年官厅水库上游河流37个监测点的月度监测数据,运用全子集回归模型分训练和验证两个环节建立了对水质参数数量要求较少的适用于官厅水库上游河流水质评价的最简水质综合评价指数(WQI_(min)),并采用建立的WQI_(min)对官厅水库上游河流水质进行了时空分布特征分析。结果显示:在训练环节,水质参数的数量越多,WQI_(min)的训练效果越好,并且考虑水质参数相对权重的模型效果要优于不考虑相对权重的模型。综合考虑水质评价的准确性和易用性,采用CODMn、DO和TN等3个水质参数,且考虑水质参数权重的最简水质综合评价指数模型(WQI_(min)-b3)是训练环节官厅水库上游流域最佳的WQI_(min)模型。在验证环节,WQI_(min)-b3与WQI有较好的线性关系,证实了建立的WQI_(min)-b3模型可代替WQI模型进行官厅水库上游河流水质评价。官厅水库上游河流水质在秋季最好,夏季次之;由于受到融雪期非点源污染的影响,春季官厅水库上游河流水质最差,因而官厅水库上游流域应对融雪期非点源污染给予充分重视。官厅水库上游各河段WQI_(min)平均值的最高值出现在清水河,其次是南洋河;桑干河上游由于工业废水和生活污水的大量排放,其水质状态最差。该研究可为官厅水库上游及其他流域河流水质管理提供科学参考。

基于GWLF模型的流域总氮负荷模拟及污染源解析

污染物来源的定量解析,是污染物削减方案制定及控制措施优选的重要依据。选取了GWLF(Generalized Watershed Loading Functions)模型,对其农村生活及畜禽养殖模块进行改进,模拟了柳河上游的月径流及总氮负荷,并基于模型结果分析了各污染源的贡献率及其季节性差异。除个别汛期峰值月份模拟值偏低外,模型对月径流及总氮负荷模拟效果较好。污染源解析结果表明:总氮污染源贡献率季节性差异明显,总体上,非点源污染的贡献率在汛期要高于非汛期;点源污染在非汛期的贡献率远高于汛期,是非汛期的最主要的污染源。为了有效地削减和控制柳河流域氮污染,在负荷削减方案制定及控制措施选取中应充分考虑汛期与非汛期污染源组成的差异。

南方平原河网快速城市化地区水环境综合治理方案

为研究南方平原河网经济快速发展地区的水环境系统治理方案,以佛山解放水系为例,系统制定控源截污、生态活水及水生态修复方案,形成“水环境治理一张图”。结果表明:采用该系统方案预期能削减COD、氨氮、总磷负荷分别为2440.84 t/a、321.82 t/a和43.40 t/a,可实现解放流域水质目标2025年达标,同时为城市快速发展预留环境空间。

Infoworks ICM模型在市政污水管网工程设计中的应用

采用Infoworks ICM软件构建佛山市狮山镇狮岭村西片区污水管网模型,对现状管网系统进行关键问题诊断,对规划污水管网建设前后区域截污效果和规划管网输水能力进行评估,结果表明:管网梳理诊断过程可为项目勘察摸排阶段提供优先复勘位置,极大限度降低了摸排工作量;该片区现状管网旱季截污率为26.31%,规划阶段空白区管网建设完成后,截污率可达到94.87%,有效降低了污染物的入河量;污水管网具有应对水量变化的能力,排水高峰期污水溢流风险较低。