基于负荷历时曲线法的流域污染负荷特征解析与纳污能力研究——以沙河流域为例

以位于天津的沙河流域为研究对象,以水污染防治攻坚目标作为水质目标(地表水环境质量Ⅲ类),基于沙河桥监测断面2006~2018年水文水质数据,利用负荷历时曲线法(Load Duration Curve)分析不同水文条件下的污染负荷输出特征,分析点源与面源污染对水质的影响,并核算沙河流域总磷、总氮和COD的环境容量与负荷削减量.研究结果表明:沙河桥断面汛期总磷、总氮和COD最大日负荷量均值大于非汛期,有较强的纳污能力;总磷、总氮各月份浓度均超过地表Ⅲ类水标准,COD未超过Ⅲ类水标准.在地表水环境质量Ⅲ类的目标下,沙河桥断面总磷在低流量区未超过水环境容量,在高流量区、中高流量区、中流量区、中低流量区均超过水环境容量,需要削减的负荷分别为0.086、0.011、0.014、0.001t/d;总氮在各流量水平下均超标,高流量区、中高流量区、中流量区、中低流量区、低流量区削减量分别为11.811、4.386、2.327、0.466、0.008t/d;COD在各流量水平下均未超标,无需削减;流量保证率在大于75%区间为中低流量区,水质主要受点源负荷的影响,沙河桥断面在这一流量区间基本满足允许负荷要求,说明沙河流域点源影响较小;流量保证率在小于75%区间为面源污染发生的中高流量区,氮磷现状污染负荷均超过允许污染负荷,需要进行污染负荷削减以满足水质目标,也表明氮磷面源污染对沙河流域水质影响较大.本研究可为基于实测水文水质数据的污染负荷输出特征分析和不同水文条件下流域纳污能力核算提供一定的参考和借鉴.

永定河官厅山峡河道内最小生态需水量的历时曲线法

随着永定河下游河道内径流的逐年减少,永定河生态需水研究逐渐成为一个迫切的问题。现针对永定河官厅山峡段河道内生态需水,采用流量历时曲线法分析其流量历时情况,计算得到永定河官厅水库(坝下)站和雁翅站的河道内最小生态需水量为1.06亿m3和1.98亿m3,分别占年径流量的11.3%和26.3%。同时采用Tennant法对计算结果进行比较验证,两种方法得到的结果比较相近。在此基础上,根据研究河段的历史流量历时情况对最小生态需水量进行年内分配计算,将最小生态需水量从年尺度降到月尺度,得到年内各月的最小生态需水量,为永定河流域的水资源优化配置研究提供参考。

负荷历时曲线法在东辽河流域最大日负荷量中的应用

根据东辽河王奔水文站2000～2009年的水文、水质数据,构建了主要污染物氨氮和化学需氧量负荷历时曲线,计算了东辽河流域氨氮和化学需氧量的最大日负荷量,分析了各污染物最大日负荷的年内变化特征及各类污染源的贡献。结果表明,在25%、50%、75%和90%的保证率下,负荷历时曲线法计算得到的氨氮最大日负荷分别为368.9、153.8、31.8、0.35kg/d,化学需氧量最大日负荷分别为7 378.6、3 058.6、635.9、6.91kg/d;东辽河在6～9月的丰水期具有较高的纳污能力,1、2月纳污能力最弱;污染物的超标点主要集中于保证率10%～70%之间,削减目标主要为非点源。

负荷历时曲线法在清潩河流域水质目标管理中的应用

负荷历时曲线法是集水质变化和污染负荷于一体的独特方法,对流域水质管理对策的提出有重要作用。结合清潩河流域2012-2015年的水文、水质数据,以水污染防治攻坚目标和清洁河流2级标准目标作为设计水质目标,绘制COD和氨氮的负荷历时曲线,建立水体流量-水质-污染负荷的响应关系。结果表明:高村桥和陶城闸断面最大日负荷量季节性差异显著。在水污染防治攻坚水质目标下,高村桥断面COD严重超标,高、中流量区削减量分别为5.47、0.45t/d,低流量区无需削减,氨氮基本不超标,不需要削减;陶城闸断面COD和氨氮基本不超标,无需削减。在清洁河流2级标准水质目标下,高村桥断面COD全部超标,高、中、低流量区削减量分别为17.85、5.10、1.60 t/d,氨氮严重超标,削减量为0.52、0.27、0.07 t/d;陶城闸断面COD严重超标,削减量分别为2.21、0.81、0.32 t/d,氨氮基本不超标,高流量区削减量为0.25 t/d,中、低流量区不需要削减。该研究可为流域不同水文条件下水质达标管理提供一定的参考和借鉴。

污染负荷历时曲线法在赣江流域水污染物总量监控中的应用

国内首次利用污染负荷历时曲线法对赣江流域2001年-2004年多个水文站进行分析（选取其中一个水文站进行举例分析），获得非常有价值的多种污染物的控制断面总量与允许纳污量的关系数据，为实施削减污染物提供了科学依据。

负荷历时曲线法在汉江中下游污染控制中的应用研究

负荷历时曲线法是用于研究水质变化和污染负荷于一体的方法。为了研究汉江中下游污染控制的效果,提出合理的污染控制措施,根据2006—2020年的水文数据和水质资料,以水污染防治和当地区域的水质要求作为设计水质目标,绘制总磷、COD_(Mn)和氨氮的负荷历时曲线,建立水体流量、水质、污染负荷三者之间的关系。结果表明:皇庄断面在其相应地表水水质规定的条件下,COD_(Mn)、氨氮和总磷指标均符合要求,且剩余负荷较大,无需进行削减措施;仙桃断面在COD_(Mn)和氨氮方面不需要削减,仅需在总磷的高流量区和低流量区进行削减,削减量分别为6.05、0.09 t/d。该研究可为河流不同水文条件下水质达标管理提供技术支持。

负荷历时曲线法在梁子湖流域污染容量总量控制中的应用

采用负荷历时曲线法（LDC）,基于水质保护目标,研究水体纳污能力,确定最大日负荷总量（TMDL）是当前流域污染总量控制的主要方法之一。根据梁子湖高桥河流域控制断面2008-2011年的水文、水质数据,以主要污染物COD为指标,将负荷历史曲线法运用到梁子湖高桥河等子流域污染容量总量控制中,对该流域的最大日负荷（TMDL）变化规律进行分析,提出流域不同水文条件下的污染负荷消减量。研究结果表明：梁子湖水环境受面源污染影响较大。高桥河、徐家港、张家桥港、山坡港、宁港流域,在高流量期实际负荷值均已超出了允许负荷,其削减量分别为61.36、4.33、12.98、3.84、7.13 t/d;徐家港和宁港流域在丰水期实际负荷值也超出了允许负荷,削减量分别为0.16、0.17 t/d。该研究为流域相关管理部门对湖泊水环境的污染控制提供可靠的决策依据。

流量历时曲线转移法在河流生态环境需水量计算中的应用

对于生态资料缺乏的河流可用水文学法计算其生态环境需水量,然而有关水文学法的研究主要集中在河流生态环境需水量总量的计算上,对河流生态环境需水量的分配计算不够深入且计算中都没有考虑河流的环境管理级别。为了解决这一问题,采用流量历时曲线转移法(FDCSM)对辽河干流铁岭站处不同环境管理级别下的生态环境需水量进行年内分配计算,并用Tennant法对FDCSM法的计算结果进行评价。结果表明:应用FDCSM法计算得到辽河干流铁岭站处六个不同环境管理级别(A、B、C、D、E、F)下河流的逐月生态环境流量,合计得到生态环境需水量,需水量由大到小分别为17.08×108m3·a-1、10.54×108m3·a-1、6.87×108m3·a-1(适宜)、4.50×108m3·a-1(最小)、2.89×108m3·a-1、1.83×108m3·a-1。Tennant法评价结果表明:FDCSM法与Tennant法对铁岭站河流生态环境需水量计算结果一致,证明该法可用于北方季节性河流的生态环境需水量计算。

地下水环境背景值及其确定方法

本文讨论了地下水环境背景值的概念和特征，指出环境背景值具有区域差异性和时间差异性，它是一个随时间渐变的范围值，属于某个区域（环境单元）而不是一个点．总结了已有的环境背景值确定方法及其优缺点，并提出在污染区可采用历时曲线法．为使背景值更可靠，多神方法的相互检验是必要的．

天然河流设计最低通航水位两种计算方法的对照分析及选用

现行水运规范中规定:天然河流设计最低通航水位既可以用综合历时曲线法计算确定,也可用保证率频率法计算确定,两种计算方法可能会得出两种不同的计算结果。文中通过工程设计实例对两种计算方法计算结果进行比照分析,探讨两者的差异和联系,对设计中如何选用提出建议。

汉江兴隆—蔡甸段2000吨级航道整治工程设计最低通航水位分析

随着兴隆枢纽蓄水运用后,枢纽下游河段的河床发生沿程冲刷,同流量下水位产生不同程度的下降。为确定汉江兴隆—蔡甸段2000吨级航道整治工程设计最低通航水位,采用综合历时曲线法计算航道设计通航流量,通过近期水位-流量关系、枯水期水面比降等确定航道设计最低通航水位。结合通航水位的变化趋势,提出后期根据冲淤变化调整后的地形、设计流量、水位-流量关系等对设计最低通航水位进行实时复核调整,以确保水位下降后设计水位的合理性。

都匀市剑江河水环境修复调控方法及效果分析

水生态文明城市建设对水环境承载能力提出了较高要求,都匀市作为全国水生态文明城市建设试点示范市,修复与调控剑江河的水环境成为都匀市水生态文明城市建设的重要课题。为此,采用负荷历时曲线(LDC)法并结合SWAT模型分析了流域各控制单元的污染因子总氮和总磷的承载情况;针对剑江河流域总磷、总氮负荷超标情况,提出了以削减施肥量和优化耕作方式两类生态措施为核心的水环境修复定量调控方案,并分析不同代表年采取这两类生态措施对流域水环境的改善情况。结果表明,在不影响作物产量的前提下,采用削减30%化肥施用量方案时,最高能减少24%的面源污染,且对总磷的削减效果比对总氮的削减效果更为明显;优化耕作措施的调控效果由好到差依次为等高条植>植草水道>等高种植>植被过滤带;同一种调控措施在枯水年的调控效果优于丰水年的调控效果。研究成果对水环境修复调控方案的制定以及水生态文明城市的建设有指导意义。

石角站设计最低通航水位计算方法的探讨

目前,北江下游人类活动频繁,使得该河段及其主要汇入河流的水文泥沙特性发生了较大的变化。2003年以前,石角站的水位变幅不大,但2003年以后,石角站的水位急剧下降,如要按照规范上思路采用水位系列进行统计分析,其计算结果必然偏大,而石角站历年的年平均流量系列多年变化比较稳定所以,本文考虑从流量系列出发,根据流量与水位之间的对应关系寻找切合实际的计算方法。

枯水期非一致性最低通航水位的综合历时曲线设计法

全球气候变化和频繁人类活动导致水文序列的二阶矩变异现象日益凸显,样本的"一致性"内涵发生了变化,只考虑均值一阶矩变异的非一致性水文序列分析方法不再适用于所有的非一致性问题,基于样本一致性的传统最低通航水位综合历时曲线设计方法给枯水期低水位下的船舶通航带来了更大的安全隐患,使得最低通航水位更加不能满足航运设计需求.本文运用水文变异诊断系统分别检验水文序列的均值和方差二阶矩变异,在此基础上,结合时间序列的分解合成原理,提出枯水期非一致性最低通航水位综合历时曲线设计法.并以澜沧江流域的允景洪站为计算实例,比较分析现状与过去远期、过去近期不同时期的设计水位值,以及考虑二阶矩变异、仅考虑均值变异、未考虑变异3种不同情况下的设计水位值.结果表明:方差变异成分改变了允景洪站设计水位值的变化趋势,并且与仅考虑均值变异的设计水位值的差值低至-1.11 m,与未考虑变异的设计水位值的差值低至-1.01 m,从而揭示了方差变异对设计水位的影响以及二阶矩变异分析在航道规划设计中的重要意义.

通南泰州区内河航道设计通航水位分析

在江苏省相关公路网规划逐步落实的工程中,由于项目区多平原河网,经常面临桥梁跨越等级航道复核设计最高、最低通航水位的问题。文中以通南泰州区内七级航道焦土港、靖泰界河为典型分析对象,结合水文统计分析,引入河网模型演算法,探索出通南泰州区内河航道设计通航水位复核适用方法:建议以实测水位分析为主、河网模型演算为辅,设计最低通航水位建议采用综合历时曲线法,设计通航水位与相关规划设计成果相互验证。文中对其它平原河网地区等级航道特征水位复核提供参考,同时提出通过精细化调控航道水位,达到通航安全、工程建设与经济效益的动态平衡的设想。

长江下游南京至浏河口河段沿程设计最低通航水位分析

随着长江口12.5 m深水航道上延至太仓,为充分发挥长江口深水航道治理工程的效益,更好地发挥长江下游港口和航道的作用,促进长三角地区经济社会协调发展,深水航道上延至南京迫在眉睫。南浏河段河道条件复杂,受径流和潮汐共同作用,现状条件下,要对长江中下游主航道进行经济合理的整治开发必须以确定合理的设计最低通航水位为保证。不受潮汐影响或是受潮汐影响不明显的河段,设计最低通航水位应该用综合历时曲线法来计算取值,受潮汐影响明显的地方采用低潮位累计频率曲线90%来取值,南浏河段受径流、潮汐共同作用,两种方法的适用范围需深入研究。

长江中下游设计最低通航水位变化分析

用综合历时曲线法,利用1981—2002年水文资料,计算了长江中下游部分水文站不同保证率时的设计水位,结合影响枯水位变化的因素,比较分析了保证率为98%的设计水位计算结果与上世纪70年代和80年代计算值的差别及其变化过程。结果表明,长江中下游河床形态、水流条件发生了较大变化,设计水位也随之有一定幅度的升降。

霍林河生态环境需水量研究

为确定霍林河生态环境需水量,通过改进的Tennant法、流量历时曲线法对霍林河不同断面不同时间段水体自净能力需水量及河流基本生态与环境需水量进行计算并分析。计算结果为吐列毛都站、白云胡硕站和同发站年基本生态需水量分别为0.383,0.377和0.145亿m^(3)。通过对河流生态流需水量的分析,可为水资源配置及管理提供依据。

吉林省伊通河生态需水量计算及分析

为研究吉林省伊通河生态需水量年内分配情况,采用流量历时曲线法分别对位于伊通河中下游的农安站及上游的伊通站的历史流量资料进行分析,得到伊通河农安站和伊通站的河道内最小生态需水量分别为4 693.66万m3和303.52万m3,分别占年径流量的15.46%和4.80%;同时采用Tennant法和最小月流量平均法对伊通河最小生态需水量进行估算验证。Tennant法估算得到的最小生态需水量与流量历史曲线法较接近。结果表明:在天然情况下,伊通河生态需水量的年内分配过程符合于实际水量分配过程,即多水时需水量多,少水时需水量少。农安段生态需水量可以有限地保护水生生物栖息地;而伊通段水生生物栖息地已经退化或贫瘠,需要采取措施对其进行保护治理。

浅谈万安水利枢纽下游河段设计水位的确定

采用保证率频率法计算万安枢纽下游河段设计最低通航水位,再扣除非恒定流对水位影响值,未确定设计最低通航水位。实际应用表明用该方法计算的设计最低通航水位更符合枢纽下游航道的实际情况。