基于数值模拟的负荷削减–水体水质响应的非线性强度指标

基于现有研究中典型的水质响应非线性行为,定义基于交叉样本熵、傅里叶变化、乱序计数和调整R2的4种负荷削减–水质响应非线性强度指标。在典型水质响应样本的基础上进行指标的计算和比选,为基于数值模拟的水质管理提供可参考的非线性强度衡量指标和非线性判断依据。研究结果表明,4种水质响应非线性强度指标虽然有一定的重叠,但不可以互相替代,它们分别指示季节差异、峰值变化、短期水质恶化以及水质均值变化等不同类型的非线性行为。结合计算结果,给出使用4种非线性指标判断非线性行为的方法,并讨论非线性定义的局限性以及所提指标的应用前景。研究结果有助于进一步区分和认识水体水质响应不同类型的非线性行为,以便针对非线性水质响应行为的特定类型进行分析。

基于遥感的无锡市土地利用与过境水质响应关系的研究

以京杭大运河无锡段水质监测数据和2003年7月SPOT-5正射影像为数据源,分析土地利用面积比例与过境水质之间的响应关系。结果表明:以监测断面为中心缓冲区距离的空间变化与水质监测指标之间有明显的响应关系。运河水质污染主要受离河岸较近的土地利用结构的影响。耕地上产生的农业污水,商业和工业中的废水以及大面积裸地上居民生活垃圾和建筑垃圾产生的污水是导致京杭大运河无锡段水质恶化的重要原因。

流域土地利用变化的水质响应研究进展

探讨流域土地利用变化的水质响应,有利于从源头上控制水污染。不同学者在多种边界条件下研究了流域土地利用变化的水质响应,发现流域土地利用变化是造成河流水质发生变化的重要原因。根据是否可以将土地利用活动概化为点状,流域土地利用变化的水质响应研究可分为点状土地利用的水质响应和非点状土地利用的水质响应。准确边界土地利用的水质响应一般是研究流域土地利用空间特征和土地利用结构与水质变化的关系。对于用全流域尺度还是用缓冲区的尺度分析土地利用的水质响应更准确仍存在争论。水域边缘几何形状影响了土地利用与水质的关系。

水功能区水质响应系数计算研究

水质响应系数是计算水环境容量,进而明确排污责任主体的重要基础。以一维对流扩散方程为基础,基于线性叠加原理,推导了水质响应系数矩阵,探讨了基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法。基于HEC-RAS模型建立了辽河干流水动力水质模型,据此计算了辽河干流水功能区水质响应系数矩阵。结果表明:基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法可显著提高计算效率,而且HECRAS模型不仅在水动力模拟方面优势显著,在水质模拟方面亦表现出良好特性。较之公式法,基于综合水动力水质模型计算水功能区水质响应系数可以显著提高计算精度。

闽江下游河道排污口设置的水质响应分析

建立了闽江下游河道一维动态水质模型,探讨了北港不同排污口设置方案对南、北港分汊河道水质的影响.结果表明,北港排污不仅影响排污口附近及北港河道的水质,还影响到南港河道;两个排污口组合设置下的水质好于单个污染源设置情况;污染物浓度过程呈现周期性的变化,排污口河段以上断面,涨潮时污染物浓度增高,落潮时污染物浓度降低,排污口河段以下断面的则相反.

长兴县北部地区的土地利用与水质响应研究

以长兴县北部地区为例,以氨氮作为污染评价指标,分别利用改进后的输出系数法和研究区社会污染普查资料合理估算了研究区全流域和各乡镇的非点源污染量及点源污染排放量。通过对比污染输出总量和国家地表水环境质量标准发现,研究区全流域整体达到二级水质标准,但夹浦镇水质严重超标,且主要贡献来自于点源污染,其余乡镇水质良好。进一步分析发现,长兴县北部地区不同的土地利用组合类型和比例对非点源污染输出有着重要影响,总体规律是耕地对非点源污染输出贡献比例最大,其次是居民地和裸地,并且随着林地比例的增加和耕地、居民地的减少,污染逐渐降低。

基于水质响应系数的浅水湖泊水环境容量计算方法

根据湖泊污染物迁移转化机理、质量守恒原理,提出浅水湖泊污染物浓度场稳定判别方法。根据湖泊浓度场稳定后水质控制点污染物浓度与各入湖河道污染物通量的响应关系,构建多入湖河流水质响应系数矩阵,并采用线性规划法求解浅水湖泊各入湖河道水环境容量。与常规方法相比,该方法充分考虑了多入湖河流入湖污染物通量的叠加影响,提高了湖泊水环境容量的计算精度。

流域污染负荷-水质响应的时空数值源解析方法研究

以目前广泛应用的环境流体动力学模型EFDC为平台,构建时空数值源解析方法,理论上可以得到任意时刻任意空间点位污染物的来源构成.其原理是考虑水质模型的微分方程,直接对每个污染负荷再微分,从而将原来1个微分方程变为关于每个污染源的微分方程组,然后联立以EFDC的水动力模型求解,得到每个源对每个时空点的贡献.概化的抚仙湖模型作为数值案例用以验证方法.时空数值源解析的结果与传统扰动方法的结果几乎重合,验证了时空数值源解析方法的正确性.另一方面,数值案例中存在34个独立的污染源,扰动法则需要35次模拟,而时空数值源解析方法的结果通过单次模拟就可得到,说明时空数值源解析方法具有明显的计算效率优势.而通过对结果的进一步分析可以发现,时空数值源解析方法可以提供更精确的源贡献的动态描述.

污染负荷多情景变化下河流水质响应关系研究

以松花江哈尔滨段为研究对象,构建了EFDC水动力-水质模型,以主要污染物COD、NH_3-N为指标,结合情景分析方法对松花江哈尔滨段支流污染负荷多情景变化下对干流水质及下游出口断面水质进行量化评估.结果表明,大顶子山出口断面COD浓度值在满足Ⅲ类及以下水质要求时,阿什河口与呼兰河口的浓度在枯水期、桃花汛期、平水期和丰水期分别最高不能超过29.3、22.3、41.82和32.13mg/L以及47.75、36.27、65.4和41.47mg/L,大顶子山断面的NH_3-N浓度,枯水期保持在Ⅲ类,则要求阿什河口和呼兰河口NH_3-N浓度最高为8.73和2.92mg/L,桃花汛期保持在Ⅱ类时,则二者最高分别为6.3和2.23mg/L,枯水期大顶子山断面保持在Ⅰ类时,阿什河口和呼兰河口则最高不能超过7.57和1.79mg/L.

基于MIKE21的南四湖上级湖水量水质响应模拟研究

南四湖是南水北调工程中十分重要的调蓄湖泊,对于南四湖水量水质之间关系的研究具有非常重要的意义。在总结分析前人对南四湖上级湖水量水质研究的基础上,由统计数据资料,运用MIKE21模型,模型参数主要选取湖内糙率、污染物扩散系数以及污染物降解系数,模型所选取的污染物指标为COD和TP两种。对模型参数进行验证后,模型具有一定的代表性和准确性。将模型应用于模拟方案进行模拟分析,模拟分析了多情景下南四湖上级湖内水质变化过程,并根据结果分析得到南四湖上级湖内水量水质响应关系,为南四湖水质改善提供理论依据。

城市湖泊生态修复的水质响应研究

生态修复对遏制城市湖泊生态系统的退化意义重大,寻找一种有效且简单的生态修复效果预测方法有利于进一步推动湖泊修复研究的发展。利用综合污染指数法、基于专家调查法的湖泊污染物浓度确定方法及水质提升贡献度分析了生态修复的水质响应,并采用基于污染负荷平衡的水质模型预测了生态修复措施作用下的潜龙渠水质。结果表明:4种污染物浓度均有下降,潜龙渠水质提升显著,但各污染物对不同修复措施的响应程度不同,COD的浓度控制需要污染源控制与修复净化的共同支撑,TN对各项措施的敏感性接近,TP、NH_3—N分别对污染源控制、生态补水敏感性最高。情景预测表明,依据水质响应关系制定的生态修复方案,能够稳定保持潜龙渠的生态修复效果。

北京妫水河水生植物群落调查与水质响应关系研究

作为典型的北方缺水河流,妫水河生境脆弱,特别是城区段受人为干扰强烈,水生植物群落退化严重。通过开展妫水河水生植物群落实地调查和水质监测,摸清不同河段水生植物群落分布与水质之间的响应关系,有利于区域水生植物群落的重新构建。妫水河现有水生植物12科12属14种,其中,挺水植物6种(42.9%),沉水植物6种(42.9%),浮叶植物1种(7.1%),漂浮植物1种(7.1%)。不同河段水生植物群落结构存在显著差异,在水质较好的山区型河段(古城河和妫水河干流龙顺路附近)主要分布有以沉水植物为主的菹草+水毛茛+金鱼藻群落和浮萍﹣金鱼藻群落;在水质较差的城区型河段(三里河)主要分布有耐污性较强的香蒲+菖蒲群落、菰+芦苇+水芹﹣菹草群落;在缓坡型河段(蔡家河和妫水河干环湖南路附近)分布有以挺水植物为主的芦苇+香蒲﹣狸藻﹣荇菜群落和菰+香蒲﹣眼子菜群落。以群落分布规律为依据,可为妫水河生态修复提供思路和设计参考。

基于水质响应关系的排污权初始分配模式研究

针对目前排污权初始分配指标选择与权重设计主观性较大,与断面水质关联性不强的问题,以EFDC模型为基础,综合考虑污染源与排污口的源汇关系,构建了“控制单元-排污口-污染源”水质响应关系的排污权初始分配模式。通过该模式完成了贾鲁河(郑州段)COD初始排污权的分配,发现以“控制单元-排污口”、“排污口-污染源”的水质响应关系为切入点进行分配极大地避免了主观性对分配结果的干扰,较好地体现了排污权交易制度通过河流断面水质目标对污染源排污行为的约束,更有利于保障水环境质量。

地表水和地下水水源地水量水质响应分析

本文以秦皇岛市地表水源地洋河水库和细河地下水水源地为例,通过水均衡法,以细河水源地二级水功能区为均衡区,研究了细河水源地水资源量随洋河水库下泄水量渗漏补给量的响应变化机理;同时利用数理统计和线性相关分析法探索了两者水质响应变化机理。并根据研究结果提出合理开发和利用秦皇岛市地表水和地下水的建议,为保持生态健康发展提供参考。

强降水作用下府城遗址块段浅层地下水水质时空响应

以焦作中站区朱村镇府城遗址为研究区,根据收集的多年降水量资料及2019年自建雨量站实测的降水量数据,结合2017年以来18个长观点逐月监测的地下水水位和水质信息,采用综合性分析方法研究了日降水量高于和低于25mm/day阈值时的浅层地下水水质变化及其响应。结果表明:浅层地下水水质时空响应特征主要体现在两个方面:水位时空响应和水质时空响应。年内浅层地下水位变化曲线呈山谷形状,呈现先下降再上升的趋势。年际变化趋势为先缓慢下降后急剧上升。典型离子F^(-)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Na^(+)、TDS年际变化总体上呈震荡变化趋势,不同离子的增减趋势不一致;年内变化表现为枯水期离子含量普遍高于丰水期。基于BP神经网络模型对2017年至2021年枯水期和丰水期的浅层地下水水质进行了评价,实现了评价指标因子权重和阈值的自主识别和自动调整,评价结果符合实际。2017年至2021年同年度下丰水期浅层地下水质均好于枯水期,降水量对研究区的浅层地下水水质影响较大。

合肥市南淝河基于水质水量响应模型的生态基流研究

生态基流是维护河湖健康的重要因素,生态基流的计算方法各有不同,为优化生态基流计算的方法,文章采用水质水量响应模型法进行研究,该方法综合考虑水量、水质及生态条件等要素,能更好反应河道在不同工况、不同降雨条件及不同时段生态基流的需求,通过模拟成果对比分析,该方法计算成果较为可靠。该研究是对生态基流计算方法的创新,为科学确定河道生态基流规模,制定生态补水实施保障方案提供依据。

昆明盆地城市化的孔隙水水质响应

通过对1992、2004年昆明市两期Landsat5TM遥感影象数据的处理，结合区内连续的地下水水质监测资料，对昆明盆地城市化的孔隙水水质响应进行了分析。结果表明：2004年昆明市城区建成面积在1992年的基础上扩大了两倍多，城市化的发展影响到孔隙水化学场的空间格局和降雨径流关系的变化。孔隙水矿化度在年际变化上呈现出稳步增加、缓慢下降以及日趋稳定3种类型。空间上，孔隙水水质响应与城市化发展密切相关。城市扩展的外围成为地下水恶化和污染物转移的主要区域，盆地东部的金马镇附近，孔隙水矿化度由20世纪90年代初的500—600mg／L，上升至2000年的600～800mg／L，成为水质恶化较快的区域；滇池北端的草海周边区域，由于环境保护和污染治理的力度的加强，地下水矿化度总体呈下降趋势，而往南六甲-龙马一带的湖滨农业种植区，污染在持续，地下水矿化度不断升高。随着城市的向外扩张，主城中心地下水化学场日趋稳定，多年来地下水矿化度保持在600～730mg／L左右。城市化进程对地下水环境有着正负两方面的影响，因此不断完善城市基础设施建设，加强区域环境治理和水资源管理，才是城市的健康发展之路。

基于MIKE21模型的沙河水库水量水质响应模拟研究

沙河水库是北运河上游水系重要的汇,同时也是多源污染的重要聚集处,呈现非常规水源补给的缓滞水体特征,作为城市景观水体,对水环境和水生态要求较高,因此,沙河水库的治理对下游的水质改善至关重要.为进一步全面提升沙河水库水环境质量,以昌平区沙河水库为研究区域,采用MIKE21构建库区二维水动力水质模型,对沙河水库水量水质变化情况进行了模拟,并验证了模型参数.在验证模型参数的基础上,分别模拟了水位调控方案与水质改善方案.水位调控方案模拟结果显示,沙河水库管理调控水位在34.0~35.2 m之间时,0~1.5 m水深区间占面积最大,物种最丰富,是最合适的水位调控区间.水质改善方案模拟结果显示,当对溢流污染进行全部截流时,2018年6月1日—10月1日沙河闸考核断面CODCr平均减少28.44 mg·L^-1,NH3⁃N平均减少0.83 mg·L^-1,TP平均减少0.25 mg·L^-1,相比于现状模拟数据,降幅分别达到72.2%、59.3%、67.7%,CODCr已全部达到Ⅳ类考核标准,NH3⁃N仅有1 d超标,TP超标天数降低至7 d.在全部截流的基础上,配合湿地净化措施,2018年6月1日—10月1日沙河闸考核断面CODCr、NH3⁃N已全部达到Ⅳ类考核标准,仅TP有1 d超标,超标日期为8月12日.

基于水质-水位二元响应关系推求过水型湖泊适宜生态水位研究

适宜的生态水位能够反映湖区生态系统的多种需求,是湖泊长期稳定健康运转的基本保障.目前湖泊适宜生态水位的推求大多侧重恢复天然水位情势.然而过水型湖泊承担着防洪、供水、航运等多种功能,频繁的人类活动导致湖泊水位情势异常复杂.同时随着社会经济的快速发展,水质恶化对过水型湖泊生态系统造成了较大的负面影响,仅恢复天然水位情势难以反映过水型湖泊的生态需求.因此,在IHA-RVA法的基础上,本文针对过水型湖泊吞吐性强的特点,利用水质-水位二元响应关系系统地提出了一套逐月修正过水型湖泊适宜生态水位阈值,并确定适宜水位变动率的方法.以洪泽湖为应用实例,结果表明:1)根据湖泊水文情势和入湖污染物变化情况,湖泊调度周期可以划分为平水期(1-4月)、泄水期(5-6月)、蓄水前期(7-9月)和蓄水后期(10-12月);2)各时期内,洪泽湖水位和水质呈现较强的相关性,其中平水期、泄水期和蓄水后期水质均随着水位上升而下降,平均Pearson系数达-0.77,仅在蓄水前期水质随水位上升而改善;3)现阶段洪泽湖的自净能力和污染物滞留比例竞争关系激烈,逐月适宜生态水位阈值为:12.92~12.99、12.79~12.99、12.84~12.99、12.86~12.99、12.71~12.89、12.39~12.63、11.97~12.93、12.50~13.07、12.65~13.26、12.90~13.04、12.90~13.04、12.90~13.04 m,除蓄水前期外,基于水位水质关系修正的适宜生态水位范围较IHA-RVA法计算的天然水位范围缩小了73.4%.总体而言,基于本文方法设计的湖泊适宜生态水位不仅可以满足生态系统对于水体大小的需求,一定程度上也可以体现湖泊生态系统对于水质的要求,为洪泽湖等过水型湖泊的生态调度、水资源管理提供科学依据.

闽江口水质对边界条件的响应关系模拟研究

为探究闽江河口水质变化趋势及超标原因,根据入海排污口详查成果,构建闽江下游至河口二维非稳态水动力水质模型,以主要污染物COD_(Mn)、无机氮和活性磷酸盐为指标,预测不同水文与外源污染负荷对闽江口水质的影响,阐明水质对水文和外源污染物的时空响应关系。结果表明:闽江口水质对不同水文的响应存在显著的时空差异性。闽江口COD_(Mn)和无机氮水质受上游影响较大,而活性磷酸盐所受影响相对较小;受潮汐潮流的影响,闽江口涨潮期水质大潮好于小潮,涨潮好于落潮;设置水口水库下泄水体水质为年内最好和下游污染物削减30%两种条件下,均不能有效保障河口无机氮和活性磷酸盐水质稳定达标,建议对水口水库下泄水总氮和总磷提出更严格的控制要求。