水动力水质模型在温黄平原河网入河污染负荷削减中的应用

为了探究入河污染负荷削减对河网水环境改善的效果,针对台州市提出的河网水质改善需求,以浙南温黄平原河网为例,设定河网主要污染物氨氮为评价指标,建立能反映出河网水动力水质时空变化规律的模型,通过对入河污染物削减率和配水水源的调节,进行方案模拟计算。结果表明:在长潭水库和灵江联合配水、入河污染负荷削减率达到55%时,水质改善效果最好;温黄平原整体河网平均水质达到较好的Ⅳ类水。提高入河污染物削减率虽然能够大幅度的强化内部河网的治污体系,但控制污染物排放、调水引流、加强区域内截污治污多措并举才能从根本上有利于河网水环境改善。本模型的应用研究可为台州及其他类似城市的河网水污染治理和控制提供参考,为建立有效可行的城市河网水污染防治安全体系提供技术支撑。

基于暴雨洪水管理模型的海绵道路非点源污染负荷削减效果评估

为研究海绵道路对降雨径流过程的非点源污染负荷削减效果,以武汉市青山区某工业道路为研究对象,设计3组低影响开发(LID)措施方案:下凹式绿地(方案Ⅰ)、下凹式绿地与透水砖组合(方案Ⅱ)、下凹式绿地与透水砖和透水路面组合(方案Ⅲ)。通过暴雨洪水管理模型对研究区的非点源污染负荷进行模拟研究,分析不同暴雨重现期下研究区降雨径流中污染因子悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮量(TN)和总磷量(TP)的负荷迁移过程及削减效果。结果表明:3组方案在不同降雨事件中对4种污染负荷均有一定削减作用,SS、COD、TP、TN负荷削减率分别提高了21.28%~50.70%、15.31%~49.57%、11.61%~51.23%、13.13%~44.75%。LID方案在小降雨事件中对负荷削减率提升幅度最大,且方案Ⅱ和方案Ⅲ对污染负荷的削减效果明显优于方案Ⅰ,但方案Ⅱ和方案Ⅲ对污染负荷控制效果接近,说明透水路面对污染负荷的控制效果较差。

“五水共治”措施对义乌江流域水污染负荷削减的定量分析

通过分析2014—2018年义乌江流域地表水水质变化,评估了"五水共治"措施对义乌江流域水污染负荷削减的影响,核算了义乌市污水处理厂提标改造工程和退耕还林还草工程对点源和面源污染负荷的削减作用,对下阶段点源和面源污染负荷削减给出了建议。结果表明:义乌市"五水共治"措施干预下2014—2018年义乌江干流水质明显好转,COD、总磷的月均值均可稳定达到地表水Ⅲ类要求,氨氮的年均值也低于地表水Ⅲ类标准限值。与2014年相比,2018年义乌江流域的点源COD、氨氮、总磷和总氮污染负荷分别削减了1601.0、95.1、26.3和272.5 t·a^(-1),削减率分别为33.6%、59.9%、41.5%和14.3%;面源COD、氨氮、总磷和总氮的污染负荷分别削减了1998.5、148.0、367.1和33.7 t·a^(-1),削减率为12.23%。COD、氨氮和总磷的削减主要由点源污染控制措施贡献,总氮的削减主要由点源污染控制措施贡献。为推动义乌市水环境污染治理工作,建议审慎制定适宜当地情况的污水处理厂的出水水质要求,选择替代性低成本的生态处理模式;同时建议加强流域生态恢复工作,充分利用塘、潭、库、溪、河、湖等多种天然水体,构建以健康水生态为主线的流域蓝绿空间。

雁栖河流域点源氮磷污染负荷量的计算与分析

在大量野外调查和监测数据的基础上,通过流域污染负荷评估模型分析评价了雁栖河流域内主要污染负荷产生量与入河污染负荷量,建立河道水质模型计算分析了雁栖河流域的水环境容量,以流域水环境容量为约束条件,分别考虑不同污染源控制方案下的流域水环境承载能力与规模。研究结果表明:流域入河污染负荷中,餐饮企业占2%,自然村占12%,鱼场养殖约86%,是流域最主要的污染源。流域污染负荷远远超过了流域水环境容量,流域系统处于超负荷状态,需要通过削减鱼场排污以及提高自然村生活污水处理率的环境治理措施降低污染入河量;对于严重污染河段,需同时采用多种生态修复措施,提高流域的水环境承载力,维持流域社会-经济的可持续发展。

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.

基于TMDL的WARMF模型在水污染控制管理中的应用

介绍WARMF(water analysis risk management framework)水环境管理模型及其在美国等国流域用来模拟和制定污染削减及泥沙负荷分配的应用情况,提出我国在借鉴应用WARMF水环境管理模型时应注意以下几点:①考虑模型模拟过程中复杂因素的相互作用;②严格制定污染物削减方法和分配量;③重视模拟结果的灵敏度分析及校准;④将模型的多功能性与模拟的准确性有机结合。

初期雨水调蓄池控制溢流污染研究

利用苏州河沿岸代表性排水系统雨天溢流水量水质变化以及调蓄池处理技术的实验研究成果,与数学模型研究有机结合,建立了苏州河沿岸排水系统降雨径流水量水质与河网水量水质动态耦合的集成模型,系统研究了在三个典型年实际降雨条件下,苏州河沿岸调蓄池工程的溢流水量、溢流污染物削减效果,以及控制溢流污染对苏州河水质的改善效果.

基于TMDL模式的九洲江流域水污染控制研究

建立了基于最大日负荷量(TMDL)的九洲江流域水污染控制模式,利用负荷历时曲线法计算了流域允许负荷。通过对流域点源和非点源污染负荷估算,明确了九洲江流域COD、氨氮和总磷的污染负荷削减比例,并提出较为具体的污染控制措施。结果表明,九洲江流域主要污染物COD、氨氮、总磷的实际负荷超出允许负荷,其负荷削减比例分别达到30.12%、29.58%和33.62%,且畜禽养殖和生活污染源是主要的污染源,须采取有效措施进行污染负荷削减。

国家水体污染控制与治理科技重大专项:“辽河流域典型优控单元污染治理模式与工程应用”课题成果综述

“辽河流域典型优控单元污染治理模式与工程应用”课题针对辽河流域水环境承载能力不足、农业农村面源污染仍未得到有效遏制、城市河流污染较重、大伙房水库氮磷超标等问题,结合“水十条”目标和辽河流域中长期水环境治理战略要求,开展水环境承载力、面源污染治理、城市重污染河流综合调控和水污染治理技术路线图研究,集成研发了水环境承载力评估预警、水源保护区种植业污染负荷削减2项关键技术和城市重污染河流治理、面源污染主导型河流污染治理2项集成技术,实施了水源保护区种植源污染负荷削减、城郊无管网地区污水治理2项技术示范和大伙房水库水源地上游、清水河流域、细河流域、亮子河流域4个综合示范区建设.

生物炭对粗放型绿色屋顶出流水质的影响

以粗放型绿色屋顶的基质层为研究对象,构建了2组不同基质的粗放型绿色屋顶装置,每组设置了4个梯度(0%、6%、8%、10%)的生物炭,考察各组在经历9次人工降雨过程中,基质淋失率、出流水样的水质和污染负荷削减率的差异.结果表明:添加生物炭在抑制基质淋失率和提高出流水质方面作用明显.其中以在植被混凝土为主要基材中添加8%生物炭对于基质淋失率和出流水样中的N、P质量浓度的抑制作用、污染负荷的整体削减作用都是最好的;以在园林废弃物为主要基材中添加10%生物炭对于提高出流水质、削减污染负荷的效果是最好的,但是在抑制基质淋失率方面添加6%生物炭的设施效果最好.

TMDL计划在茅洲河水环境综合治理中的应用

茅洲河2015年以前属于重度黑臭水体,为达到2017年底消除黑臭水体和2020年地表Ⅴ类水的水质目标,有必要开展最大日负荷总量(TMDL)研究。本文根据TMDL的相关方法和流程,基于水质受限水体识别、确定水质目标、水文分析、污染源调查和污染负荷计算,制定茅洲河TMDL计划,根据茅洲河TMDL目标,提出了污染负荷削减目标,从而确定茅洲河综合治理措施。经治理,茅洲河2018年全年实际日负荷量均小于基于消除黑臭目标的TMDL,2020年实际日负荷量均小于基于地表Ⅴ类水目标的TMDL,说明治理措施效果显著。

城市机动车道路面初期效应及初期径流弃除量探讨

路面径流污染是城市面源污染的主要组成部分,初期径流弃除被认为是一种有效的源头控制方法。对于初期径流、初期效应尚没有明确的定义,且路面冲刷规律较难把握,使得对路面初期径流是否弃除以及弃除量的确定都缺乏理论依据。通过对北京某典型机动车道路面径流水质的监测,分别用基于浓度和基于负荷两种初期径流定义方法对初期效应进行了判断,初步得出路面径流的浓度初期效应不明显,污染负荷具有一定的初期效应,20%径流体积约可携带30%的污染负荷。根据对北京市30年降雨的统计分析,从尽可能收集较多的雨水进行利用及尽可能削减较多的污染负荷的考虑,建议采用4 mm降雨作为道路初期径流雨水的分离标准,可至少去除年均污染负荷的28.7%。研究结论和方法可为类似地区路面初期径流弃除量的确定及后续研究提供初步指导。

城市固废好氧加速稳定及碳氮迁移试验研究

选取上海市老港填埋场3~4a垃圾做室内强制通风单元体试验,监测固、液、气三相成分变化,并对有机污染负荷的削减规律以及碳、氮元素的迁移规律进行分析与研究.结果表明,固相纤维素/木质素(C/L)值从初始0.8降至0.4以下,固相中BDM、TOC、TN也有降低,固相指标降解速率呈现前期大后期小的特点,且上层垃圾降解程度更大.液相pH值、EC维持在固定区间,有机污染负荷得到了极大地削减,在整个试验期间,TOC、COD、BOD降解率分别达97%、94%、94%,TN、NH_(4)-N的降解率分别达到95%、94%.试验期间,累积CO_(2)释放量6.7kg,累计N_(2)释放量0.75kg.C/L值、降解稳定化归一指标β可作为固相垃圾稳定化程度判定指标,BOD/COD、NH_(4)-N/TN值可作为液相中可降解物质稳定化程度判定指标.根据质量守恒原理,对试验过程中碳、氮元素的迁移进行了分析.固相累积损失C质量2.09kg,液相累积流失C质量0.14kg,CO_(2)累积释放C质量1.83kg.固相累积损失N质量0.62kg,液相累积流失N质量0.08kg,N_(2)累积释放N质量0.75kg.降解基本结束后,固相中仍然残存着大量的不可降解或者难降解的含碳及含氮化合物.

清河流域水质目标管理技术应用示范

针对清河流域三级水生态功能分区功能定位和水质保护目标,按照"分类、分区、分级、分期"理念,应用流域水质目标管理技术方法,研究清河流域控制单元污染负荷核定、水环境容量计算与分配、污染负荷削减、污染物总量控制等关键技术应用示范,完善流域水质目标管理技术,为清河流域水环境管理提供科技支撑。

流域负荷削减的主观深度不确定性分析及稳健决策

深度不确定性影响着流域负荷削减及其决策.针对决策过程中主观层面产生的深度不确定性,本文提出了包含3个部分的稳健性决策方法:(1)确定衡量主观因素的权重的合理范围,采取适当采样方法确定每组合理权重下的最优决策;(2)稳健性指标计算;(3)以稳健性指标为目标结合进化算法求出稳健决策.将上述方法应用到江西八里湖的总氮(TN)负荷削减决策之中,该决策问题的相关模型考虑到了污染负荷与水质的响应关系及客观不确定性.以此为基础,在八里湖流域TN 277~297 t的年负荷削减水平下分析主观深度不确定性的影响.结果显示,即便结构相似的权重,细微的改变也能导致不同权重下的最优决策发生比较大的变化,而通过上述方法可以识别出污染负荷削减的稳健决策,该决策以点源及特定子流域的面源控制为主.在削减率上下波动5%(2.5%)的范围内,上述方案能够在83.5%(40.3%)的合理权重情况下保持最优,说明该决策能够满足绝大部分情况下对于不同站点之间的权衡考虑,可以为最终决策提供支持.

基于正交设计及EFDC模型的湖泊流域总量控制——以滇池流域为例

构建了基于正交设计-水质模拟-方案评价的污染物总量控制方案的方法体系,并应用于滇池流域.选择TN、TP作为总量控制指标,将滇池流域划分为6个子区单元,通过设计5水平(0%,5%,10%,15%,20%)6因素的正交试验表,得到25种不同削减方案;耦合EFDC模型模拟得到25种不同削减情景条件下湖泊水质的TN、TP浓度分布,计算各方案综合营养状态指数(TSI),筛选符合中度富营养化标准(60<TSI(Σ)≤70)的方案,引入数据包络分析(DEA)计算各方案的效率得分,得分最高的方案为最优削减方案.研究表明,滇池的叶绿素a平均浓度与TP平均浓度具有极强的相关性,最优方案下滇池流域6个子区TN、TP在原排放量的基础上,削减比例均为20%,15%,10%,5%,0%,20%.

沿海地区污水处理厂雨水混入率对设计规模的影响

以沿海地区台州某污水处理厂为例,基于三角形法,对雨水混入与污水处理厂水质、水量的响应关系进行分析,探讨雨水混入率对污水处理厂设计规模的影响。结果表明:沿海地区污水处理厂进水水质受降雨影响较大,实际进水水质因雨水混入而小于设计值;沿海地区污水处理厂处理水质效果较差,污染负荷削减率平均值远低于全国平均值;小雨时,沿海地区污水处理厂污染负荷削减率最高,污染负荷削减率随着降雨规模的增大而减小;沿海地区污水处理厂满负荷运行时,污水量处理率较低,为60%~70%;沿海地区污水处理厂实际进水量远大于设计值,水量设计规模宜考虑乘1.4的修正系数。

一种基于Stella和R语言的湿地氮素动力学模型

通过Stella软件的可视化建模环境,快速开发构建了一种适用于表流型人工湿地的氮素循环动力学模型,并将模型翻译成R语言,可实现编程计算、数据分析及空间分析等多种算法和功能与动力学模型的集成,能大大提高模型的分析和预测能力,加强模型的实用性和应用能力.以大沙河人工湿地氨氮污染负荷最大削减能力为例,本文基于此模型,集成R语言强大的编程和计算能力,建立了进水水质与水量的调度函数关系,并确定了人工湿地最优进水水量、水质和污染负荷最大削减能力.

饮用水突发性移动型风险源应急系统平台的构建

我国许多以河流等开放水体为饮用水源的供水厂均存在突发性移动型风险源。围绕快速、有效、经济地应对移动型风险源的工程需求,基于水源地负荷削减、长距离输水过程污染控制、水厂强化净化等关键过程,并结合风险源在线监测与预警、水厂综合管理与应急调度功能,设计建立了饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台。该文介绍了系统功能模块、总体逻辑关系、业务处理逻辑关系、业务流程等,并结合供水企业运营与管理特点,初步建立了基于饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台的工作模式。

基于1D、2D耦合数值模型的河、湖水质目标可达性分析

近年来,城市黑臭水体整治已进入巩固完善阶段,消除丧失使用功能的(劣于Ⅴ类)水体已成为城市水环境治理的根本目标,治理切入点也从截“点源”转为控“面源”。为了做好平衡控“面源”措施的环境效益、经济效益和社会效益,水环境容量核算、面源污染负荷削减率制订及水质目标可达性分析就极为必要。以南昌艾溪湖流域水环境综合治理项目为案例,通过水环境容量和面源污染负荷削减率的数学理论计算,并借助1D、2D耦合数值模型的模拟成果和动态展示功能为项目决策提供有效的技术支撑。