饮用水水源保护区河流水环境容量计算模型

基于河流一维水环境容量计算模型,通过水质控制目标分析,引入了饮用水供水水库的水环境容量决定其保护区内河流水质控制目标的概念,提出以水库的水环境容量为其上游保护区内河流段末的水质控制目标,解决了由于河流与湖库的总磷水质标准不一致、水质标准中没有河流总氮指标以及水环境容量计算中河流与湖库水文设计条件不同步等,导致水源保护区内河流的水质控制目标确定困难的问题,建立了针对饮用水水源保护区内河流水环境容量的计算模型和方法,本模型直接表达了饮用水供水水库与其上游河流水环境容量之间的定最关系,体现了2个水域间的连续性和相互作用关系,为实现饮用水供水水库及其上游河流的污染物总量控制提供了可靠的科学依据,应用本模型,计算了正在建设中的老虎潭水库保护区内河流的水环境容量.结果表明,根据老虎潭水库水环境存量,保护区内河流的总氮水环境容量为65.05 t·a-1,现状总氮年入河量应削减33.86 t;总磷水环境容量为5.05 t·a-1,现状条件下尚有2.23 t·a-的剩余水环境容量,文中所提出的建模方法可以推广至水质控制目标不同情况下的连续水域,尤其适用于下游水域水质控制要求高于上游水域的情况,拓展了水环境容量的研究思路和方法.     

非点源污染河流的水环境容量估算和分配

通过河流相应集水区内氮磷的各污染源分析(包括农地、畜禽养殖和生活排污等),利用输出系数模型估算各非点源的氮磷投(排)放量和入河量;采用河段氮磷输入-输出平衡关系分析方法,估算河流对氮磷的每月自净量.以此为基础,参照水功能区划所要求的水质目标,提出了水质未超标河段相应集水区的氮磷剩余水环境容量按月估算模型,和水质超标河段相应集水区内氮磷投放削减量的按月估算模型,及其在各污染源之间的分配方案.结果表明,长乐江的总氮和总磷自净量分别达到775.9 t·a^-1和30.9 t·a^-1,自净率分别为28.8%和51.2%.河流对氮磷的自净量不仅受水文生态条件的影响而表现出较大的季节性变化,而且随着污染负荷量本身的增加而提高.按照水功能区划中Ⅲ类水的水质要求,长乐江总氮含量全年超标;各非点源的总氮投(排)放量均须不同程度的削减,削减总量应达到1 581.0　t;氮源削减量分配结果表明,化肥是应削减的最大氮源,要求在河流相应集水区内的化肥氮投放削减量为1 047.4 t·a^-1;而与各种氮源的投排放现状相比,要求削减比例最高的是畜禽养殖的氮排放量,达32.4%.长乐江流域尚有一定的总磷剩余水环境容量(2 335.7 t·a^-1).根据目标水质要求,平水期是各污染源总氮投放需要削减的量最大的时期,丰水期则是总磷剩余水环境容量最小的时期.     

基于WASP的湖州市环太湖河网区水质管理模式

为保障清水入湖,以我国富营养化最为严重的淡水湖泊之一——太湖为例,建立了基于水体纳污能力的流域水环境管理模式.同时,针对河网地区水流往复性特点,以水质分析模拟程序(WASP7.3)模型为基础估算了湖州市环太湖河道COD和氨氮的水环境容量,并建立了综合点源和非点源的COD、氨氮日最大排污量(TMDL)管理模式.结果表明,在90%水文保证率下,研究区域水体环境容量CODCr为30153.4kg·d-1,氨氮为5112.4kg·d-1;按照区域2005年排污状况,未达标河段的COD最高削减率达到70%,氨氮最高削减率达到87.5%,才能满足整个流域水体功能要求.     

基于盲数理论的南淝河水环境容量核算研究

根据南淝河的水文资料,从水环境系统多种不确定性共存的角度,运用未确知数学中有关盲数理论对南淝河主要污染物COD、NH3-N进行环境容量的计算.将南淝河划分为四个计算单元进行水环境容量的计算,并结合污染物实际排放量计算出削减量.结果表明:南淝河COD、NH3-N的环境容量分别为48 201.63 kg/d和1 259.59 kg/d,总削减分别为43 517.41 kg/d和4 898.46 kg/d.南淝河水环境容量的确定,为南淝河水污染控制的管理和决策提供科学的依据.     

水库水环境容量计算中未确知信息的数学处理

由于水体水环境系统信息的不确定性，因此运用未确知数学理论，对未确知信息下的水库水环境容量进行计算。由水库水环境容量的计算公式，依据未确知有理数的运算法则和未确知数学的期望公式，求得水库水环境容量的期望值，还可以获得相应的主观可信度。研究表明，运用未确知数学计算不确定性信息下的水库水环境容量，理论上可行，计算结果可信，为水质管理和保护提供了科学依据。     

基于二维水动力水质模拟下水环境容量的求解研究

由于受到适用条件有限、计算烦琐等方面的限制,目前许多水环境容量计算方法难以得到广泛应用,采用了影响系数法,在二维水动力水质模拟的基础上,以下边界上最大浓度点为控制点,计算区域的水环境容量,并对长江仪征工业用水区的水环境容量进行了计算,得出该河段环境容量为17 969.2t/a.该方法计算简单,且综合考虑了控制点的浓度,污染源位置,河流水文,水力学特性等多种因素,是一种非常有效且值得推广的计算方法,可为该区域水资源保护规划提供依据.     

常州市水环境容量计算研究

结合常州市城市总体规划,在确定水环境容量的控制单元及相关参数的基础上,利用数学模型分别对各控制单元内的水环境容量进行了计算.计算结果表明,各功能区现状纳污量基本已超过了各自的水环境容量,需要进行削减.最后根据计算结果,结合当地实际情况,提出了污染控制建议方案.     

基于控制单元的双台子河水环境容量核算研究

控制单元作为流域水环境管理的基本实施单位,开展水环境容量核算,对制定控制单元容量总量分配具有科学意义.文章以辽河盘锦双台子河流域为例,根据水环境容量核算的基本原理,结合水质现状和水环境功能区划,对各控制单元COD和氨氮的水环境容量进行分析.结果表明,控制单元的水环境容量与区域水质目标密切相关,在30Q10水文条件下,COD水环境容量为8607.49 t/a,NH3-N水环境容量为1154.35 t/a.COD需要削减47.5%,NH3-N削减30.9%.     

泗河水环境容量及最大允许排污量计算

规范了水环境容量的定义和分类,建立了符合泗河水文、水资源特征和水环境状况的河流水环境容量模型,与GIS技术结合构建了适合北方地区的河流水环境容量计算程序和方法;摸清了水功能区-入河排污口-点源排放口的一一对应关系,提出了将水域环境容量转换为陆域点源最大允许排污量的估算方法。计算了泗河在满足水功能区划条件下的水环境容量及最大允许排污量,从而为制定该河流水污染物容量总量控制方案提供了科学依据。     

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...     

入湖河流水质对土地利用时空格局的响应研究:以洱海北部流域为例

揭示土地利用与入湖河流水质的内在联系是非点源研究的重要内容,以洱海北部流域为研究对象,从土地利用类型组成和空间格局入手,综合空间分析和统计分析方法对两者响应关系进行研究.结果表明,研究区平均坡度(SLOPE)、植被区面积百分比(VEG)作为表征土地利用类型组成的指标,与入湖河流TN和TP的关系显著,斑块密度(PD)、农业用地斑块密度(PDagr)、水体形状指数(LSIwat)作为表征土地利用空间格局的指标,与TP和NH+4-N的关系显著;类型水平下,入湖河流水质对土地利用空间格局的响应关系较景观水平强,水质响应指标为雨季TP和旱季NH+4-N,回归调整系数R2分别为0.761和0.978;旱季,入湖河流水质对土地利用的响应关系强于雨季,水质响应指标为TN、TP和NH+4-N.因此,进行洱海北部流域非点源污染治理时可考虑提高植被覆盖率和农业用地集约化程度,尽量避免旱季对自然水体的人为干扰,后续进行土地利用空间格局与入湖河流水质关系研究建议选类型水平.     

秦淮河典型河段总氮总磷时空变异特征

2010年6月～2011年5月,对秦淮河典型河段水体总氮(TN)、总磷(TP)的污染状况进行了周年定点观测,采用传统统计学方法初步探讨了秦淮河水体TN、TP污染状况及时空间变化特征.结果表明,秦淮河TN、TP污染严重,且具有很强的时空变异性.秦淮河传统农业区、集约农业区和城市区TN平均浓度分别为1.80、3.97、9.25 mg·L-1,TP平均浓度分别为0.03、0.11、0.50 mg·L-1,表明秦淮河TN、TP主要来源于城市区和集约农业区,而传统农业区对水体TN、TP贡献较小.秦淮河丰水期和枯水期TN平均浓度分别为1.89、4.58 mg·L-1,TP平均浓度分别为0.11、0.14 mg·L-1,表明秦淮河枯水期较丰水期污染严重.富营养化评价结果显示,秦淮河河段大都处于富营养化状态,应及时采取治理措施.     

Spatial and temporal variations of water quality in Cao-E River of eastern China

Evaluation and analysis of water quality variations were performed with integrated consideration of water quality parameters, hydrological-meteorologic and anthropogenic factors in Cao-E River, Zhejiang Province of China. Cao-E River system has been polluted and the water quality of some reaches are inferior to Grade V according to National Surface Water Quality Standard of China （GB2002）. However, mainly polluted indices of each tributary and mainstream are different. Total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） in the water are the main polluted indices for mainstream that varies from 1.52 to 45.85 mg/L and 0.02 to 4.02 mg/L, respectively. TN is the main polluted indices for Sub-watershed Ⅰ, Ⅱ, Ⅳ and Ⅴ（0.76 to 18.27 mg/L）. BOD5 （0.36 to 289.5 mg/L）, CODMn （0.47 to 78.86 mg/L）, TN （0.74 to 31.09 mg/L） and TP （0 to 3.75 mg/L） are the main polluted indices for Sub-watershed Ⅲ. There are tow pollution types along the river including nonpoint source pollution and point source pollution types. Remarkably temporal variations with a few spatial variations occur in nonpoint pollution type reaches （including mainstream, Sub-watershed Ⅰ and Ⅱ） that mainly drained by arable field and/or dispersive rural dwelling district, and the maximum pollutant concentration appears in flooding seasons. It implied that the runoff increases the pollutant concentration of the water in the nonpoint pollution type reaches. On the other hand, remarkably spatial variations occur in the point pollution type reaches （include Sub-watershed Ⅲ, Ⅳ and Ⅴ） and the maximum pollutant concentration appears in urban reaches. The runoff always decreases the pollutant concentration of the river water in the seriously polluted reaches that drained by industrial point sewage. But for the point pollution reaches resulted from centralized town domestic sewage pipeline and from frequent shipping and digging sands, rainfall always increased the concentration of pollutant （TN） in the river water too. Pollution controls were respectively suggested for these tow types according to different pollution causes.     

武汉汤逊湖未来水环境演变趋势的模拟

以流域为基本单元进行水质水量耦合,构建武汉汤逊湖水环境演变模型(TXHwater);借助Monte Carlo分析方法,对未来汤逊湖的水环境演变趋势进行了分析.结果表明,来水不确定条件下,COD模拟结果的不确定性较大,NH3-N和TN的不确定性中等,TP的不确定性最小.来水不确定性对流域汇流、巡司河入流过程影响较大,主要体现在汛期的5~9月份.如按现有规划,不考虑对污染物指标的削减,到2010年和2020年该湖未来水环境形势严峻,水质将演变为劣V类,主要控制指标为TN和TP,汛期6~8月浓度达到峰值.     

丹江口水库典型入库支流氮磷动态特征研究

重污染的神定河(接收城市污染)、中污染的大柏河(接收城镇污染)以及轻污染的五龙池(接收轻微农业面源污染)是丹江口水库3条典型入库支流.在2010年4月～2011年4月对这3条入库支流及其河口水质监测的基础上,分析了水中氮、磷的动态变化特征,并利用综合营养状态指数法对其营养状态进行评价.结果表明,神定河的TN、TP全年浓度均值分别为11.63 mg.L-1、0.93 mg.L-1,与五龙池(TN为4.41 mg.L-1,TP为0.076 mg.L-1)相比分别超过3倍和12倍;大柏河的TN、TP全年浓度均值分别为4.79 mg.L-1、0.15 mg.L-1,略高于五龙池中TN、TP浓度均值.3条支流及其河口中营养盐的时间差异为TN浓度在丰水期低于枯水期,而多数支流中TP浓度在枯水期低于丰水期.神定河中NH4+-N占TN的质量分数高达69%,其它支流及河口中NH4+-N占TN的质量分数均低于20%.NO3--N浓度变化范围为1.3～2.7 mg.L-1,SRP占TP的质量分数为30%～45%.神定河及其河口氮、磷营养元素比例关系研究表明神定河总体处于氮限制状态,河口总体处于磷限制状态.综合营养状态指数评价显示3条典型污染入库支流及其河口都处于富营养化状态,轻污染的五龙池的入库河口(东库湾)处于轻度富营养化状态.     

西苕溪支流河口水体营养盐的特征及源贡献分析

支流是干流营养物质的重要贡献源,也是流域水污染控制的关键区域.为探明西苕溪营养物质来源,有效控制该流域的水质污染,对西苕溪支流河口水质的时空变化特征及营养盐的输出通量进行了分析,利用PMF源解析模型对西苕溪10条典型支流的污染源贡献进行了定量解析.结果表明,中下游支流的TN、TP浓度高于上游支流,枯水期TN、TP浓度均值是4.25 mg·L~(-1)和0.11 mg·L~(-1),丰水期对应浓度均值为3.15 mg·L~(-1)和0.09 mg·L~(-1),枯水期高于丰水期,其时空变化较显著;支流水体的氮磷形态组成各不相同,反映支流流经区域周围土地利用的差异.污染源解析结果显示,影响西苕溪支流营养盐的污染源有农田径流、养殖废水和生活污水三类,在丰水期和枯水期,上游支流营养盐中农田径流的贡献率是40%和35%,中游养殖废水贡献率是33%和30%,而枯水期的生活污水则比丰水期贡献较多营养盐.因此,在整治改善西苕溪流域水质时,应考虑营养物的时空变化特点和支流周边环境.     

重庆市主城区次级河流总氮总磷污染特征分析及富营养化评价

为掌握重庆市主城区次级河流水环境状况,于2013年4月~2014年3月,在重庆市主城区选取6条典型次级河流测定水体理化指标,开展水体总氮(TN)、总磷(TP)污染特征分析及富营养化评价.结果表明:16条河流TN、TP污染较为严重,不同季节TN、TP均超过国际认可的发生水体富营养化临界值;富营养状态指数评价结果表明,各季节所有河流都处于富营养化状态,富营养化程度排序为:盘溪河清水溪跳蹬河花溪河伏牛溪朝阳河.2各次级河流TN、TP季节变化情况较为显著,为春、冬季TN、TP质量浓度高,夏、秋季TN、TP质量浓度低;3河流在各季节TN、TP从上游向下游增加趋势比较明显,污染物沿河流不断聚集,污染物质量浓度递增率最大达到1.25 mg·(L·km)-1.因此,进一步深入研究城市次级河流污染特征对城市水体污染控制具有重要意义.