基于多耦合模型的盛桥河流域水环境模拟研究

【目的】对流域水环境污染进行解析、评估和预测,为流域水环境综合治理决策提供参考。【方法】以合肥市庐江县盛桥河流域为例,搭建流域水文、水动力与水质多耦合水环境模型,通过陆域-水体全过程模拟,解析污染负荷分布与河道水质响应规律,预测城镇截污纳管、农村污水处理、畜禽水产养殖整治、非点源污染管理措施及其组合情景下水环境治理效果。【结果】模拟可知,盛桥河流域典型丰、平、枯水年非点源NH_3-N入河污染负荷分别为88.23,42.81与35.45 t/年,TP入河污染负荷分别为7.53,3.65与3.24 t/年。最不利水文年(枯水年)汛期和非汛期河道水质均有超标现象,NH_3-N和TP最大超标倍数分别为1.42和0.90。河道流量与水质有较强的相关性,在低流量区间内,随着流量的增大水质有所好转;当流量大于0.52 m~3/s时,TP的质量浓度趋于稳定,NH_3-N的质量浓度有所升高。多措施综合治理后,盛桥河水质可达到地表Ⅲ类水标准,流域出口NH_3-N的月平均质量浓度低于0.91 mg/L,TP低于0.18 mg/L。【结论】所构建的流域水文、水动力与水质多耦合水环境模型在流域水环境污染解析、评估与预测应用中具有较好的可靠性和普适性。盛桥河流域汛期与非汛期河道水质的主导因素分别是非点源和点源污染,流域水-陆统筹、点-面兼治是解决流域水环境问题的根本原则。     

社河控制单元水环境承载力情景方案设计研究

以抚顺县社河控制单元为例,基于水环境-水资源-水生态-社会经济4个子系统构建指标体系及水环境承载力评估预警动态模型,并设计常规发展型、经济改善型、水环境改善型、水资源改善型、综合改善型5种情景方案,预测2019—2025年不同发展方案下的水环境承载力。结果表明,社河控制单元水环境承载力均呈上升趋势,各方法调节效果为综合改善型(0.811 7)>水资源改善型(0.765 8)>经济改善型(0.711 7)>水环境改善型(0.682 4)>常规发展型(0.672 5)。常规发展型情景方案2025年达到临界超载—蓝色预警状态,说明按照现有状态发展,社河控制单元不能够承载目前的人口、经济规模;综合改善型情景方案2025年达到绿色不超载状态,说明在此方案下,社河的社会经济、水环境、水资源、水生态能协调发展。     

辉发河流域水资源承载能力研究

本文采用常规趋势预测法研究辉发河流域水资源承载能力。研究表明,辉发河流域人口数量及工农业发展未超过流域水资源的承载能力,基本上保证了水资源的健康可持续发展。但是为了能够在水资源较少的年份,使得工农业也能够持续加速发展,还应该进一步加大流域内各地区的污水处理能力,同时有效地控制人口的增长以及更加合理地利用水资源,减少浪费和污染。     

典型山区河流水环境承载力研究——以庆元县为例

通过实地调查庆元县的水环境现状、河道的水力学特点及其水动力条件,提出了可行数学模型对主要污染物排放情况进行定量模拟,通过模型计算得庆元县现状的COD_Cr、NH₃-N、TP水环境容量分别是410.39、13.93、0.45 t/a。通过建立科学的评价指标体系,从水资源、水生态环境、社会经济3个系统中共选取19项相关评价指标,运用模糊综合评价模型从时间维度综合研究庆元县的水环境承载能力,表明2014—2019年水环境承载力基本呈逐年上升趋势。     

基于改良模糊优选模型的西安市水环境承载力评价

根据西安市水环境特征和水环境承载力评价指标的选取原则确定了西安市水环境承载力评价指标。根据水环境承载力影响因素的特征构建了各评价因素的三层结构模型并计算确定了各评价指标的权重。在分析模糊优选模型特征的基础上,应用改良模糊优选模型确立了污染因子的环境质量优属程度。最后得出西安市水环境承载力状态结果,结果表明2004-2010年间西安市水环境承载力状况呈逐年改善的趋势,水环境承载力评价值由0.16升至0.69。结果证明,改良的模糊优选模型具有应用简单、建模方便的特点,评价结果可直观反映区域水环境承载力状况。     

流域水环境承载力评价——以白洋淀流域为例

流域水环境承载力评价可为流域生态环境治理提供重要依据。以白洋淀流域为例,建立包括水资源、水环境和水生态三要素、共16个指标的水环境承载力评价指标体系与标准,提出基于层次分析法和熵值法的指标权重确定方法以及基于可变模糊识别模型的评价方法,对近20年水环境承载力进行计算与评价。结果表明:1998—2017年白洋淀流域水环境承载力的综合特征值由1.84增加到3.16,水环境承载力呈上升趋势,1998—2012年属较低承载区间,2013—2017年属中等承载区间;从各要素看,水资源和水环境要素的特征值由1.18、1.92分别增加为2.72、3.36,均呈增加趋势,水生态要素的特征值由3.44下降为2.31,呈下降趋势。未来应在推进水污染控制、水资源节约利用的基础上,重点关注水生态的保护、修复。     

灞河流域水环境数值模拟研究

【目的】对灞河流域水环境状况进行数值模拟分析,为湖泊型城市河道水质时空分布特征及水质类型主导性指标的分析提供参考。【方法】利用DHI MIKE21FM中的HD模块耦合Ecolab模块,选取溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、叶绿素a（Chl-a）、氨氮（NH₃-N）和总磷（TP）共5项指标作为水环境模型的状态变量,参考WQ模板中各指标的生化反应方程并对其修改后,以灞河流域下游城区段内灞河和浐河为研究对象,构建了适用于研究区的水环境模型,利用该水环境模型分析了基准年、丰水年、平水年与枯水年条件下灞河口水质特征,采用BP神经网络算法计算了灞河流域的时均综合水质类型,并对其空间分布进行了分析;采用主成分分析法（PCA）评估了灞河流域时均综合水质类型的主导性指标。【结果】灞河口水质超标因子主要为NH₃-N和COD,丰水年与平水年超标时间较基准年有所增加。浐河和灞河交汇前,灞河时均综合水质类型为Ⅱ类,浐河时均综合水质类型为Ⅳ类。浐河和灞河交汇后,灞河时均综合水质类型下降至Ⅳ类。研究区水质类型主导性指标为COD和NH₃-N。【结论】灞河流域时均综合水质类型在不同水文条件下基本都处于Ⅳ类。所构建的水环境模型在湖泊型城市河道水质时空分布特征及水质类型主导性指标分析中具有较好的精度和普适性。     

疏勒河流域水资源承载力评价

应用主成分分析法对疏勒河流域水资源承载力进行评价,结果表明,影响该区域水资源承载力的3个主成分为反映经济发展和人口状况的主成分F1、反映节水技术状况的主成分F2、反映降水量状况的主成分F3。从主成分的变化趋势可以看出,2003—2010年疏勒河流域水资源承载力整体呈稳步递增趋势,但在2008年和2009年出现了小的波动,其原因主要是2008年、2009年两个年份降水量减小。要促进疏勒河流域水资源可持续利用,应控制该区域人口数量,大力推广节水灌溉技术,普及和提高群众的节水意识。     

基于SD模型的河南省水资源承载力模拟研究

运用SD模型,以2018年为基准年,构建了河南省水资源承载力系统动力学模型,设定现状型、发展型、节约型以及综合型4种仿真情景,对河南省2019—2030年的水资源承载力进行预测分析。结果表明,现状型方案水资源压力较大,水资源供需差额不断增加;发展型方案水资源压力最大;节约型方案水资源充足,但同时也制约了经济的发展;综合型方案效果最佳,注重经济的平稳发展与水资源利用率的提高,在保障经济发展的前提下,未来可通过提高水资源利用率、治理水污染等措施来减缓水资源供需矛盾。     

基于SD的水环境安全预警演变趋势分析

为探究江苏省水环境安全及未来演变趋势,选取水资源、社会、经济、生态环境4个维度作为水环境安全预警指标体系,采用AHP-熵权法确定指标权重,基于SD模型设计4种方案模拟2010～2030年江苏省水环境安全预警变化趋势。结果表明,现状趋势下,江苏省水环境时空分布不均且承载不足,2010～2019年警度介于“中警-重警”之间,其中2017年警度等级处于“重警”状态,预警综合指数为0.3977;绿色节水和综合协调为最优方案,两种方案下水环境安全警度等级为“无警”,可有效解决江苏省水环境承载力不足问题。     

基于规划预测的焦庙镇水环境承载力评价

选用承载率评价法,基于焦庙镇环境规划,结合研究区相关统计数据,评价焦庙镇水环境承载力。结果表明,焦庙镇水环境有一定污染,2008、2015、2020年水环境承载力指数分别为0.361 1、0.694 4和0.902 8,均有一定富余,但富载不多,有超载的危险,远期规划应注意水环境保护。     

BP神经网络模型在象山港水环境承载力研究中的应用

为研究近年象山港水环境承载力状况,根据2010—2013年象山港水质指标DO、COD、DIN和DIP的统计数据获取指标阈值,应用BP神经网络技术建立象山港水环境承载力研究模型。模型输入指标为DO、COD、DIN和DIP的监测值,输出为水环境承载力指数。应用构建的模型对2014年春、夏、秋、冬象山港水环境承载力进行研究,结果表明:2014年象山港水环境承载力指数季节平均值都小于0. 4,水环境承载力总体不理想。象山港湾内的水环境承载力整体高于外海。湾口受外海影响,水环境承载力常年偏低;内湾水环境承载力季节变化复杂,主要为局部影响;湾中部水环境承载力春季偏高,夏季偏低,这与生物活动有关。BP神经网络模型结构简单、数据结果直观可靠,可应用于象山港水环境承载力问题的研究。     

长株潭城市群水环境承载力多目标优化研究

长株潭城市群地处湘江中下游,水环境污染严重,制约了长株潭社会经济的可持续发展及两型社会建设。为此,建立并采用遗传算法求解了长株潭多目标优化模型。该模型以经济效益、水环境质量、人口承载力为目标函数,以供水能力、部门需水、污染物排放总量及环境经济协调发展为约束。结果表明：人口数量的变化是影响氨氮排放量的主要因素,氨氮排放量会限制人口承载规模。COD和氨氮减排对GDP增速也有一定的制约作用。供水效益的增长不仅能拉动经济的发展,还能使各部门用水结构获得一定改善。在长株潭用水效益提高至10%,用水总量年均降低5%,同时控制污染排放的情况下,可以获得GDP增长、人口数量和污染减排目标的Pareto解最优以及各部门最优用水配置。研究成果对长株潭区域制定战略发展规划和进行有效的管理决策具有参考价值和实践意义。     

基于模糊层次分析法的水环境承载力评价

运用模糊层次分析法对水环境承载力进行评价,建立了模糊关系矩阵,确定了评价指标权重,得出了综合评价向量。以新郑市为例对所建模型进行了验证,结果表明,模型具有很高的精确性和可靠性,适宜于对水环境承载力进行评价。     

基于系统动力学的吐鲁番旅游环境承载力模型研究

作为干旱区传统的旅游城市,吐鲁番的旅游业已成为其增加经济收入、改善产业结构、推动区域经济和社会发展的重要支柱产业。然而,一系列旅游环境问题成为吐鲁番旅游业发展的瓶颈。运用系统的思想,把吐鲁番旅游环境承载力分成旅游自然环境承载力、旅游经济环境承载力、旅游社会环境承载力三个子系统,建立概念模型和方程,从而认清吐鲁番旅游承载力的影响因子及其之间的反馈关系,进而提出有效改善吐鲁番的旅游环境、调控吐鲁番旅游承载力的措施,实现吐鲁番旅游的可持续发展。     

黄河宁夏段水环境承载力的计算

水环境承载力是衡量河段能够容纳污水及污染物最大能力的重要指标.应用一维水质模型,计算黄河宁夏段水环境承载力,结果表明:以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水体标准计,黄河宁夏段化学需氧量(CODCr)的容量为562.0～716.0 t/d,氨氮(NH3-N)的容量为28.2～32.0 t/d.该计算结果为控制黄河宁夏段污染物排放总量提供了可靠依据.     

基于荷载均衡的喀斯特地区地表水资源可利用量研究 ——以六冲河流域为例

以贵州省毕节市六冲河流域为主要研究对象,在分析该地区水资源承载状况的基础上,选用生态足迹法计算六冲河流域水资源承载力,采用扣损法计算流域水资源可利用量并考虑洪家渡电站运行对六冲河流域水资源可利用量的影响。结果表明,六冲河流域水资源承载状况良好,水资源可利用量为24.51亿m~3,能为区域社会经济的发展提供较好的水资源条件。     

基于地表水目标水质的畜禽粪便水环境承载力估算

针对南方水网地区畜禽养殖业发展受限问题,以浙江省江山港流域为研究对象,实地调研核定流域水污染物来源途径与入河污染负荷量;基于QUAL2K模型,建立地表水水质响应模型,评估江山港流域在达到目标水质时的畜禽粪便水环境承载力;运用情景分析法探究畜禽养殖与地表水水质响应关系。结果表明：1)2020年江山港流域入河负荷量为190.564 t（以氨氮计）,土壤流失、污水处理厂、化肥施用、有机肥施用和水产养殖分别占总负荷的70.0%、14.8%、11.0%、2.8%和1.4%。2）当水质目标设定为达到Ⅰ类和优于Ⅱ类时,江山港流域能承载畜禽最大养殖量分别为133.5万和1 622.1万头猪当量,当前养殖规模未超载。3）江山港流域地表水水质对畜禽养殖量的响应关系弱,畜禽养殖不是流域水环境保护的制约因素。建议江山港流域加强生态沟渠的建设与管理,协同实现畜禽养殖业发展与水环境保护。     

鄱阳湖水环境承载力及主要污染源研究

通过研究鄱阳湖水环境承载力、水污染主导因子及其主要来源,为科学规划鄱阳湖生态经济区的产业布局和发展规模,建设"环鄱阳湖生态经济区"提供理论依据。研究结果:鄱阳湖水资源承载力0.5216,表明鄱阳湖水资源对流域内社会经济发展还有一定的承载空间;水质承载指数6.179,说明流域范围内主要污染物的排放量超过鄱阳湖的水质承载力;水环境承载力4.295,反映出鄱阳湖虽然水资源丰富,但水环境较差的水质性缺水的生态问题仍然存在,防治流域水污染刻不容缓。鄱阳湖水体中BOD、COD的年纳污量虽小于Ⅲ类水质控制纳污量,但TN的年纳污总量介于Ⅲ类水和Ⅳ类水质的控制纳污量之间,TP年纳污量大于Ⅳ类水质的控制纳污量,TN和TP成为湖区水体的主要污染因子。鄱阳湖水体中的COD、TN、TP主要来源于城镇生活污水和非点源污染,其中非点源污染的贡献率最大,农业非点源污染控制应成为"环鄱阳湖生态经济区"建设重点。