河流离岸排放污染物二维浓度分布特性分析

从河流移流扩散二维简化方程的解析解出发,考虑两岸边界反射作用,通过离岸排放条件下的系列计算实验、浓度图谱绘制、数学归纳和分析整理,提出了以相对离岸距离a'(=排放口离近侧河岸的距离a/河宽B)为自变量的宽阔与中宽河段的分类线x_1.2'方程;提出了断面最大浓度轴线的定义、分段方程以及简化分段条件,给出了最大浓度轴线x轴段与弯曲段的分段线x_e'方程、弯曲段与靠岸段的临界线x_k'方程以及断面最大相对浓度沿程分布的分段简化计算公式,提出了河流中心线和两岸线上相对浓度沿程分布的计算公式,为河流水环境影响预测与评价提供了理论支持.     

河流污染混合区的解析计算方法

以顺直宽矩形明渠中垂向线源等强度排放物质浓度分布的解析解为基础,探讨了污染混合区的计算方法,推导了污染混合区最大长度、最大宽度与相应纵坐标、面积以及最大允许污染负荷的理论计算公式,进行了污染混合区的算例分析。其结果可以作为河流污染混合区允许范围和最大允许污染负荷的计算依据,解析计算方法比采用二维水质模型进行污染混合区的计算更加快捷灵活、方便实用。给出了非保守物质污染混合区最大长度的理论计算公式和忽略反应降解作用按保守物质处理的条件:降解数De≤0.027。     

含水层中弥散系数的尺度效应

为确定研究区含水层的弥散系数,进一步开展咸水体运移的数值模拟,根据研究区的地质背景和水文地质条件,针对含水层中咸水体分布格局设计并开展了示踪试验。利用试验获得的数据初步分析了咸水体垂向和横向运移特征,提出了依赖于单尺度示踪试验结果推求多尺度下弥散系数的内推-外延法,据此计算了试验尺度上的弥散系数。示踪试验结果直观地反映了咸水体对抽水井中氯离子质量浓度的影响,确定了试验尺度上的横向弥散度为7.42 m,垂向弥散度为41.4 m。基于弥散方程的解析解,采用半程拟合的方法进行尺度效应的分析,确立了横向及垂向弥散度与试验尺度关系分别为y=0.007 5·e^{0.129 3x}和y=0.102 9e^{0.049 2x}。根据上述定量关系可进行同类地区相似条件下的弥散系数计算和尺度效应分析,从而为进一步开展咸淡水交互地带水盐运移的模拟和预测提供参数基础。     

位场归一化差分法的边界检测技术

针对常规位场数据处理存在场源边界定位精度低和识别能力差的问题,提出了识别边界位置的归一化差分法。根据x、y、z 3个方向的差分算子与构造边界位置位场异常特征间的关系,给出了突出异常梯级带的n阶归一化差分表达式。单体模型试验表明：z方向和经90°相移的x、y方向的一阶差分可以对模型体边界位置的异常梯级带进行紧缩;一阶归一化差分的异常等值线较为集中地分布在模型体边界位置,说明对边界有一定的识别能力,但精度稍低。为此,采用二阶差分进行进一步试算。结果表明:3个方向的二阶差分在一阶差分的基础上进一步增强了对边界的识别能力,而且二阶归一化差分的异常梯度带与模型边界位置具有良好的一致性。含噪声组合模型重力异常对比分析表明：与常规边界识别方法相比,差分半径较小的二阶归一化差分对地质体的边界识别能力强、定位精度高;差分半径较大的二阶归一化差分在一定程度上可以解决噪声干扰的问题,且等值线梯级带可以相对地突出大型地质体的边界。在实例应用中,归一化差分法检测出了黑龙江虎林盆地28条断裂,其中13条断裂通过盆地已有单元构造格局和DB1线电阻率剖面得到了证实。     

沙三中亚期东营三角洲-滑塌浊积体系预测模型研究

沙三段中亚段沉积时期,东营凹陷物源供给充足,三角洲-滑塌浊积体系极为发育。研究发现,滑塌浊积岩厚度h（m）与三角洲前缘沉积特征（前缘厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）、斜坡坡角a（°））以及浊积岩滑移距离s（m）可以建立定量关系。通过控制变量的方法建立单因素关系,即滑移距离s（m）与浊积体厚度h（m）呈负相关,且相关性高,作为主因素;砂体厚度H（m）、砂岩百分含量x（%）及斜坡坡角a（°）与h（m）呈正相关,作为子因素。利用灰关联分析法,计算各子因素相对于主因素的权重系数,确定灰关联系数,建立滑塌浊积岩厚度h（m）的定量预测模型:h=55.359Q1.522 3,Q=0.355s’+0.223x’+0.221H’+0.201a’（Q为综合评价系数,s’、x’、H’、a’分别表经过最大值标准化后的滑移距离、前缘砂体厚度、百分含量以及斜坡坡角数据）。     

CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究

在准静态近似条件下,利用水平电偶源在均匀半空间表面激发电磁场的计算公式,讨论了可控源音频大地电磁法（CSAMT）水平电场y分量E_y的观测范围、特点和由其定义视电阻率的应用优势;E_y与常规标量CSAMT测量的E_x、H_y幅值范围不同,采集并利用E_y数据可以扩大CSAMT野外观测扇区,减少采集成本。依据电法及电磁法勘探中视电阻率定义的基本原则,提出了E_y视电阻率的定义,说明了其具备频率测深的意义;通过几种典型层状模型（均匀半空间,两层D、G,三层H、K以及四层KH、HK型）的数值计算,对比了E_y视电阻率和E_x、H_y、Z_xy、Re(Z_xy)等对应的波区视电阻率及E_x、Z_xy等对应的全区视电阻率对地电断面电性特征的反映效果。结果表明：E_y视电阻率的求取仅需测点的坐标和一个方向的电场值,计算方便、不必迭代,并且在曲线低频端收敛于一稳定值,可以明显改善非波区的畸变效应。     

嵌套叉树网格的FDS数值模式在近海水域污染混合区计算中的应用

鉴于海域覆盖面积大而污水排放形成混合区相对集中的特点,基于四叉树网格布设的思想,分层次对不同研究区域按不同尺度网格对近海水域进行嵌套网格联合布置,重点模拟污水排放形成的混合区范围,在此基础上建立了Godunov型通量差分裂(FDS)格式有限体积法计算模式,实现了在不同尺寸的网格联立求解,提高了数值计算效率,又保证了计算精度.以海州湾近海水域为例,对海州湾近海水域流场及污染物混合区的范围进行了模拟计算,由此建立了排污量与混合区面积之间的响应关系,为环境管理部门对入海排污量的总量控制提供了依据.     

城市小型河流水动力弥散和潜流交换过程

为研究城市小型河流中污染物的物理迁移过程规律,分析基流条件下流动水体与暂态存储区之间的滞留交互作用,采用溴化锂(LiBr)作为保守性示踪剂进行野外现场示踪试验,结合一维溶质运移存储模型(One-dimensional Transport with Inflow and Storage model, OTIS)定量解析潜流交换特性,估算纵向弥散系数(D)、潜流交换面积(A_s)、主河道断面面积(A)和潜流交换系数(α).模型度量指标D_aI值和均方根误差值结果表征参数模拟结果可靠性高,拟合效果理想.由泵入点O至下游1 300 m设置的A、B、C、D 4处监测点的模拟结果表明,水文参数D、A_s、A和α均随水文条件而变,OB河段(0~600 m)潜流交换能力较弱,主要以对流弥散过程为主;BD河段(600~1 300 m)具有较强的暂态存储能力,对溶质的滞留时间长;BC(600~1 000 m)和CD(1 000~1 300 m)河段交换系数分别为(3.42×10-6±0.65×10-6)s-1和(2.87×10-6±0.81×10-6 )s-1;河段BC存在2.2×10-5m3/(s·m)的侧向补给流量.4个河段对比发现,城市河流渠道化、河床沉积物贫瘠等特征导致潜流交换能力弱化.     

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

太原市大气颗粒物中有机物浓度的分布特征

首次研究了太原市大气颗粒物中的有机物分布特征。收集了太原市不同功能区冬夏两季的大气颗粒样品,经抽提分离取得饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质4组馏分。分析结果表明:(1)大气颗粒中有机物浓度在取暖期高于非取暖期;(2)各功能区的有机污染程度不同,太钢工业区>长风剧场商业居民混合区>一电厂化工区、太行文化区。(3)各馏分浓度中沥青质含量普遍高,饱和烃含量最低,非烃、芳香烃馏分居中,且相对较低。(4)太原市整体污染主要为煤的燃烧和工业生产、尾气排放。     

吉林市第二松花江江段污染物-NH4+分布特征研究

针对吉林市铁合金厂排污口下游江水的污染情况，设计研究江段，分段、分层取样。通过野外与室内实验，分析研宄了江水污染物的主要成分，并对NH4^ 的纵向、横向、垂向上的分布特征及其影响因素进行了详细研究。结果表明，垂直方向污染物扩散可以瞬时完成，在极短的时间内基本能达到完全混合；在横向和纵向上，岸边排放污染物一般只在近岸扩散，污染范围一般也只在靠近排污口一带；随着离排污口距离增大，污染物浓度降低，横向变化率较纵向大。本研究为排污口的污染物控制与治理、水资源保护提供了科学依据。     

北方某经济开发区地下水污染调查评价

本文应用污染指数法,对北方某经济开发区及周边地下水水质进行了污染评价,结果表明研究区地下水水质以轻污染和中污染为主,局部地区出现较重污染,主要指标为硝酸盐氮、三氯甲烷和三氯乙烯。通过对工业废水、再生水、河水水质的检测,发现研究区地表水水质与污水处理厂再生水排放密切相关,地下水污染很可能与开发区企业排污有关。由于开发区所处位置的环境敏感性和脆弱性,建议今后在开发区及附近继续开展相关研究,进一步查明地下水的硝酸盐氮及有机污染物来源、污染途径,建立完善的监测体系,以便及时切断污染源,保障城市及当地供水安全。     

基于一个年龄概念的河口污染物输运数值模拟

根据Deleersnijder定义的一个平均年龄概念,运用耦合了物质输运模式的一个三维水动力-富营养化数值模型(HEM-3D),研究了位于美国北卡罗莱纳州Pamlico河口(PRE)的污染物输运时间在不同淡水流量影响下的分布情况。模型结果表明,在正常期,污染物被输运出PRE需要大约65d的时间。而在枯水期和洪水期,污染物分别需要230d和20d时间被输运出PRE。这表明物质输运过程明显受淡水流量的影响。污染物输运时间的空间变化显著受河口中盐度入侵的影响,咸水入侵在其可以达到的最大区域形成了一个盐度锋面,而这个锋面阻碍了污染物向外的输运。盐度层化对输运时间的垂向分布影响显著,输运时间垂向梯度随着盐度层化的增强而增大。     

广西廉州湾海水环境质量综合监测

随着广西最大的河口三角洲廉州湾海洋环境压力的不断加大,地质环境综合监测评价工作难以满足经济发展和环境保护需求。结合前人研究成果和岸段排污特征,在廉州湾布设了20个监测站位,于夏、冬两季通过取样分析、现场测量等手段相结合进行数据采集,并分析了需氧量、营养盐、重金属等要素的时空分布以及变化特征。结果表明: 受径流输入和沿岸排污共同影响要素而变化较大,要素等值线呈现带状或者小尺度半闭合状分布,在南流江出海口等值线较为密集; 氮营养盐以硝酸盐(NO₃-N)为主,平均含量0.066~4.35 mg/L,含量较高的重金属有Pb、Zn、Cd、As; 与历史数据对比显示营养盐增加明显,且化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)较高的状况并未有改善; 以滩涂养殖区污染最为严重,夏、冬两季几乎均为富营养化和重污染级,重污染等级比例两季平均值超过50.00%。总体上来看,该湾成为河流污染输入和周边陆源污染物的承纳海盆,并受到地质环境条件的限制而导致海水交换能力较差,现有污染状况同时还与人类对海岸利用开发加大有关。监测成果为进一步实施广西重点规划区海岸带立体化地质监测提供基本资料,并为当地海岸带防灾减灾等提供依据。     

水质大涡模拟数学模型研究

建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。     

用氢氧稳定同位素评价闽江河口区地下水输入

通过分析闽江河口区降水、地表水和地下水的氢氧稳定同位素特征,揭示降水的环境同位素效应和地下水的形成演化规律,定量评价河口区多种水体的混合过程及地下水输入量。夏季的降水氢氧同位素组成相对贫化,呈现出降雨量效应。在δ18O与δD关系图上,闽江北岸基岩裂隙水、平原及丘陵区浅层地下水均落在福州降水线上,而南岸平原及丘陵区浅层地下水大部分落在福州降水线右下方,其拟合线与降水线交点与5~9月农灌期降水氢氧同位素加权值接近,表明北岸地下水主要来自降水补给,而南岸地下水同时接受灌溉水和降水补给,并在入渗过程中经历了不同程度的蒸发作用。闽江河口段除接受两岸地下水补给外,局部河段还接受断裂带裂隙水补给。将线性端元混合模型、数字高程模型和地下水文分析法结合起来定量评价地下水的输入和各水体的混合过程,结果显示,在河口段淡水区,地下水混合比率上限为8.8%,其中包括0.4%的断裂带裂隙水;在河口段淡咸水混合区,淡水(河水、地下水)和海水的混合比为53:47,其中地下水的保守混合比率为1.7%;枯水期闽江河口段地下水保守输入量为87.0 m3/s,是闽江径流量的12.8%。     

生态滤沟对城市路面径流的净化效果试验及模拟

通过试验和模拟,研究生态滤沟对城市路面径流的净化效果及适宜工况。设计了半渗透型和防渗型两套生态滤沟试验系统,每套系统由5种典型填料滤沟组成。不同影响因素的多水平正交试验和单因素试验结果表明:填料组合方式是对整体处理效果影响最重要的因素,且以粉煤灰+沙（FS）为人工填料层的生态滤沟净化效果最好,防渗与半渗透型沟槽综合去除率分别为83.12%和73.18%,最佳淹没区高度为150 mm。建立了污染物（TN、TP）去除率、出水率与各影响因素的多元回归模型,经Nash-Suttcliffe系数和决定系数检验,拟合效果良好。采用Hydrus-1D模型对3种入流浓度下TP在生态滤沟系统中的迁移进行了模拟,TP出水浓度模拟值与实测值平均相对误差分别为14.11%、17.33%和26.57%,模拟结果可靠。     

伊通河水环境容量与污染防治对策的研究

长春市唯一过境河流－伊通河是市区内工业废水和生活污水的主要受纳水体。依据各河段的区位、水力、污染、使用特征对伊通河环境进行功能区划分,然后按各功能区不同的控制标准计算了环境容量、污水允许排放量和污染物允许排放浓度,并与整体控制时的相应指标进行比较,最后提出分区控制的优越性和必要性及恢复伊通河水环境质量的减压增容措施,以确保地区的经济建设与环境保护协调发展。