非点源污染负荷模型的研究进展

基于国内外非点源负荷污染模型的研究现状,针对农业、城市和混合三种类型非点源模型,总结并梳理了主要模型的适用条件,并对非点源模型的发展趋势进行了展望。     

非点源污染模型研究

描述了土壤侵蚀的物理过程,分析了影响土壤侵蚀过程的主要因素,提出包括降雨径流模型、土壤侵蚀模型和畜禽污染模型的非点源污染模拟模型(NPSP),并介绍了该模型在爱尔兰Dodder流域的应用.     

地表水非点源污染负荷计算方法探讨

以多年河流统计监测资料为基础,运用两点法,考虑非点源影响,逆推计算,求得地表水非点源污染负荷。以吉林省为例,分析了吉林省4大水系15条河流65个监测断面2000~2004年统计资料,运用两点法确定吉林省主要河流COD衰减系数(K),逆推计算得到吉林省非点源污染负荷为1443.711m3/s,其中松花江水系802.93m3/s,图们江水系108.369m3/s,辽河水系372.392m3/s,浑江、鸭绿江水系160.02m3/s。非点源污染负荷是点源污染负荷的57.14倍,成为吉林省地表水环境主要污染源。     

中国非点源污染负荷计算研究现状与存在问题

非点源污染负荷计算对水污染总量控制具有重要意义,为分析中国非点源污染负荷计算研究的现状与问题,在系统调研相关文献的基础上,将中国常用的非点源污染负荷计算方法总结为三大类:输出系数模型、实证模型和机理模型,阐述了各种模型的特点及其在中国的研究和应用情况;从非点源污染的界定、产污量和排污量的区别、国内和国外非点源污染产生环境的差异以及平原河网地区非点源污染负荷的计算4个方面分析了中国非点源污染负荷计算研究存在的主要问题;认为模型和计算方法适应研究区的环境特征是研究工作取得成功的关键,今后要加强实证研究、理论研究与模型开发的结合,逐步建立适应中国环境特点的非点源污染负荷计算方法体系。     

太湖流域某地区浅层地下水有机污染特征

对太湖流域某地区浅层地下水有机污染特征进行了总结,并就污染来源、污染途径和典型污染源附近浅层地下水有机污染特征等问题进行了研究。研究结果表明,该地区浅层地下水中各组分的检出率较高,但检出浓度较低,除苯在个别采样点处超出美国环保局(EPA)饮用水标准外,其余卤代烃和单环芳烃组分均没有超标;平面分布上,卤代烃和单环芳烃各组分的浓度高值点大都集中于该地区东南部的工业区内,这种空间分布特征与工业区的分布具有明显的一致性;垂向上有浅部地下水的污染程度相对较重、深部地下水较轻的特点;典型污染源周边浅层地下水的污染程度较重,但随着采样点远离污染源,地下水中各有机污染组分的浓度迅速衰减。     

颗粒态氮磷负荷模型研究

为研究妫水河流域的颗粒态氮磷非点源污染来源,以控制非点源污染,在官厅水库周围进行了野外人工降雨试验。试验数据表明,氮磷输移率与产沙率具有很好的相关性,颗粒态氮、磷的平均相关系数分别为0.9594和0.9772。建立了新的颗粒态氮磷负荷模型,其中富集系数等于泥沙中总氮总磷百分含量与土壤中百分含量之比。根据妫水河流域的土壤图、土地利用图及数字高程模型,应用新的模型研究了妫水河流域颗粒态氮磷污染负荷的空间分布。结果表明,颗粒态氮磷主要来自地表植被覆盖差的丘陵和山地。     

太湖流域长兴县浅层地下水氮污染特征及影响因素研究

对太湖流域长兴县浅层地下水的氮污染进行了系统的调查与研究,共取地下水样43个并测定了其三氮含量.结果表明氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的超标率分别为13.95％、16.27％和16.27％.三氮污染最严重的地区主要为农业活动集中区,即夹浦镇、小浦镇、洪桥镇和虹星桥镇等,其中虹星桥镇硝酸盐污染最为严重,高达22mg/L.采用地质统计学方法对太湖流域长兴县43个浅层地下水样“三氮”含量进行了区域空间变异分析,结果表明长兴县地下水NO3-N和NO2-N浓度变异函数满足球状模型,而NH3-N浓度变异函数为高斯模型,硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮浓度的空间自相关距离分别为9.98、1.51和3.82kmn.对硝酸盐污染因素进行了分析,结果表明:硝酸盐浓度与氮肥使用量呈明显正相关关系,年平均施肥量(以N计)为300kg/ha地区平均硝酸盐氮浓度达6.7mg/L,年平均施肥量(以N计)为100kg/ha地区平均硝酸盐氮浓度为2.2mg/L;地下水硝酸盐与地下水位埋深有直接关系,埋深较浅(1～3m)地区的硝酸盐浓度较高;当土地利用类型相同时,硝酸盐氮浓度与人口密度具有线性正相关关系.     

渭河干流典型断面非点源污染监测与负荷估算

渭河水质在较大程度上受非点源污染的影响,因此,有必要对其负荷和比重进行研究。2009年至2010年,对渭河干流关中段咸阳和临潼断面进行了洪水期和非洪水期水质水量同步监测。根据监测结果及水文站实测流量资料,分别采用改进的水文分割法和平均浓度法对两断面的非点源污染负荷进行了计算,分析了非点源污染的特点。结果表明:渭河干流关中段主要污染物为COD、NH₃-N和TN,两断面洪水期间各指标的平均浓度基本都小于平时的平均浓度;各指标非洪水期浓度变化总体上小于洪水期浓度变化幅度,量级较大的洪水水质变化幅度相对较小;改进的水文分割法和已被检验并被广泛采用的平均浓度法计算结果符合良好。2009年(枯水年,P=68%)渭河咸阳和临潼站各指标非点源污染所占比例基本在20%～30%左右;2009年渭河干流咸阳-临潼河段污染以点源污染为主,构成比例在80%以上。对比2006年(枯水年,P=69%),2009年临潼站COD、NH₃-N和TN年点源负荷分别减少11937t、791t和29t,渭河点源治理取得一定成效;此外,临潼站这两年的污染构成比例基本相同。非点源污染在渭河水污染中占较大比重,其对渭河水质的影响不容忽视。     

多模型方法在非点源污染负荷中的应用展望

对非点源污染进行定量化和有效控制的方法是通过非点源污染负荷模型对各类非点源的形成、迁移转化以及负荷量进行模拟。然而,流域非点源污染模型的不确定性是单一模型模拟污染负荷面临的重大挑战。借鉴多模型方法在降低水文模型不确定性方面的优越性,通过分析水文模型与非点源污染模型的相通性,提出多模型方法在非点源污染负荷中应用的基本思路并分析了多模型方法在非点源污染负荷估算中面临的挑战,总结了多模型方法在非点源污染负荷应用中的重点和难点问题。     

黄河干流潼关断面非点源污染负荷估算

基于平均浓度法原理,根据黄河中游降雨径流特点,将年内过程分为汛期和非汛期两个阶段,同时将高含沙水流中的污染负荷分为水体中的溶解态污染负荷、泥沙吸附态负荷两部分,提出了多沙河流非点源污染负荷估算模型;根据黄河干流潼关断面1950-2006年实测水沙资料,结合水体、泥沙污染物浓度测定试验,分别计算了潼关断面2006年以及丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)3种不同代表年型下的非点源污染负荷.结果表明:黄河干流潼关断面年污染负荷以汛期为主,汛期污染负荷以非点源为主;非点源污染负荷中,硝酸盐氮、氨氮以溶解态为主,总磷以吸附态为主;潼关断面非点源污染负荷占全年负荷比例:丰水年时,硝酸盐氮占63.09%,氨氮占61.32%,总氮占87.17%、总磷占89.83%;枯水年时,硝酸盐氮占26.92%,氨氮占24.62%,总氮占67.60%、总磷占71.73%.2006年,硝酸盐氮、氨氮、总氮和总磷非点源污染负荷占全年比例依次为:17%、14%、15%和41%.     

太湖流域设计暴雨修订

太湖流域属平原河网地区,河网密布、水流流向往复不定,不存在流域出口控制断面,太湖流域设计洪水一般根据设计暴雨采用流域产汇流模型间接推求。因此,设计暴雨成果将直接影响流域防洪规划、工程设计、风险图编制等多项工作,其可靠性关系到流域的防洪安全,是一项十分重要的基础工作。开展了太湖流域设计暴雨修订计算,与太湖流域防洪规划设计暴雨成果对比分析,并针对设计暴雨过程推求采用的不同空间分配方法,进行成果的合理性评估。     

厄尔尼诺事件对太湖流域降水的影响

为了揭示1951~2016年厄尔尼诺事件影响下太湖流域夏季(6~8月)降水特征,分析了厄尔尼诺事件开始年与结束年的降水状况。结果表明:太湖流域降雨与厄尔尼诺事件存在一定的关系:(1)弱强度厄尔尼诺事件起始年的6月与6~8月、结束年的6月与7月降水均以正常、大旱与极旱为主;中等强度厄尔尼诺事件起始年的6月与6~8月以正常与大涝为主,结束年同时段以正常、偏旱与大旱为主;(超)强厄尔尼诺事件起始年6月以正常或大旱为主,8月以正常或大涝为主,结束年刚好相反。(2)(超)强厄尔尼诺起始年的夏季,西太平洋副热带高压面积偏小,位置偏东,而结束年的夏季,西伸脊点加强西伸,利于太湖流域降雨偏多。(3)(超)强厄尔尼诺起始年的全年编号台风以偏少为主,登陆台风正常略偏少,但事件的起始年夏季6~8月编号台风却以偏多为主,结束年秋季9~11月登陆台风以偏多为主;结束年6月降雨偏多,登陆台风向秋季集中,易造成流域持续洪涝,对防洪产生不利影响。     

影响太湖流域的台风演变规律分析

基于台风发源地、运动路径,以及对太湖流域影响范围、降雨量等特征的分析,提出影响太湖流域台风的刻画标准。据此从1949～2010年的台风资料中遴选出230场影响太湖流域的台风。采用非参数统计、累积距平曲线及Morlet连续小波分析等方法,剖析影响太湖流域台风的频次、年内最早及最晚影响时间等参数的趋势、突变和周期性,并分析了台风与ENSO现象的关系。结果表明:影响太湖流域台风的频次和最早影响时间变化的趋势性不显著,而最晚影响时间则有显著推后的趋势;台风频次的变化呈现"少-多-少-多"波动时演变特性,并可能存在21～22a、6～8a的振荡周期;研究对太湖流域防洪减灾具有一定的指导意义。     

99洪水和对进一步治理太湖的探讨

1999年太湖流域发生了特大洪水,太湖最高洪水位达5.08m,创历史新高.文中分析了1999年洪水的雨情、水情及其特点.阐述了已建治理太湖工程的防洪作用和减灾效益,并对太湖流域的进一步治理作了探讨.     

太湖流域1991年洪涝及今后治理措施

1991年太湖流域发生了自1954年以来最严重的洪涝,湖西及流域北部的降雨强度以及太湖最高水位均高于1954年,给苏锡常地区带来了严重的损失.阐述了1991年降雨和洪水的特征,分析了产生洪涝灾害的原因,并对今后的治理措施进行了探讨.     

太湖流域北部地下水化学特征及成因分析

为研究太湖流域北部地下水的化学特征及成因,以水文地质研究为基础,综合利用数理统计、Piper三线图和离子比等方法,对不同含水层地下水的化学特征和控制因素进行分析。结果表明:研究区潜水的水化学类型较多,总体以Ca·Na-HCO3型和Ca·Na-HCO3·SO4型为主;承压水的水化学类型较简单,阴离子以HCO3型为主,阳离子以Ca、Ca·Na、Na为主;地下水主要受矿物风化-溶滤作用影响,其中含钠硅酸盐岩溶解对地下水化学特征影响较大;潜水受人类活动影响,工矿活动的影响大于农业、生活污水的影响;承压水中发生了阳离子交换,使Ca2+和Mg2+浓度降低而Na+浓度增高;潜水与承压水的离子特征在垂向上具有明显的分层性。     

流域非点源磷素输出负荷估算方法研究

目前水质常规监测频率较低,难以客观反映流域非点源污染物浓度随降雨径流过程的变化情况,结果会低估了流域非点源污染物的输出负荷。本文利用流域次降雨过程的连续水质水量同步监测资料,研究分析次降雨过程与流域非点源磷素输出负荷之间的因果关系,并建立次降雨总量与磷素输出负荷的定量相关关系。研究结果表明,流域次降雨总量与非点源磷素输出负荷之间存在较好的相关关系。通过这种定量关系,以流域次降雨总量为输入,可以更为合理地估算出流域非点源磷素输出负荷。     

太湖流域梅雨时空演变规律研究

了解和掌握太湖流域梅雨特性,对预测未来流域水文水资源情势变化,制订流域水资源利用和防洪决策等具有重要意义。本文根据1954~2009年共56年的梅雨特征量资料,采用经验正交函数分解(EOF)、非参数统计方法和Morlet连续小波等方法全面分析了太湖流域梅雨空间分布、长期变化趋势、丰枯变异和周期振荡等时空演变特征。研究结果表明:56年来,太湖流域梅雨主要有两种分布型态,梅雨特征量中,梅期长度与梅雨空间差异度具有显著增长的趋势,出梅日期、梅雨期长度、梅雨量、梅雨强度和梅雨集中度均在20世纪60年代末期具有明显的突变特征,太湖流域梅雨量在经历了5个阶段的丰枯变化之后,预计在2010年之后将进入偏丰期。     

太湖流域水文设计成果修订研究

延长降雨系列至2010年,在2010年太湖流域土地利用条件下,对太湖流域防洪规划、水资源综合规划等水文设计成果进行了复核分析。分析结果表明:太湖流域不同时段设计暴雨和设计洪量与防洪规划成果基本一致,个别水利分区受土地利用变化大等因素影响,设计洪量变化相对较大;太湖流域不同降水保证率年雨量与水资源综合规划成果基本一致,设计年径流量及多年平均径流量同样受土地利用变化等因素影响略有增加。总体而言,本次复核修订的水文设计成果不会对原规划成果造成较大影响。     

地区线性矩法在太湖流域暴雨频率分析中的应用

介绍了基于水文气象途径的地区线性矩法的概念,通过基于次序统计量的线性矩进行参数估计与基于水文气象一致区的地区分析法相结合,以太湖流域1d时段的年极值降雨资料为例,进行暴雨频率分析。应用水文气象一致区的判别准则,将太湖流域划分为8个水文气象一致区;综合考虑三种拟合优度检测方法,选择1~8区的最优分布线型分别为:GEV、GLO、GEV、GEV、GNO、GNO、GEV、GNO;根据地区分析法原理,估算各雨量站的暴雨频率设计值。分析表明:太湖流域各重现期下的年极值降雨空间分布形态基本一致,西南山区是太湖流域的暴雨高风险区,应该在地区防洪规划中引起重视。结果表明:地区线性矩法具有很高的学术和实用价值,建议在全国范围内推广,作为防洪规划的顶层设计和基础工作,以满足工程防洪设计、地区防洪规划、山洪预警和城市防涝防洪规划等方面的需求。