多源水联合调度重构滇池流域健康水循环模式

河湖生态用水被挤占并严重短缺是滇池水污染严重和恶化趋势难以遏制的根本原因之一.在对滇池流域"自然人工"二元水循环结构剖析的基础上,结合滇池治理"六大工程"实施现状及存在问题,以水资源的高效配置和循环利用为核心,提出了重构滇池流域健康水循环的总体框架.在水资源模拟系统MIKE BASIN平台上,通过水力联系将环湖截污、外流域调水与节水、入湖河道整治、农业农村面源治理、生态修复、生态清淤等整合为一个有机整体,以恢复流域自然水系循环为目标,将外流域引调水与本区水库水、滇池水、地下水、城市再生水等多源水资源进行水量和水质统一配置,得到滇池流域水资源总体配置方案.结果表明:在牛栏江向滇池年均补水5.72亿m3的前提下,昆明城市尾水可以全部直接外排至下游作为工业用水,削减滇池入湖污染负荷,从而加速滇池生态环境修复的进程.     

滇池流域水污染特征(1988-2014年)及防治对策

为明确滇池流域水污染特征并提出有针对性的污染控制对策,对流域污染变化规律及其组成和空间分布特征进行分析.研究表明,近二三十年,滇池流域点源污染负荷的产生量和削减量显著增加,入湖量有所削减;城市面源入湖量随建成区面积的扩张而持续上升;农业面源入湖量在1990s出现峰值,随后下降.目前,滇池流域化学需氧量主要来源于城市面源;总氮主要来自污水处理厂尾水;总磷主要来自农业面源和未收集的点源;各控制单元入湖污染负荷已基本演变为以未收集的点源和城市面源为主.针对流域目前存在的问题,应继续坚持点源污染治理,高度重视城市面源污染治理,加强农业面源治理,进一步完善流域截污治污体系,为滇池水质改善创造条件.     

滇池流域近20年社会经济发展对水环境的影响

滇池是我国著名的高原淡水湖泊,滇池流域是云南省社会经济发展最为活跃的区域.通过对1988-2009年流域社会经济发展和水环境变化情况进行系统调查,分析流域水环境问题的主要影响因素,并在此基础上进行趋势分析.结果表明,近20年来滇池流域人口数量年均增长3.3%,GDP年均增长18%,城市化率提高了17%;伴随着社会经济的快速发展,流域用水总量及污染物排放总量持续增加,由此导致流域主要河流水体水质恶化趋势明显,Ⅴ类水质河流占比增长了近4倍,滇池草海、外海水体水质恶化为劣Ⅴ类,水体水质恶化及湖泊富营养化已成为滇池面临的重要水环境问题,且短期内难以有大的改变.最后从产业结构优化、污水处理系统建设、污水再生利用、农村环境保护、生态补偿机制等方面探讨了解决目前滇池流域水环境问题的主要措施及建议.     

1988-2018年滇池氮磷比的时空演变特征与原因解析

氮、磷浓度是制约湖泊营养状态和生产力水平的重要环境因子,而氮磷化学计量比是湖泊生态系统的主要指标,因此,判识氮磷比变化趋势及其驱动力对湖泊生态恢复具有重要意义.研究基于19882018年连续观测数据,分析了滇池氮磷浓度和氮磷摩尔比(简称氮磷比)的时空分布演变特征;采用多元线性回归模型分别对滇池草海和外海氮磷比驱动效应进行定量解析,筛选出影响湖体氮磷比变化的潜在驱动因子.结果表明:①19882018年滇池氮磷比呈现显著的线性上升趋势,其中草海和外海氮磷比分别上升1.3和0.7 a^-1.②草海和外海分别在2008年和2004年发生了氮磷比上升突变,突变前上升归因于总氮浓度快速增加,突变后则是由于总磷浓度下降较快.③滇池的氮磷浓度变化主要是受流域氮磷输入负荷、跨流域调水、流域氮磷削减、风速和水位的综合影响,但受控因子在不同区域可能存在差异.④气温是滇池氮磷比变化的主要驱动因子,流域人为氮磷输入差异是滇池氮磷比变化的次要驱动因子.     

滇池流域水生态功能一二级分区研究

水生态功能分区是流域水资源管理、水环境保护、水生态恢复的基础,尤其是与人类活动紧密相连而又矛盾重重的湖泊流域,其水生态功能分区是实现流域可持续发展的必要条件,而如何科学合理地对湖泊流域进行水生态功能分区,成为流域综合管理过程中亟需解决的问题.以滇池流域为例,立足于滇池流域水生态系统存在的问题,确定了流域一、二级水生态功能区的主导功能;以水文完整性为基础,分别针对一、二级分区划分子流域单元;以生态功能区划的生态系统服务功能、尺度效应、地域分异规律等相关理论为基础,识别影响滇池流域水生态功能的关键因子,构建滇池流域一、二级水生态功能区的指标体系;对多指标进行空间叠加聚类,并根据滇池流域的水量水质特征对分区边界进行微调,将滇池流域划分为5个一级区和10个二级区;同时采用着生藻、水丝蚓的生物密度对分区结果进行合理性评价;在此基础上,对水生态功能分区存在的问题进行探讨.     

滇池流域点源污染控制与存在问题解析

滇池是我国著名的高原淡水湖泊,是国家"三河三湖"治理重点之一.对2007年滇池流域点源污染现状和近20年变化趋势进行了分析,并在此基础上解析了滇池流域点源污染存在问题.结果表明,2007年滇池流域点污染源COD.TN和TP产生量分别为55913t、11222t和1008t,生活污水为主要的点污染源,COD、TN、TP所占比例分别达89%、96%、98%;1988-2007年,流域点源污染负荷产生量持续增长,但由于1991年以来污水处理能力的大幅度提升,其后点源污染负荷总体上呈现下降的趋势,尤以COD和TP下降趋势最为明显,TN保持波动状态.滇池点源污染存在四方面问题,一是未来城市的扩张和人口的持续增长,势必给滇池水环境带来巨大压力;二是老城区合流制排水系统无法改变、新城区雨污管网混接、部分污水处理厂河道取水,导致雨季合流污水溢流污染问题长期存在;三是局部区域污水产生量与污水处理厂处理能力不匹配,且污水处理厂雨季处理能力不足;四是点源污染末端处理已不能满足滇池保护的要求,亟待加大污染全过程控制.     

应用底栖动物完整性指数评价滇池流域入湖河流生态系统健康

采用底栖动物完整性指数(B-IBI)评价滇池流域入湖河流健康状况.根据滇池流域38个样点(9个参照点,29个干扰点)于2009年丰水期和2010年平水期采得的大型底栖动物数据,对19个生物参数进行分布范围、Spearman相关性和判别能力分析,确定构成滇池流域底栖动物生物完整性的指数为甲壳动物+软体动物分类单元数、集食者%、捕食者%和耐污类群%.用比值法统一量纲,计算各个生物参数的值,并将所得的值相加即得到B-IBI指数值.根据B-IBI指数值的25%分位数确定健康等级标准,并对小于25%分位数的值进行四等分,即得到滇池流域底栖动物完整性的评价标准,B-IBI>1.62为健康,1.03～1.62为亚健康,0.31～1.03为一般,0.10～0.31为较差,<0.10为极差.评价结果表明,滇池流域的38个样点中,16个为健康,5个为亚健康,6个为一般,6个为较差,5个为极差.B-IBI值与硝态氮和水温有较大的负相关关系,与其他理化因子相关性不明显.     

滇池水环境综合治理成效与存在问题

湖泊治理是一个世界性难题,也是当前我国亟待解决的重大问题,滇池治理是当今我国湖泊治理的典型.为总结滇池治理成效并系统分析滇池水环境综合治理存在的问题,对滇池1987—2013年的治理历程及治理措施进行了回顾.结果表明:滇池治理的阶段性与水质变化具有一定的对应性,1988—1995年为治理的启动阶段,1987—2000年滇池水质迅速恶化;1996—2005年为全面治理阶段,2001—2009年滇池水质缓慢改善;2006—2013年为治理的提速阶段,2010—2013年草海水质迅速改善,外海水质波动性变化;目前滇池水质恶化的趋势已基本得到遏制,但仍存在流域社会经济过度发展、水资源匮乏、管理体制不完善等问题,应加快实施污水处理设施和管网建设,不断提高城市污水收集处理率;强化流域水体置换,实现滇池健康水循环;进一步完善流域水环境管理体制与部门协作机制,实施全域性的综合治理.     

SD模型在洱海流域营养物削减策略研究中的应用

针对洱海富营养化问题,本文在深入分析洱海流域营养物输运转移特征的基础上,应用VENSIM-DSS构建了洱海流域的社会、经济、技术、环境SD耦合模型.模型由7个子系统组成,确定了一套适用于洱海流域的耦合模型特征参数.对入湖TN、TP进行追根溯源,模拟结果表明洱海流域入湖TN主要来源于种植业子系统、畜牧业子系统、生活污水子系统和干湿沉降子系统,以上4大子系统占入湖TN的88%;入湖TP主要来源于种植业子系统、畜牧业子系统、生活污水子系统和水土流失子系统,以上4大子系统占入湖TP的89%.以此为基础通过设置4种不同的营养物削减情景,模拟未来10年入湖TN、TP的变化,并通过构建的政策评价子系统和DILLON模型定量评价不同削减方案的可行性,提出最优洱海流域营养物削减方案.     

城市富营养化湖泊生态恢复--南京莫愁湖物理生态工程试验

在分析了太湖及其流域所面临的水环境质量问题及其原因基础上,回顾总结了“十五”太湖水环境治理经验,认为源头控制需要长期不懈的努力,太湖流域的湖泊治理要针对太湖平原河网与湖荡水系特色,要重视太湖东部草型湖区生态环境恶化的严重性,必须加强生态修复单项技术间的效应优化和有效集成．根据太湖流域的社会经济发展规划,提出了太湖流域水污染控制技术与水体生态修复工程示范的总体思路是:从污染源头到湖泊出口,依次通过污染源控制、河道截污、湖荡调节、河口净化、湖泊生态修复、出湖疏导等多道防线,有效促使太湖水环境向良性方向转化．在此基础上提出了具体实施建议:全流域污染源削减和太湖水源地典型水域生态修复技术集成与工程示范,同时进行全流域水环境治理强化管理政策与决策支持技术的研究与示范．     

城市场次降雨径流污染负荷快速估算方法

城市降雨径流污染是城市水质恶化的重要原因之一,定量计算城市降雨径流污染负荷,是实施城市水环境污染总量控制管理的基础和关键,可为城市水环境治理和污染控制提供科学依据.本文以污染物累积冲刷理论为基础,提出了“特征面积”的概念和计算公式,建立了场次降雨径流污染负荷数学模型,并结合案例,对数学模型在有效性、预测精度、适用性和局限性等方面进行评价.结果表明,特征面积较好地反映了污染物在各类土地上的污染负荷特性,场次降雨径流污染负荷与特征面积和降雨量的乘积呈正比.利用3场及以上降雨径流污染负荷结果,可较好地率定模型,从而可快速且较准确地估算单场次降雨径流污染负荷.该方法简单实用,获取数据工作量小,适用地区广.对于小降雨事件,建议采用降雨量相近的观测结果对模型进行率定,以提高模型的预测精度.     

基于SWAT模型的典型农业小流域氮污染时空分布特征及关键源解析

水资源恶化、水体富营养化严重威胁生态环境健康,农业活动所产生的氮是造成水污染的主要原因之一.本研究以句容水库农业流域为研究对象,基于实地监测数据验证了SWAT模型模拟当地氮污染的适用性,并分析了氮素负荷的时空分布特征及其关键源.结果 表明:硝态氮(NO3-N)和总氮(TN)的年均入库量分别为9.98和27.22 t.时...     

太湖地区西苕溪流域营养盐污染负荷结构分析

污染负荷研究是实施污染物总量控制、保护水质的基础,由于非点源污染一直是水环境研究的一个难题,致使河流污染负荷估算缺乏合理的估算方法.本项研究针对太湖的富营养化问题,选取太湖上游西苕溪流域,采用GIS的流域分析方法,选取单一土地利用类型的小流域,分析流域土地类型与径流量及流域出口浓度的统计关系,获取不同土地利用类型营养盐污染的产出率,合理估算了西苕溪流域的非点源营养盐污染负荷,并根据西苕溪流域社会经济统计数据及已有的污染产出率研究成果,估算了西苕溪的点源营养盐污染负荷,在此基础上估算了西苕溪流域的营养盐污染总负荷量,分析了不同污染源在总负荷量的比例.最后通过比较估算的总负荷量与实测负荷量,计算了西苕溪流域河网体系对营养盐的降解能力.研究得出, 林地产出径流浓度总氮0.715mg/L、总磷0.039mg/L,耕地产出径流浓度总氮为2.092mg/L, 总磷0.166mg/L,西苕溪流域总氮负荷量为3143.43t/a,非点源污染负荷量为1589.52t/a;总磷负荷量为226.32t/a,非点源为108.36t/a,西苕溪流域河网体系对总氮、总磷的年降解率分别为 35.39%、21.48%.     

洱海主要污染物允许排放总量的控制分配

基于环境流体动力学模型EFDC(Environmental Fluid Dynamic Code),建立了洱海湖泊及湖湾的三维水动力水质模型.利用洱海2001 2011年连续11年的水动力水质监测数据对模型进行了率定和验证,模拟结果与实测资料吻合度较好,表明水动力水质模型计算结果较为合理.在考虑水质环境背景浓度的前提下,通过水质模型量化各个入湖排污口对水质控制点的贡献率,并对各水质控制点和入湖排污口的浓度进行约束限制,最终利用单纯形法求解得到各入湖排污口的允许排污量.计算结果表明,北区三条河流弥苴河、永安江、罗时江本身流量相对较大,所以允许排放总量也较大,总氮、总磷和COD_Mn的允许排放总量分别占到整个洱海允许排放量的47%、53%和49%.洱海主要污染物允许排放总量的控制分配研究对于洱海流域的环境综合整治具有十分重要的意义.     

滆湖氮、磷平衡研究

通过１９９２￣１９９３年千岛湖水质、底质、生物和污染源调查,对其水环境质量和污染物输入作了综合评价。结果表明,千岛湖水质状况良好;但局部水域水质污染逐年加重,湖泊已属中营养状态。非点源输入量占入湖污染总量的９５％,其中５０％来自上游安徽来水。建立了对流扩散模型并进行水质预测,提出了千岛湖水环境保护对策。     

NUTRIENT LOAD ESTIMATION METHODS FOR RIVERS

Pollutant load estimation is essential for watershed management and water pollution control. For most watersheds, only sparse water quality measurements (e.g. monthly data) are available. The influence of input data on the accuracy of non-point source pollution load estimation is studied using the water quality and stream flow data from a small watershed in Hong Kong. Comparison and analysis of the results using 8 different methods show that the accuracy of stream-flow runoff is the single most important factor for the calculation of pollutant load. Based on the results, the stream flow correction coefficient is advanced to provide a more reliable load estimation. The improved method of pollutant load estimation can be easily applied in practice since the stream-flow runoff can be measured by hydrological station or estimated with various hydrological methods.     

稻虾轮作模式面源污染排放特征及其能值评估

为探明稻虾轮作模式面源污染排放特征并合理评价该模式的环境可持续性,通过对江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中总氮(TN)、总磷(TP)、COD和氨氮(NH₃-N)浓度进行监测,对稻虾轮作模式稻田养殖小龙虾的排污系数进行了估算,并采用等标污染负荷法进行了主要污染物解析。运用能值分析方法对稻虾轮作模式进行了包含面源污染的能值评估,对比单季稻模式,对其可持续发展能力进行了定量评价。结果表明：江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH₃-N的浓度范围分别为0.53～5.36、0.12～0.70、6.60～78.39和0.34～1.75 mg/L,TN、TP和COD平均排放浓度高于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质标准。等标污染负荷法分析结果表明TN的等标负荷比最高,是稻虾轮作模式面源污染控制的关键污染物。稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH₃-N的排污系数分别为2.994、0.458、35.132和1.405 kg/t,表明稻虾轮作模式面源污染排放系数较低,对...     

基于四维变分同化法的巢湖流域南淝河水质模拟

针对河流模拟中未知不确定性源对模拟精度的影响,以巢湖流域南淝河为研究对象,建立了基于四维变分同化方法的南淝河干流水质模型,研究了含未知污染源的南淝河水质过程模拟.模型以未知污染负荷的动态变化过程为控制变量,通过同化沿河不同断面的逐日水质监测数据,识别不同河段的逐日入河污染负荷过程来实现水质过程的模拟,改变了常规模型模拟需提前预知并输入污染负荷的应用前提.模拟结果表明,采用四维变分同化方法的水质模拟结果有明显改进,重点河段水质模拟的纳什效率系数从小于0提高到0.5以上.识别的入河污染过程与降雨过程波动总体一致,证实南淝河的入河污染与降雨过程密切;同时,模型也可识别异常的入河负荷,提高模型对水环境问题的诊断分析能力.该方法可推广应用于复杂河流系统,为巢湖等流域污染来源定量解析、水质预测预警及污染管控提供支持.     

Improving optimization efficiency for the total pollutant load allocation in large two-dimensional water areas: Bohai Sea (China) case study

The total pollutant load allocation (TPLA) can be transformed into an optimization problem with regards to water quality constraints. The optimization calculation may become very time consuming when the number of water quality constraint equations is great. A Trial and Error Method (TEM) to remove the redundant points was first introduced through iterative calculations under structure and non-structure model grids. The TEM was applied for the TPLA in the Bohai Sea in China. The calculation time was reduced to about 2 min under the condition that 103,433 model grids met the water quality standards. In the best case, the optimization efficiency was improved by 98.9%. The allocation results showed that approximately 90% of total nitrogen (TN) load should be reduced in the 56 pollution sources around the Bohai Sea; of these values, roughly 85% of the reduction could come from 10 pollution sources.     

Non‐point source pollution modelling using Soil and Water Assessment Tool and its parameter sensitivity analysis in Xin'anjiang catchment,China

Non‐point source pollution is a key issue in integrated river basin management around the world and has resulted in water contamination, aquatic ecology deterioration and eutrophication. Xin'anjiang catchment is the key drinking water source area for Hangzhou City, China. A promising model (Soil and Water Assessment Tool) was applied to assess the non‐point source pollution and its effect on drinking water. Sensitivity analysis of model parameters was carried out using the Sequential Uncertainty Domain Parameter Fitting 2 sensitivity technique. Water discharge, sediment, total nitrogen and total phosphorus load processes from 2000 to 2010 were simulated, and the spatial distributions of non‐point source pollutants were evaluated at the catchment and administrative country levels. The results show that the hydrological parameters of the Soil and Water Assessment Tool were dominantly sensitive for non‐point source pollution simulation, including CN2, RCHRG_DP, ALPHA_BF, SOL_AWC, ESCO and SOL_K and the characteristic parameters of sub‐basins (viz. HRU_SLP and SLSUBBSN). Also, water quality parameters (viz. CH_EROD, NPERCO, RSDCO and PPERCO, PHOSKD, etc.) have a significant effect on nutrients. The model performance was very satisfactory, especially for runoff, sediment and total phosphorus simulation. The non‐point source pollutant load increased from 2001 to 2010 in the whole catchment. Total nitrogen load increased from 3428 tons (0.59 ton km^?2) to 7315 tons (1.25 ton km^?2), and total phosphorus load increased from 299 tons (0.05 ton km^?2) to 867 tons (0.15 ton km^?2). The contribution of rice land was the largest, accounting for nearly 95%, followed by tea garden (3.56%), winter wheat (1.37%), forest (0.07%) and grassland (0.02%). Moreover, She County and Xiuning County contributed more than half of the non‐point source pollutants. This study was expected to provide a method and reference for non‐point source pollution quantification and to support water quality management implementation in China. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.