面向水环境改善的城市河网动态水环境容量

为掌握城市河网动态水环境容量变化规律,构建了基于“空-地-水”一体化模型体系的城市河网动态水环境容量计算模型,以粤港澳大湾区惠州市金山湖流域为研究区域,定量核算了2017年金山湖流域COD和TP动态水环境容量。结果表明,模型模拟的流量、COD和TP浓度率定、验证的相对误差均在14.04%以内;2017年,金山湖流域COD和TP水环境容量整体呈先增大后减小的趋势,受降雨影响显著,逐日容量变化范围分别为238.55~3 027.49 kg/d和3.73~58.02 kg/d;枯水期水环境容量较小且与降水量负相关;丰水期的大雨或暴雨时期水环境容量明显提升,中小雨时期COD容量与降水量负相关,TP反之;保障生态基流能明显改善容量不足的问题,全年动态生态流量保障对金山湖流域水质达标率提升效果明显。     

基于环境质量底线的污染物总量控制研究 ——以汉江中上游为例

建立水环境质量底线是提高区域水环境治理能力的重要途径,污染物总量控制是确立水环境质量底线的关键环节。基于动态水环境容量核算技术核算流域水环境容量,依据水环境承载力进行总量分配,确定污染物总量控制目标,并结合主体功能定位探讨差异化的空间管控措施。结果表明:①汉江中下游流域COD和NH_3-N全年水环境容量分别为184 430 t/a和38 250 t/a。②从空间上看,汉江中下游流域各行政区可承载的人口经济总量和水环境容量呈相似分布规律,即下游重点开发区整体高于中游农产品主产区,高于上游重点生态功能区。③结合现状排污量,中游各区(县)水环境容量整体剩余较高而上游较低。④流域上游重点生态功能区丹江口市和重点开发区樊城区、襄州区、襄城区COD需削减的量分别为1 540.3,7 137.6,3 953.5 t/a和7 029.4 t/a,需进一步严守污染物总量控制底线约束;中游老河口市、宜城市、钟祥市和沙洋县等农产品主产区在继续保持农业发展的同时需注意保证生态不恶化;下游天门市、仙桃市等重点开发区的现状污染排放量已接近污染物总量控制限值,应结合环境容量,实行严格的污染物排放总量控制。     

社会经济发展对三峡澎溪河流域氮磷负荷的影响

为了研究社会经济发展对三峡库区澎溪河流域氮和磷负荷过程的影响,基于GIS技术和分布式非点源模型-SWAT,依据2004,2008年和2013年《重庆市统计年鉴》中农村人口数、GDP及城镇化率等社会经济数据,结合流域土地利用演变情况,通过改进SWAT模型管理措施功能,模拟分析了该流域氮和磷负荷过程变化规律。结果表明:径流量、总氮和总磷误差决定系数均在0.6以上,模拟结果可靠;农村地区总氮、总磷年际浓度平均降低了60.6%和50.2%,负荷呈减少趋势;城镇地区总氮、总磷年际浓度平均增加了34.3%和4.4%,负荷呈增加趋势。总氮和总磷负荷变化的原因是大量农村人口进入城市,耕地面积减少;工业发展和城镇化建设加快,城区人口密度增加,城市垃圾增多等。研究成果可以为三峡库区水环境保护和管理提供科学依据。     

流域突发水污染云溯源体系构建与应用

为快速实现流域突发水污染追溯,构建基于云边终协同架构的流域云溯源体系。将云端的全流域二维水动力水质预报结果与终端的水质监测数据进行实时过程对比,实现事故识别。边缘端在事故预警后进行事故区域多污染情景的水质快速模拟,形成基于源-质响应的情景数据库,通过对比分析监测信息和污染情景模拟序列的过程拟合度,确定污染源筛查范围。将该方法应用于长江重庆段突发水污染溯源研究,结果表明:在一定的污染情景下,排污企业A、B对下游监测断面1类污染过程的纳什效率系数分别为0.91和0.87,对2类污染过程的纳什效率系数分别为0.84和0.95,表明企业A、B均为可能的事故源,且造成1类污染过程的源头更可能是企业A,造成2类污染过程的源头更可能是企业B。     

基于非点源污染负荷的流域生态补偿动态计算研究

生态补偿定量化计算是建立流域生态补偿机制的重要内容,也是生态补偿机制实施的关键。目前流域生态补偿的核算大多停留在利用年平均数据的粗略估算上,缺乏更加精细准确的核算过程。通过构建分布式流域非点源模型,考虑水文、水质的精细变化过程,创新性地提出基于流域非点源污染负荷核算方法,结合控制断面超标污染物通量治理成本,可精确到日时间尺度的流域生态补偿精细化动态计算方法。以香溪河流域为实例,对所建的模型进行了应用和验证。结果表明:香溪河流域2015年可获得的生态补偿值较2005年增加1 207.14万元;每实现1 km~2的退耕还林,因非点源污染负荷减少和生态环境改善可获得约2.60万元的生态补偿。     

重庆市农业用水量与农业经济发展脱钩程度的时空变化

在系统分析重庆市不同水文条件下农业用水量及农业经济发展水平变化特征的基础上,对重庆市及其38个县(区)的农业用水量与农业经济发展之间的脱钩程度、时序演变和空间分布规律进行了定量评价和综合分析。结果表明:重庆市水资源总量时空分布不均且与农业经济发展不匹配;农业用水量受到水文条件变化的影响,特枯年份农业用水量无法得到保障,农业生产产值也随之降低;重庆市农业用水量与农业产值总体上一直处于脱钩状态,且脱钩程度随水文特征的变化而变化,由平水年到枯水年时,脱钩状态不稳定,水资源总量减少时,农业用水量与农业产值之间多数处于不理想的脱钩状态;由枯水年到平水年时,农业用水量与农业产值由较为理想的弱脱钩状态向理想的强脱钩状态转化;2014—2016年,随着水资源由平水—偏枯—平水变化,重庆市约72.9%的县(区)农业用水量与农业产值之间的关系得到改善。     

基于WRF模型的澎溪河流域非点源污染预测EI北大核心CSCD

为精准揭示三峡库区澎溪河流域非点源污染的空间异质性特征,基于WRF模型,构建了反映流域3 km×3 km精细格点降水的流域非点源污染模拟预测模型,对澎溪河流域非点源负荷进行模拟预测。结果表明:与由澎溪河流域6个气象站点2009—2012年观测降水资料得到的径流模拟结果相比,基于WRF模型输出降水的径流模拟精度提高了27%,总磷质量浓度模拟精度提高了31%,总氮质量浓度模拟精度提高了36%;采用WRF模型输出降水模拟的年径流量范围为35.28亿~54.04亿m^(3),总磷负荷均值为1 151.35 t/a,总氮负荷均值为11 759.72 t/a;澎溪河流域总磷、总氮非点源负荷较高的子流域单元多呈集聚状分布在河流水系附近,空间异质性明显。     

粤港澳大湾区金山湖流域水质变化规律

针对粤港澳大湾区城市河湖水质变化规律复杂、机制不确定等问题,建立了金山湖流域耦合陆面单元、河网、湖泊等不同尺度的“空-地-水”一体化模型,模拟了2017年水量、COD质量浓度和TP质量浓度的变化规律,3个指标的相对误差均在15%以内。模型模拟结果表明,金山湖流域内水质超标严重,枯水期相对丰水期水质较差,典型枯水月12月湖区逐日劣Ⅴ类面积占比大于9666%;年内中小雨共出现31次,在中小雨后的1~3d易出现水质下降现象;大雨共出现8次,在大雨后水质得到改善;金山湖流域水质指标浓度与耕地、农村居民点面积呈显著正相关关系,与林地面积呈显著负相关,人类活动强的区域水质相对较差。