动态纳污能力计算方法与应用研究

通过环境水槽实验获取了COD和NH3-N衰减系数与流速效应之间的定量关系式,建立了反应污染物衰减与流速动态变化的二维水流水质数学模型。以广东省飞来峡水利枢纽库区为例,利用二维水流水质数学模型和常规的完全混合模型对库区COD和NH3-N纳污能力进行了计算。结果表明:前者计算的纳污能力大于后者,其计算出的主流区纳污能力为库湾区的8.4倍左右。分析认为二维水流水质数学模型计算结果更符合实际。     

北支咸潮倒灌对东风西沙水库取水水质的影响

根据东风西沙水库取水口水域枯水期、平水期以及北支河道丰水期、枯水期的水质监测资料,采用水质监测分析与模型计算相结合的方法,系统分析北支咸潮倒灌对崇明岛东风西沙水库取水口水质的影响。结果表明:徐六泾取水口水域的水质明显好于北支,即使在特枯年的枯水期,北支咸潮倒灌进入取水口水域产生的污染物质量浓度最大增量不高于0.22 mg/L。DO、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、FN、油类、Hg 9个项目中,除TP由Ⅲ类降低为Ⅳ类外,其他指标类别基本不变,均优于Ⅲ类。     

南水北调东线二期(黄河以北)水质风险分析及对策建议

对南水北调东线二期黄河以北输水可能产生的水质风险进行了分析,对输水干线主要节点不同输水规模下的COD、NH3-N和TP浓度进行了预测,经计算两种情景下各指标均达到Ⅲ类水目标。预测了南运河排污口不封堵和四女寺闸坝出现问题对水质的影响,分析了调水对缓解白洋淀湖库富营养化的积极作用,从排放口截污改排、突发水质污染及洪水风险防范、白洋淀综合整治方面提出了应对措施。     

基于神经网络的宽浅型湖泊水质反演研究

城市浅型湖泊治理是城市生态文明建设的重要组成部分。通过对黄石磁湖的IKONOS遥感影像进行预处理,建立了水质参数与卫星波段的多元线性回归模型、BP神经网络模型和RBF神经网络模型。通过比较不同模型的结果,运用可靠模型对整个湖体的COD、NH3-N、TN、TP指标进行反演。结果表明,神经网络模型对于磁湖水质指标的反演结果显著优于多元线性回归模型,其中BP神经网络模型对NH3-N、TP的模拟效果好,RBF神经网络模型对COD、TN的模拟效果较好。     

苏州市古城区河道水质时空变化分析与评价

以苏州市古城区河道水质为研究对象,对2013年城区河道17个监测断面的DO、TP、NH3-N、CODMn监测数据进行分析与评价,探究其水质时空变化特征,利用综合水质标识指数法对河道水质进行综合评价。结果表明,苏州古城区河道水质主要污染指标为TP和NH3-N,而CODMn为Ⅲ类水质,基本无超标。城区河道水质时空变化明显,时间上DO浓度季节性变化明显,而TP和NH3-N浓度下降明显,综合水质标识指数的变化表明城区河道水质在逐月好转,与5月份实施的自流活水工程密切相关,而雨季水质的偏差与降水径流污染密切相关;空间上污染程度呈现出城北河道水质比城南好、主河道比小河道好的特点,污染物浓度在水流方向上具有明显的累积作用。     

保证通榆河南段水质达标的区域尾水出路研究

在调查通榆河南段控制单元水质及区域污染源的基础上,概化影响通榆河南段控制单元水质的污染源,建立研究区域水质数学模型,并根据设计水文条件和边界水质,分析概化排污口对控制断面水质影响权重,初步构建区域尾水出路工程布局方案,并计算控制断面水质改善效果,为区域尾水出路寻找依据。结果表明,区域尾水出路方案实施后,古贲大桥、草堰大桥控制断面COD、NH3-N、TP的质量浓度分别为17.45 mg/L、0.99 mg/L、0.2 mg/L,12.87 mg/L、0.89 mg/L、0.14mg/L,其中古贲大桥控制断面NH3-N改善效果最为明显,改善率为41%,通榆河南段水质可以满足地表水水(环境)功能区划III类标准。     

北方典型山区河道不同污染条件下水环境预测研究——以秃尾河为例

建立了秃尾河在不同污染条件下的二维非稳态水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行了率定验证。运用所建模型对研究区域水流水质过程进行数值模拟,定量分析了研究区域在不同污染条件下的污染混合带长度及对污染源下游水质的影响程度。通过对不同污染条件下秃尾河下游的水质浓度场的计算分析,结果表明:在污水排放控制总量为1.80万t/d、不考虑降解系数的情况下,清水工业园混合带长度为60 m,距离污染源8 000 m断面的水质COD、氨氮、石油类能达到地表水Ⅲ类水标准(GB3838-2002);而在污水排放控制总量为1.90万t/d、考虑降解系数的情况下,清水工业园混合带长度为64 m,距离污染源9 000 m的断面水质COD、氨氮、石油类能达到地表水Ⅲ类水标准(GB3838-2002)。通过模型预测水环境是保护水环境的有效方法。     

水质水量结合评价渭河干流(陕西段)水资源变化

为了全面掌握渭河(陕西段)干流水资源变化总体情况,本文收集2000-2008年陕西段渭河干流水文、水质监控断面的监测资料,分别从水质、水量以及两者相结合的角度分析了渭河干流的水环境状况,并重点讨论了渭河干流主要水文站径流量与COD、NH3-N污染物的同期监测浓度的相关关系。结果表明:渭河干流(陕西段)中下游水体水质为劣V类,已受到严重污染。渭河干流可利用的水资源量有所下降,其中80%以上的水资源水质为V类,不能满足水体利用的水质目标要求,渭河干流"水质型"水资源短缺的问题凸显。渭河干流上游径流量与COD、NH3-N污染物的浓度呈低相关性,随着流程变化,径流量与COD、NH3-N污染物的浓度在渭河干流的下游华县水文站已表现为中度负相关。相比较而言,渭河干流河流水量的变化对COD浓度的影响程度大于对NH3-N污染物浓度的影响。     

基于EFDC模型的明湖水库水质数值模拟及预测

基于EFDC模型,以支鱼港补水闸和大尖退水闸实测流量、水质、水位为计算边界,模拟并探讨了明湖水库库区水体在静置期和交换期的水质情况。结果表明:库容较大时,库区水体水环境容量较高,水质浓度的增加幅度较小;COD浓度随水体静置时间增加的幅度较NH3-N低;在水体静置期,库区水体停留时间以27~30 d为宜;明湖水库运行期间,通过支鱼港补水闸、大尖闸与大冲闸联合调度运行,相机换水可有效保证库区水质安全。     

建成区沿河截污河流污染源权重和控制策略研究

城市河流污染已经成为制约我国社会经济发展,影响城市形象和生态安全的重大环境问题。通过污染源水量水质调查和估算,模拟分析了建成区河流4类主要污染源:污水处理厂尾水、污水漏截排、面源污染和雨季溢流的权重,模拟计算了不同污染源控制条件下河流中化学需氧量(COD)、悬浮物浓度(SS)、氨氮(NH_3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)5项水质参数的变化情况。结果表明:旱季,河流COD浓度主要受污水处理厂尾水影响;漏截排率是TP和NH_3-N达标的主要阻碍,污水处理厂出水提标为地表水Ⅲ类标准时,TP和NH_3-N也分别只能达到地表Ⅳ类和Ⅴ类;雨季,面源污染和溢流率是影响河流水质达标的主要阻碍,在面源污染和漏截排都得到控制的情况下,溢流率保持5%,即使污水处理厂出水提标为地表水Ⅲ类标准,河流中TP、NH_3-N仍不能达到地表Ⅴ类标准,COD也仅能勉强达到地表Ⅴ类标准。因此要改善建成区河流水质,首先应对面源污染、雨季溢流和漏截排污水进行全面控制。     

引配水对京杭运河杭州段水质的改善预测

根据平原河网的水动力和水质特点,建立了运河水系河网水质模型,并利用2007年该运河水系河网的实测水位及水质资料对模型进行验证。进行了杭州市主城区引配水方案下的水动力计算,并对设计水动力条件下的运河水质进行预测。结果表明,杭州市主城区引配水方案实施后,运河干流及主要支流水质将有较大改善。     

时间尺度对平原感潮河网水动力水质模拟精度的影响

为探究不同时间尺度边界入流条件对平原感潮河网水动力水质模型模拟精度的影响,以典型平原感潮河网地区的张家港市中部为研究区域,结合野外同步监测数据、自动高频监测数据、常规监测资料等构建了水动力水质模型进行模拟分析。结果表明:时间尺度、开始取值时刻以及调度情况均会影响模拟精度;研究区域边界入流条件、水动力模拟结果和水质模拟结果可信的最大时间尺度为1 h,水质模拟精度优于水动力模拟精度。     

暴雨对梁子湖水动力和水质的影响研究

为了分析在暴雨条件下,流域面源污染对梁子湖水质的影响,采用分布式流域面源污染模型,结合湖泊二维水动力水质模型,以暴雨产生的面源径流和污染负荷作为水动力水质模型的边界条件,构建了包含暴雨径流-面源模型与二维水动力水质模型的梁子湖水质模型体系。采用梁子湖水质的实测资料对模型进行了验证,其结果为面源模型的误差在15%以内,水质模型误差在20%以内,表明模型能模拟暴雨条件下面源径流和入湖污染物输入时湖泊水动力及水质的动态响应关系。以2010年7月11日暴雨过程为例,利用所建模型对暴雨前后梁子湖水质变化进行分析。模拟结果表明,水质受暴雨及污染物的冲击影响较大。     

台州市核心区生态补水最佳流量研究

为改善台州城区水生态环境,确定对台州城区生态补水的规模,应用MIKE 11水环境模型软件建立河网水量水质耦合模型,研究河网水动力变化对水质改善的影响,对模型进行率定、验证,并预测8种不同工况条件引水后的水质状况,以水环境质量改善后降低的污水处理费用作为经济效益指标,以泵站运行费用作为成本指标,计算引水流量与工程净效益之间的定量关系,最后分析得到最佳引水流量,旨在为确定、优化台州市区生态补水流量、治理城市水污染问题提供决策依据。     

夏季引流条件下苏州古城区河网水质变化研究

为探寻城市河网水动力提升对水环境改善的影响,评估引水调流效益,以苏州古城区河网为例,在夏季丰水期条件下通过对不同流量引水条件下数条河流水动力及水质的监测和分析,探讨水动力作用对河网水体的水质改善效果。结果表明,在汛期允许最佳引流条件下,苏州齐门河、平门河及学士河的污染物通量分别下降了15.2%,16.5%和13.2%,其中古城区北部河网水环境改善情况明显高于南部河网。引水调流方案能够有效增强古城河网流动性,而河网水体中COD和溶解氧含量在不同水动力条件下的变化较为敏感,可以作为古城区河网典型水质指标参数,反映水动力调控的影响效果。     

汉丰湖水体富营养化控制水量调度方案

为探究汉丰湖水量调度对库区水动力及水体富营养化的影响,基于2014年汉丰湖实测流量、水位和水质数据构建了MIKE21二维水动力和对流扩散模型,以实测流速、TN和TP浓度验证了模型的准确性,利用该模型模拟了7种调度方案下库区流速、TN和TP浓度分布情况,并对各模拟方案的运行情况进行了比较。结果表明,大流量的水量调度方式能有效提高库区水体流速,在较短时间内降低调节坝断面的TN、TP浓度,但实现整个库区营养盐浓度的降低需要保证一定的调度时间。     

MIKE11模型在东苕溪水源地水质预警及保护的应用

基于浙江省东苕溪干流水文特性,结合流域水质与污染物情况,应用MIKE11模型构建了流域水动力和水质耦合模型。率定河道糙率为0.018–0.022,氨氮降解系数为0.07–0.10/d,总磷降解系数为0.07;验证模型计算值与实际测定值吻合程度较高。模拟上游水污染突发事件发生后污染物到达东苕溪水源地取水口的时间,以此进行水质预警。计算水源地取水口发生水污染事件后不同水期条件和不同污染物的情况下需要的上游自净稀释水量,以保障饮水安全。     

引黄济津河道水质数值模拟与预测

依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程,采用有限差分法,建立河道垂向二维水动力水质模型。根据2000-2001年第6次引黄数据资料对水质模型进行调试,建立引黄济津调水工程水质模型。利用已建立的模型,对2002-2003年第7次引黄河道水质进行了预测,并将预测结果与实测数据进行比较,预测结果与实测结果基本一致,表明该模型能较好地预测引黄济津河道水质状况。同时,根据污染物浓度峰值的变化情况,分析了污染物的输移扩散及降解转化规律。     

水量调度对平原河网能量影响分析

平原河网水动力条件相对较差,水质问题较为突出,为改善平原河网地区水环境状况,选取江苏省无锡市滨湖河网2018年洪季和枯季19个断面水文水质监测数据,基于MIKE21滨湖河网水动力-水质模型及Python能量计算模型,探究能量耗散规律以及能量、水质间的关系,并确定最佳调水流量区间。结果表明：滨湖河网水质浓度与河流能量显著负相关;一定调水流量的增加使得河流总能量随之上升,能量到达阈值后,随调水流量的上升,河流总能量呈降低趋势;在能量目标层面上优选引调水方案,能有效协调引调水过程中存在的异质性因素,确定逐日最佳调水流量区间及河网总能量最佳区间,提供流量优化调控方案,保障平原河网水动力与水环境条件。     

WASP5水质模型在平原河网区的应用

以平原河网区水环境为研究对象,选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对WASP5系统自带的DYNHYD5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。通过利用C++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。