基于数值模拟的浅水湖泊污染物识别与去除关键指标研究

鉴于浅水湖泊入湖口生态修复需制定一系列关键控制指标以提高工程布置和设计的科学合理性,以苏州市阳澄湖为例,采用MIKE 21软件建立阳澄湖水动力水质耦合模型,分析不同时期不同区域入湖河道水量水质输入对湖区水质影响贡献率,试算阳澄湖国控断面水质达标条件下入湖河口生态修复工程污染物去除率要求。结果表明,阳澄湖西岸、北岸主要入湖河道对湖区水质影响贡献率高,在全年不同时期交替控制湖区水质,西岸、北岸主要入湖河口生态修复工程污染物去除率推荐取值分别为20%、30%,可使阳澄湖国控断面水质达到Ⅲ类目标,实现生态修复工程经济合理、技术可行、效果可达有机统一。     

一二维模型在湖泊水环境调度中的应用比较

以湖泊水环境调度为例,比较了一维模型、一二维耦合模型的构建方法及其在湖泊水环境调度中的应用。发现两种方法计算的调度流量、水位过程拟合程度较好;B湖引入A湖优质水资源,B湖北侧湖区Ⅲ类～Ⅳ类水体面积增加,一二维耦合模型的空间展示效果更为直观;计算全年湖泊的水量水质调度,一二维耦合模型用了34.3h,而一维模型仅用了5.8min。通过两种方法的比较分析,提出将两种方法结合使用,以A、B湖每月连通1次、每月连通2次为例,比较论证较优的调度方案,发现每月连通1次有利于改善B湖的水质。     

基于分期分区控制思想的洱海总磷水环境容量计算

针对现有湖泊水环境容量计算方法中设计条件较为单一的问题,以洱海为例,在建立二维非恒定水动力与水质模型的基础上,基于分期分区的设计思想应用响应系数及分担率的方法,按水资源的时间分布特点划分为丰、平、枯典型年,以风向、湖流、水质分布等实际情况将洱海分为北部、中部、南部等不同分区,计算不同分期分区条件下洱海总磷水环境容量。结果表明,不同时期的水环境容量随水文条件呈现出丰水年>平水年>枯水年的变化态势;从空间分布来看,北三江和苍山十八溪约占洱海总磷水环境容量的70%左右,波罗江次之,约占20%左右,而东部河流仅占10%左右。     

河口水环境质量评价的蒙特卡罗法

为有效处理河口水环境综合评价系统中的随机性、模糊性、资料信息的不完整及不精确性,并考虑评价指标的相对重要性,建立了基于蒙特卡罗法模拟计算的河口水环境质量综合评价模型,并将其应用于巢湖流域十五里河入湖河口沉积物重金属污染评价中.实例应用结果表明,蒙特卡罗法可模拟出河口水环境质量评价系统的大量模拟序列,较未确知理论的延拓技术更直接地计算河口水环境评价指数;模糊层次分析法求出了各重金属评价指标的相对权重,表明重金属Hg具有最大的危害性;河口水环境质量综合评价结果为2级中污染,且具有99.7％的可能性,较简单叠加法更符合实际.     

苏南运河苏州段水环境容量及水质达标性计算

由于苏南运河水质不断恶化,以运河下游苏州段为研究对象,在充分调查入河污染物总量的基础上,建立河流一维水环境容量计算模型,计算其水环境容量,提出了削减量及削减目标;最后针对运河苏州段选取2个控制断面,提出3种控制方案,分析不同方案下污染源排放量与水质浓度关系。结果表明,运河苏州段已无剩余水环境容量,急需开展水环境整治;当研究范围内所有企业均达标排放,且城市污水接管率提高至85%时,运河苏州段的水质均能达标,该结论可为苏南运河管理部门制定水环境改善方案提供理论依据。     

长河黄冈城区河段水环境容量与污染物总量控制研究

针对黄冈市经济社会和城市化发展带来的长河水污染问题,以污染严重的长河黄冈城区河段为研究对象,基于对该河流水环境现状、水环境功能及水污染负荷的充分调查,采用河流一维水质数学模型计算了该河流的水环境容量。采用逆推法计算了各污染物的最大允许排放量,并提出了长河流域的污染物排放总量控制与削减方案。结果表明, 当长河黄冈城区河段水质符合Ⅲ类水质标准时,COD、NH3 N、TP的水环境容量分别为4 534.42、331.78、34.04 t/a,三者实际污染负荷分别是其水环境容量的2.09、2.20、1.46倍,削减率需分别达到35.3%、33.9%、13.0%时才能有效改善长河下游的水质。     

2000～2009年太湖主要入湖河道水质变化趋势分析

为了解太湖主要入湖河道的水质变化趋势,基于2000～2009年主要入湖河道相应断面的水质监测资料,采用季节性Kendall检验方法分析了陈东港桥段、漕桥黄埝桥段和塘桥站的高锰酸盐指数、总磷、总氮和氨氮等水质参数及流量调节的浓度变化趋势,并根据水质分析结果获得了水质变化的主要原因,可为该区域面源污染的控制提供科学依据.     

环太湖五市约定“团结治水”

环太湖五市（无锡、苏州、常州、湖州、嘉兴）人大近日在无锡市举行首次太湖治理联席会议并发表《无锡宣言》,商定在地方立法、监督执法、信息共享等方面加强合作,联合推进太湖的保护和治理。目前太湖全湖水质仍为劣V类,污染物排放总量大,特别是总氮、总磷远远超出水环境容量,蓝藻大规模暴发的可能性依然存在。     

基于灰色关联分析-GA-BP模型的叶绿素a含量预测

为提高水体叶绿素a预测精度和收敛速率,提出一种基于灰色关联度分析和遗传算法优化BP神经网络预测水体叶绿素a的方法。即先采用灰色关联度分析法选取合适的水质指标作为输入因子,然后优化网络隐含层的结构参数,引入遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,最后以预测太湖叶绿素a为例进行比较分析。结果表明,优化神经网络隐含层数能进一步提高网络的预测精度、缩短训练时间;灰色关联分析-GA-BP模型相较于BP、GA-BP模型具有更高的预测精度和收敛速度,可为控制水环境监测和决策平台提供科学依据。     

感潮河网区白云湖水系生态环境补水研究

感潮网河区水系交错、城市发达，高强度土地利用开发导致城市景观湖泊水环境污染严重，生态环境功能退化。以典型网河区城市景观湖体—广州市白云湖为例，构建二维水动力水质耦合模型，研究其生态环境需水及其补水方案。结果表明，基于MIKE21的二维网河区水动力水质耦合模型，能较好模拟城市景观湖泊水体水质输移规律，模拟值与实测值相对误差值均小于0.20,纳什效率系数均大于0.75;运用白云湖闸、泵水利工程联合调度补水，白云湖及其连通水系生态环境需水量保证率基本达到100%,TN及TP浓度均达到Ⅳ类水标准。研究成果可为感污河网区城市景观湖泊生态环境治理提供参考。     

同位素技术在湖泊水文学中的应用研究

介绍了同位素方法在湖泊水文学中的应用,利用水体同位素示踪湖泊的演化过程可为解决湖泊水质、水量、水环境问题提供重要的技术手段.根据湖泊各水体的实测稳定同位素值和相关的水文气象资料,利用稳定同位素质量平衡方法可估算湖泊水量平衡方程中的各收支项.     

基于投影寻踪技术的南四湖下级湖水质评价

为评价南四湖下级湖水质等级,采用投影寻踪技术,通过对局部密度窗口半径和局部密度做适当处理,建立了南四湖下级湖水质投影寻踪模型,并用加速遗传算法求解模型。使用建立的模型计算出南四湖下级湖四个水质监测站的水质等级y,并分析了水质等级序列的变化趋势。结果表明,南四湖下级湖四个测站的水质在2010年9月发生了突变,突变前水质处于Ⅲ、Ⅳ类,突变后水质基本处于Ⅱ、Ⅲ类,水质改善明显。研究成果为水质评价提供了参考。     

基于流场分析的人工湖生态设计的研究

基于湖泊平面形态与周边用地类型初定的景观生态设计方案,采用流场分析模型模拟河网,计算了三种不同引水方案下的入湖流量,并选择最优引水方案模拟了湖泊流场对湖泊形态微调,分析了湖泊来水组成,为麒麟湖的生态设计与管理提供了科学依据.     

蒙特卡罗法求解湖库未确知水环境容量

针时未确知数学处理湖泊水库水环境系统众多不确定性信息中对未确知变量数、可能值区间分段数及采用的运算算子要求较高限制了未确知数学理论广泛应用的问题,提出用蒙特卡罗法模拟未确知数的可信度分布,根据满足可信度分布的未确知教试验值可直接进行未确知数运算.湖库水环境容量计算实例结果表明,该方案可行有效,计算结果可靠,对未确知数学在各学科领域广泛应用具有一定的推动价值.     

基于不同生态需水计算方法的水量水质联合调度研究

为研究不同生态需水计算方法对水质评价的影响,采用4种计算方法确定河道生态流量,分别通过优化得到水量水质调度方案,并分析各方案中水质指标改善效果优劣。以浊漳河流域为例,采用大系统分解协调技术,通过数据传递实现模拟模型与优化模型的耦合,构建生态流量保障的水库水量水质联合调度模型。模型模拟结果表明,模型在时间上处理了年际间水量分配不均的情况,在空间上各河段水质改善效果较好,且基本满足了下游干流共同承担的水质需水和生态需水要求;经过综合评价,以频率曲线法计算河道生态保障流量更有利于浊漳河水质的改善。研究成果对于保障水生态,改善水环境有实际意义。     

基于Delft3D的大辽河水动力水质数值模拟

近年来,大辽河流域工业化发展迅速,带来了一系列水质恶化问题。因此,通过实测大辽河水文和水质数据,基于Delft3D建立大辽河二维水动力模型,对其进行水位和水温验证,计算值与实测值基本吻合;在水动力模型的基础上建立水质模型,对其进行NH⁺₄-N(氨氮)和DO(溶解氧)验证,计算结果基本能够反映真实水质变化趋势。通过验证后的水动力水质耦合模型分析大辽河水动力水质输移特征。结果表明,大辽河具有明显的半日潮特征,河口处的流速低于内陆河道的流速;NH⁺₄-N浓度年际分布较为均匀,DO浓度夏季较低,冬季较高;涨潮时,河口处NH⁺₄-N浓度降低,落潮时河口处NH⁺₄-N浓度升高;汛期排放的污染物浓度峰值高于枯水期的值,峰现时间也早于枯水期,在枯水期,污染物更容易在河口处滞留;整合排污口和减排两种方式均能降低河道内污染物浓度,靠近河道上游整合排污口方式优于减排方式,靠近河口减排方式略优于整合排污口。研究成果可为大辽河水质管理提供...     

基于洪泽湖(泗洪片区)国考断面超标的入湖河流污染来源影响权重分析

为明确洪泽湖(泗洪片区)国考断面水质超标的污染来源,界定各行政区对洪泽湖的影响权重,建立洪泽湖水环境数学模型,模拟不同风向影响下洪泽湖的TN、TP浓度场,分析各主要入湖河流对洪泽湖的影响权重。根据各入湖河流内外源污染物量,利用污染影响权重计算方法,分析不同行政区对洪泽湖(泗洪片区)国考断面污染权重。计算结果表明,龙集镇北断面的污染来源受徐州市影响最大,占50%左右;成河乡断面污染来源受泗洪县、徐州市的影响较大,均占30%左右;对临淮乡断面影响最大的是泗洪县内部的污染,占40%左右。     

基于PSO-SVM的景观湖泊水体叶绿素a含量预测

针对目前景观湖泊富营养化严重的问题,提出了一种基于粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)的叶绿素a含量的预测方法。利用2017年5～10月广西大学碧云湖的水质监测数据和气象数据进行主成分分析,确定影响水体叶绿素a含量的主要因素为TN、TP、浊度、温度、光照时长和pH值,并将其作为PSO-SVM模型的输入量,以预测景观湖泊水体叶绿素a的含量;将该模型应用于镜湖、鉴湖和月牙湖水体叶绿素a含量的预测以验证模型的适用性。结果表明,基于PSO-SVM模型的碧云湖的叶绿素a含量预测的平均平方误差仅为1.25%,平均相对误差为2.46%;该模型对镜湖、鉴湖和月牙湖水体叶绿素a含量拟合值的平均平方误差分别为3.17%、4.05%、2.42%,平均相对误差分别为3.48%、4.31%、2.80%。PSO-SVM模型可以很好地运用于景观湖泊水体叶绿素a含量的预测,可为湖泊富营养化防治提供参考。     

MIKE21 FM在引江济巢工程规划中的应用

为了对引江济巢工程方案进行优选,利用MIKE21FM模型建立了巢湖二维水动力水质模型,模拟了引江济巢"菜子湖"和"白荡湖"方案对巢湖水质的改善效果,发现"菜子湖"方案对巢湖水质的改善效果要优于"白荡湖"方案;进一步模拟了"菜子湖"方案连续10年引水、联同实施巢湖水环境综合治理等其它措施条件下的巢湖水质变化,结果表明长期实施"菜子湖"方案可使巢湖水环境得到明显改善。     

柴河水库水环境容量研究

针对柴河水库污染问题,考虑有机物沉降和藻类死亡对水环境容量的影响,改进了有机物降解模 型,并利用Dillion模型分别计算了COD、BOD5、NH4N、TP、TN 5种污染物的水环境容量。结果表明, TN、TP的水环境容量超标,改进后的模型提高了水环境容量计算的准确性,可供借鉴。