汉江中下游流域污染负荷及水环境容量研究

通过调查和分析汉江中下游流域各污染源,以化学需氧量(COD)和氨氮(NH_3-N)为污染负荷指标,分析了流域污染负荷现状,确定了主要污染源。在此基础上,选择COD和NH_3-N作为计算因子,利用一维水质模型测算汉江中下游流域干流及主要支流的水环境容量。结果表明:江汉污染源主要为中心城镇生活污染源、规模化畜禽养殖污染源和工业污染源; 2015年排入汉江中下游干流河道的污染负荷量为340 572. 15 t,以COD为主;潜江段以规模畜禽养殖污染源为主,其他均以城镇生活污染源为主。根据模型计算结果可推知,汉江中下游干流河道COD的水环境容量目前尚较富足,但NH_3-N的水环境容量已接近负荷阈值;汉江中下游支流唐白河、竹皮河和天门河的COD和NH_3-N水环境容量均较小。     

A novel flushing strategy for diatom bloom prevention in the lower-middle Hanjiang River

There are many concerns over the environmental consequences of river regulation in China, such as the Three Gorges Project and the South-to-North Water Diversion Project (SNWDP). In this study, however, we attempted to find the positive role of these constructions in solving environmental problems. We explored the possibility for preventing downstream diatom blooms by using the water storage in the Danjiangkou Reservoir. And we developed a flushing strategy accessing the proper flushing time and water quantity to control the diatom growth. First, we set up a Generalized Additive Model (GAM) to analyze the dynamics of the bloom-formation species, Stephanodiscus hantzschii, in response to the environmental variation. The model took into account the time lags between the biovolume and the environmental parameters. The model indicated that, air temperature explained the most variance in biovolume, followed by soluble reactive silicon (SRSi), turbidity, TP, dam release, PAR, pH and total nitrogen (GAM, R² = 0.759). Afterwards, we applied the model to a new predictive dataset, in which values were simulated according to the assumed dam release and air temperature. The GAM predicted fewer releases for flushing by using this dataset than the measured data, implying a prospect of saving water when using this strategy. Finally, we drew a contour map to present the operating procedure of this strategy. Our flushing strategy is to regulate the dam release above a critical value dependent on the air temperatures predicted over the following few days.     

基于MODIS的SEBAL模型在流域蒸散发反演中的应用

地表蒸散发是地气水分循环过程中的重要环节,合理准确地估算蒸散发对了解大尺度流域内水分循环和能量平衡具有重要意义。以汉江上游为例,利用MODIS遥感数据,选用马里兰大学UMD分类机制对2001年土地覆盖进行分类,并采用基于地表能量平衡原理的SEBAL模型对日蒸散发进行估算和分析。结果表明,林地的平均日蒸散发量最大,草地、耕地次之。     

汉江上游有机污染物CODCr综合衰减系数的试验确定

为合理确定汉江上游(陕西段)水体的纳污能力、预测未来水质、制定污染物控制方案,采用同步监测水文、水质资料的手段,利用一维水质模型进行模拟计算,获得一组CODCr的综合衰减系数,经对比分析与识别,确定了汉江陕西段的CODCr的合理估值。     

累积流量坐标法在水环境污染带计算中的应用

以汉江旬阳库区安康段的月河为例,将月河视为连续点源,考虑河道的不规则性并采用二维水质模型累积流量坐标法计算月河污染带,结果表明,河道的不规则性对污染带分布有较大影响,使污染物浓度分布沿程起伏变化,污染带长度和宽度与规则河道解析解结果相差不大.     

汉江通航设施的规模及形式探讨

根据国内外现有通航设施运行情况，分析了影响通航设施选型的运量、水头及平面布置三大因素。结合我省汉江实际情况，提出汉江安康水电站以上拟采用升船机方案，规模为２×１００ｔ级；安康水电站以下宜采用船闸方案，规模为２×５００ｔ级。     

基于高光谱数据的汉江中下游典型河段水体悬浮物遥感反演

选择汉江中下游典型河段作为研究区域,利用2012—2013年实测水质数据及高光谱数据,基于有效信息变量筛选和神经网络算法构建研究区水体悬浮物浓度高光谱反演模型,分析评价了模型性能与估测效果,讨论了研究区水体悬浮物浓度分布特征。研究结果表明:基于变量投影重要性指数和神经网络优势构建的高光谱反演模型在反演精度、稳定性和适应性方面表现出优异的性能;而对于基于简单相关性分析构建的单波段模型和比值模型而言,建模样本选择对模型精度有较大影响,导致模型反演精度、稳定性和适用性较差;汉江中下游典型河段水体总悬浮物浓度整体上在18.8~187.0 mg/L之间变化,季节性差异明显,即春、夏两季悬浮物浓度低于秋季。     

基于耗水视角的水资源承载能力及其支撑流域调水规模研究

为科学地评价流域水资源承载能力,提出耗水视角下水资源支撑的最大经济规模和最大人口规模指标,构建了考虑流域节水、调水的水资源承载能力评判模型。以汉江流域为例,分别对流域不同水平年、不同调水规模情景下的水资源承载能力进行综合评判。结果表明:2020年、2030年规划水平年,流域在实施南水北调中线工程一期调出水量95亿m³、引汉济渭工程调出水量10亿m³ 后,流域水资源不仅仍能维持本流域发展,还能向外流域调出的最大水量分别为19.7亿m³和15.6亿m³。然而,2030年加大调水规模,实施南水北调中线工程调出水量130亿m³后,流域水资源不足以维持流域内社会经济的可持续发展,需要考虑外流域补水。在此基础上,基于协同学理论,构建考虑耗水因素的水资源承载系统序参量,建立协调度评估模型,以汉江流域襄阳地区为例从宏观层面评估水资源支撑流域社会经济发展态势。结果表明,襄阳地区水资源承载能力协调态势在2011—2017年间由较不协调逐步发展为基本协调,在考虑节水情况下水资源承载能力整体趋于良性发展。研究成果可为汉江流域远景跨流域引调水规模研究和确定长江补水规模提供科学依据和技术支撑。     

基于神经网络的近地面气温遥感反演研究

为了获取近地面气温的空间分布格局,鉴于遥感技术在获取地表时空分布信息方面所具有的优势,提出了利用BP神经网络进行遥感反演近地面日平均气温、日最高和最低气温的算法。采用汉江上游流域的气象站点观测数据和Landsat ETM+遥感图像进行了试验研究。研究结果表明,遥感反演近地面日平均气温和日最高气温时,单纯利用遥感信息或者地形信息,都不能得到精度最高的结果,只有把两者结合起来,才能准确地获取近地面气温的空间分布信息。     

小江调水方案跨越汉江建筑物结构形式的研究

针对跨汉江建筑物距地面高、跨度大、过流量大的特点,比较分析了渡槽、桥式倒虹吸和隧洞式倒虹吸3种结构形式的特点：渡槽水头损失小,下部槽墩比较高;隧洞式倒虹吸水头损失比较大;桥式倒虹吸结合了两者的优点,既减少了水头损失,又降低了槽墩.通过对工程量与技术经济性进行比较,最终确定采用桥式倒虹吸的结构形式.