水环境非点源污染的不确定性及分析方法

本文回顾了水环境非点源污染研究,特别是模型模拟工作的发展状况.对水环境非点源污染中不确定性的来源和分析方法进行了介绍.针对非点源污染模型模拟中的不确定性问题,总结了Morris敏感性筛选法、蒙特卡罗模拟、拉丁超立方抽样法、响应曲面法等定量数学方法,并分析其应用范围和优缺点.阐述了不确定性分析在非点源污染管理中的应用,以及目前的难点和进一步的研究方向.     

基于盲数理论与GIS的小江流域吸附态磷污染负荷模拟研究

根据三峡库区小江流域水文、地理和非点源污染等特点,通过分析引起流域吸附念污染负荷年际变化的主要因素,提出了流域土壤侵蚀模数、输沙模数的动态计算方法.鉴丁与吸附态污染负荷有关的流域降雨、土壤、地形、植被、水土保持、泥沙输移比等因素具有空间不确定性的特点,构建了基于盲数理论的非点源吸附态磷污染负荷动态分布模型.应用所构建的模型,借助GIS技术,模拟和定量计算了小江流域1997-2007年各年的土壤侵蚀模数和吸附态磷负荷量.模拟结果表明,降雨侵蚀力因子和地表径流量是流域内吸附态磷负荷年际变化的重要因素;而吸附态非点源磷负荷的空间变化与土地利用类型关系密切,不同土地利用类型输出磷负荷的大小依次为:旱田及混合地、草地、水田、林地和城镇用地.通过验证表明,所建模型合理,运用盲数理论来研究流域非点源吸附态负荷可行.     

小清河流域无机氮非点源污染的量化研究

利用数学模型对小清河流域无机氮次暴雨径流污染和非点源污染年负荷进行量化分析。结果表明,流域次暴雨径流污染主要由农田非点源污染造成,而非点源污染年负荷不仅包括暴雨径流污染负荷,还包括非暴雨径流污染如水产养殖业和农村生活废水不定期排放造成的污染负荷;利用几场实测次暴雨径流污染物浓度加权平均值计算流域非点源污染年负荷会使计算结果偏小。此外,SCS和USLE模型在应用到下垫面复杂的流域时,其参数可通过数学率定确定,模拟结果表明可行。     

小清河流域无机氮非点源污染的量化研究

利用数学模型对小清河流域无机氮次暴雨径流污染和非点源污染年负荷进行量化分析。结果表明,流域次暴雨径流污染主要由农田非点源污染造成,而非点源污染年负荷不仅包括暴雨径流污染负荷,还包括非暴雨径流污染如水产养殖业和农村生活废水不定期排放造成的污染负荷;利用几场实测次暴雨径流污染物浓度加权平均值计算流域非点源污染年负荷会使计算结果偏小。此外,SCS和USLE模型在应用到下垫面复杂的流域时,其参数可通过数学率定确定,模拟结果表明可行。     

基于GIS与SWAT的洱海流域农业非点源污染模拟研究

农业非点源污染是造成我国流域污染的主要原因之一,而数学模型是研究流域污染、水质分析与预测的主要技术手段。在综合分析目前非点源污染模型的优缺点后,选取当前较为先进和完善的分布式水文模型——SWAT模型,借助GIS、RS技术,开展洱海流域农业非点源污染模拟研究,了解洱海流域农业非点源污染状况,为洱海流域的综合治理和规划提供合理的参考和依据。     

基于Monte Carlo-Hakanson模型的土壤重金属生态风险评价研究

为了降低土壤重金属生态风险评价中的不确定性,以某实际搬迁后铅蓄电池场地的土壤中重金属Cr、As、Pb、Cu、Zn含量实测值为基础数据,将Monte Carlo模拟引入Hakanson生态危害指数法中,构建Monte Carlo-Hakanson模型,主要通过对重金属含量这一随机变量进行抽样,将得到的大量可靠预测值代入Hakanson指数模型,重复计算模型中的函数值,得到场地生态风险等级及处于各生态风险等级的概率,以此来降低生态风险评价中的不确定性。案例结果如下:研究区生态风险隶属于较高等级,概率为49.44%,Pb的敏感度最高,达到了99.7%,对场地的污染起主导作用。Monte Carlo-Hakanson模型的应用有效降低了类似场地的土壤重金属生态风险评估的不确定性,为获得土壤重金属生态风险评估结果的准确性提供了一个新的思路和方法。     

基于SWAT的汾河运城段非点源污染模拟与研究

【目的】对汾河运城段非点源污染进行模拟与分析,为该流域非点源污染控制提供依据。【方法】构建汾河运城段的非点源污染SWAT(Soil and water assessment tool)模型,根据河津水文站2005-2010年的实测逐月径流、泥沙和水质数据对模型进行率定和验证,并利用率定好的模型对研究区域的非点源污染进行模拟研究与分析。【结果】建立了包括土壤侵蚀、水文过程和污染负荷子模型的汾河运城段非点源污染模型,该模型对研究区域的适应性较好,可用于流域非点源污染的模拟研究;对非点源污染负荷时间分布规律的分析表明,研究区域各水文年的非点源污染负荷为丰水年平水年枯水年,而且发生在汛期(7-10月)的TN、TP流失量分别在60%和70%以上;对非点源污染空间分布特征的分析发现,研究区域内污染的关键区域主要为万荣与新绛县部分子流域,该部分区域降雨量、土壤侵蚀性均较大,并且坡度也相较其他区域大,因而产沙量相对较大,再加上农业活动的影响最终导致非点源污染相对较大,由此可见控制非点源负荷产出的关键在于减少流域的水土流失;对研究区域内TN、TP各类污染源贡献率进行分析可知,研究区域的非点源TN、TP负荷中分别有46.3%和53.5%为土壤养分流失所产生。【结论】汾河运城段非点源污染的控制重点在汛期(7-10月),采取相应措施减少水土流失、降低土壤养分流失、减少农业用肥量可以有效地控制研究区域的非点源污染。     

小流域非点源污染模拟与仿真研究——以HSPF模型在西丽水库流域应用为例

流域范围非点源污染的环境影响评价是流域水环境管理的基础,模拟仿真研究可为削减非点源污染负荷提供必要的政策依据。在简要介绍了HSPF模型的基本结构的基础上,应用HSPF模型模拟了2000年、2004年7月至2005年6月深圳西丽水库流域水量和水质的连续动态变化。采用ArcGIS软件进行流域划分,通过野外监测完成数据采集,根据河流出口断面流量和污染物浓度校准与验证模型,最终输出流入水库的SS、TN和TP的总负荷量与非点源负荷量,并通过判决系数、Nash-Sutcliffe系数等考察模拟值与实测值的吻合程度。研究结果表明,非点源污染是造成水库水质污染的主要原因,果树施肥是水库N、P污染的主要来源,减少化肥使用量可以使非点源污染负荷明显降低。     

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是三峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型--_SLURP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型.借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型上的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟.模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990-2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35 726 t·a-1,约占流域出口总氮负倚的32%.     

岔口小流域非点源污染模型AnnAGNPS不确定性分析

为了降低模型模拟计算的不确定性,提高模型在北方典型黄土丘陵沟壑区的适用性,以岔口小流域为研究区,选取可能对非点源污染模型——AnnAGNPS产生影响的10个参数,采用修正的摩尔斯(Morris)分类筛选法,分析参数对模型模拟结果影响的敏感性程度。在此基础上,尝试综合利用一阶误差分析法(FOEA)和自助法(Bootstrap)不确定性分析方法识别重要的不确定性参数,评估参数对模型输出变量的不确定性的贡献。综合两者分析结果表明:对径流模拟计算不确定性影响较大的是径流曲线数、田间持水量;对泥沙、氮磷负荷模拟计算不确定性影响较大的是径流曲线数、地形因子、土壤侵蚀因子、耕作管理因子、水土保持因子、化肥施用量。径流曲线数对模型输出结果的不确定性影响最为显著,表明径流产生过程是泥沙和各种营养盐等侵蚀、搬运的驱动力。泥沙和氮磷的不确定性参数较为一致地表明泥沙是氮磷输出的载体,即在短时暴雨事件下氮磷输出形态通常以泥沙结合态为主,泥沙的不确定性直接影响和决定氮磷等营养物输出的准确性。模型输出结果中泥沙不确定性最大,径流不确定性最小。研究表明,流域水文和土壤侵蚀过程的模拟是校准模型、降低不确定性的关键。在控制和治理流域水土流失及非点源污染时应着重考虑径流曲线数、施肥措施、农田管理方式和水土保持情况。