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钱塘江水环境主要污染物通量研究

徐礼强  
【摘要】: 钱塘江流域水环境质量事关区域社会经济可持续发展,水环境容量的科学、可持续利用对水环境的保护意义重大,对河流进行氨氮和总磷的污染物排放总量的研究,任务迫在眉睫。而总量控制的方案基于一定水环境功能达标要求的通量研究,鉴于水环境容量具有动态变化的特点,开展不同水文情景/情势下的污染物通量研究尤为必要。 本文以钱塘江流域为研究对象,综合运用环境评价技术、系统动力学原理、水环境空间建模技术、情景分析方法等对不同水文情景/情势的水环境流场及主要污染物进行模拟。解析了水环境流场的时空演变规律及其过程的动力学原理,探索了人类活动依存的水环境主要污染物通量的时空演化规律与趋势;研发了基于GIS的流域水环境水质污染预报和污染物通量决策支持系统,实现研究成果的可视化。论文主要研究结论如下: (1)钱塘江流场模拟及其对污染物扩散的影响 对监测年(2006年)的研究河段进行水文监测,对计算区域流场的模拟和可靠性进行检验。对丰水期2种工况各断面取左、中、右3个点位进行验证,结果表明,流量的误差在27%以下,平均误差在12%左右,流速误差范围在12.2%以下,平均误差在6%左右。上游段兰江出口汇流区,3个时期均在汇流区近上游方向有回流形成,但以丰水期和平水期的影响为显著,枯水期影响相对较弱;下游段浦阳江出口汇流区,在近浦阳江出口范围,发现丰水期和平水期有回流形成,但水体的扰动作用不显著,对浦阳江污染物进入钱塘江的混合作用不明显。 (2)钱塘江主要污染物时空变化规律 2001年~2005年,钱塘江水系水质状况总体良好,其中Ⅰ~Ⅲ类水断面占50%以上,整个水系近50%的断面水质能满足水域功能要求。监测年氨氮和总磷的时空变化规律和特征:NH_3-N浓度随时问的变化在上游段具有明显的规律,按丰水期—平水期—枯水期浓度递增,3个时期均呈现自开始断面至严陵坞断面升高而后降低的态势,尤以富春江河段为明显;TP浓度随时间的变化在钱塘江富春江段以下呈现浓度丰水期高而枯水期浓度低的特点,在空间上的变化无明显规律。 (3)钱塘江主要污染物通量情景模拟与时空变化规律解析 本研究提出了基于情景分析法(scenario analysis)的污染物通量研究方案,对不同水文情景氨氮、总磷通量进行模拟,分析了污染物允许通量△T的趋势特点、不同水平年的比例特征、不同水文时期的比例特征。特丰年、丰水年、平水年、枯水年、特枯年5种水文情景年,研究区域河段污染物允许通量△T值:NH_3-N依次为11544.49t/a、11250.14t/a、10949.23t/a、10627.72t/a、10208.91t/a;TP依次为3701.96t/a、3625.77t/a、3546.37t/a、3455.59t/a、3303.26t/a。 本文基于水环境空间数据挖掘与可视化的研究方法与体系,研究中的主要特色与创新点为:①河流污染物通量测算的技术与方法:提出了基于工况测量/水质分析→流场模拟→污染规律解析→通量情景模拟→时空规律分析的研究方案;②钱塘江水环境模拟系列数学模型:建立了钱塘江干流研究区域流场数学模型的控制方程、主要污染物通量模型的联合控制方程、(研究河段)突发污染事故水质预报模型的基本方程;③基于GIS的水质预报与污染物通量决策支持系统的研发:建立水环境时空数据库,基于MapX和C#.net平台进行系统的构建与开发,为研究的系列成果提供可视化的查询、决策与图形输出。


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