流域水環(huán)境污染模型及其應(yīng)用研究

【摘要】在研究流域水環(huán)境污染問(wèn)題時(shí)，流域水環(huán)境污染模型是一項(xiàng)必不可少的重要工具。目前，流域水環(huán)境模型一般分為：污染負(fù)荷模型、受納水體水質(zhì)模型、以及集成污染負(fù)荷與水體水質(zhì)的綜合流域模型，在這里，我們主要研究一下各模型的使用特征與結(jié)構(gòu)原理，探討在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的總結(jié)，希望在未來(lái)可以有更多的解決流域水環(huán)境的污染的辦法。

【關(guān)鍵詞】流域水環(huán)境；污染模型；污染負(fù)荷

我國(guó)的水環(huán)境污染問(wèn)題較為嚴(yán)重，而相應(yīng)的解決措施與技術(shù)卻很匱乏，在大量的重金屬與病原體等污染源作用下，土壤以及水源的污染情況每況愈下，主要是還沒(méi)有取得有效的控制，所以非常有必要在流域水范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)污染問(wèn)題的模擬、預(yù)測(cè)與分析，并實(shí)施相應(yīng)的管理，明確污染物的分布規(guī)律，掌握其遷移規(guī)律，將是治理與控制流域水環(huán)境污染問(wèn)題的有效途徑，并通過(guò)模型的模擬測(cè)試，掌握污染源對(duì)水質(zhì)造成的污染負(fù)荷與影響，從而改變負(fù)荷，并加以管理控制以提高水質(zhì)狀況。針對(duì)流域水環(huán)境模型所監(jiān)測(cè)的對(duì)象與研究目的，我們將模型分為三類：污染負(fù)荷模型、受納水體水質(zhì)模型及綜合流域模型。通過(guò)對(duì)它們結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)的分析，以及在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的探討，以期對(duì)流域水環(huán)境污染研究出更加切實(shí)可行的有效治理辦法。

一、污染負(fù)荷模型的特點(diǎn)與應(yīng)用

這里我們主要介紹兩種模型，一種是GWLF，它可以通過(guò)模擬流域內(nèi)不同土地的使用方式測(cè)試出徑流量、土壤侵蝕量以及氮、磷、營(yíng)養(yǎng)成分的負(fù)荷。其模擬過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要校準(zhǔn)，對(duì)空間數(shù)據(jù)與參數(shù)量要求較少，但也因其模擬不夠精確，對(duì)單次，及特殊情況下的污染負(fù)荷信息反饋無(wú)用。另一種是PLOAD 模型，它屬于流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷模型，通過(guò)年尺度計(jì)算分析各污染物負(fù)荷，因其計(jì)算簡(jiǎn)單易懂、操作便捷、可視化效果好，得到了廣泛的使用，結(jié)合BMP 模型，還可制定提供非點(diǎn)源污染控制措施的依據(jù).

二、水體水質(zhì)模型特點(diǎn)與應(yīng)用

總體來(lái)講，水體水質(zhì)模型是用來(lái)預(yù)測(cè)、研究水體的污染與自凈以及排污的控制等。以下我們將為大家介紹幾種模型：1 QUAL2E 是一種維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，它適用于模擬混合型支流較多的河流水質(zhì)， 可謂是動(dòng)靜皆宜的模型?？赏ㄟ^(guò)研究廢水排放做靜態(tài)模擬，也可通過(guò)氣象數(shù)據(jù)變化做動(dòng)態(tài)模擬，測(cè)試出河流水質(zhì)的變化，但其計(jì)算量有限。2 WASP模型主要用于對(duì)地表水污染物的遷移轉(zhuǎn)化模擬，普遍應(yīng)用于湖泊、河流、水庫(kù)、池塘等或沿海水域一維、二維和三維的水質(zhì)模擬，因其擁有水質(zhì)分析模擬程序，可對(duì)重金屬，有機(jī)化合物、葉綠素a、硝酸鹽等物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行預(yù)測(cè)，又因其為一種數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型，既靈活，又在數(shù)值計(jì)算與參數(shù)率定上具有一定優(yōu)勢(shì)，但因其操作繁瑣，容易產(chǎn)生誤差，建議與GIS耦合應(yīng)用，以提高精準(zhǔn)度。3 還有一些適用于特定水質(zhì)的模型.如CE-QUAL-W2，適用于湖泊、水庫(kù)等水域，可模擬二維橫向平均水動(dòng)力學(xué)和水質(zhì)；EFDC，可模擬水系統(tǒng)一維、二維和三維流場(chǎng)、點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染物及有機(jī)物遷移、回歸趨勢(shì)等；AQUATOX 是淡水生態(tài)系統(tǒng)模型，可預(yù)測(cè)營(yíng)養(yǎng)物、有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化，及其對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)的影響。

三、流域綜合模型的特點(diǎn)與應(yīng)用

這里主要通過(guò)其應(yīng)用范圍介紹四種模型：1 HSPF 常用于預(yù)測(cè)地表水、地下水以及徑流中污染物的濃度，可模擬非點(diǎn)源污染傳輸過(guò)程對(duì)較大流域進(jìn)行連續(xù)模擬，對(duì)水文水質(zhì)有最全面與最靈活的模擬，且其模擬精度高，只是對(duì)其輸入的連續(xù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)要求也很高，使用性受限。2 SWAT最適用于農(nóng)業(yè)與森林流域的非點(diǎn)源污染模擬，具有連續(xù)模擬能力，可預(yù)測(cè)出水分、泥沙、污染物對(duì)土地長(zhǎng)期影響，但該模型在應(yīng)用時(shí)，需要大量的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過(guò)程，其準(zhǔn)確度會(huì)受到校驗(yàn)參數(shù)等影響。3 AGNPS的測(cè)試流域尺度不受限，對(duì)非點(diǎn)源污染負(fù)荷不僅有預(yù)報(bào)能力，更可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)、投資、效益等分析，對(duì)水質(zhì)問(wèn)題預(yù)測(cè)按重要性順序排列，因其是單次降雨模型，不適用于對(duì)流域進(jìn)行長(zhǎng)期及規(guī)律性的研究。4 SWMM可對(duì)城市暴雨徑流量及污染物進(jìn)行有效模擬，同時(shí)具有單次與連續(xù)模擬功能，是收集城市雨洪資料的有效工具，需要改進(jìn)的是其對(duì)參數(shù)要求較高。還有一些其他特定流域的模型，我們就不再一一介紹了。

四、流域水環(huán)境污染模型發(fā)展趨勢(shì)

各模型的廣泛應(yīng)用，使流域水環(huán)境污染可以得到一定的控制，這不禁讓我們看到模型的高效能作用，但從其實(shí)際應(yīng)用所反饋的問(wèn)題來(lái)看，我們還有以下幾點(diǎn)需要深入研究：

1 不難看出，以上模型各有所長(zhǎng)，但也仍有需要改進(jìn)的地方，對(duì)模型的校準(zhǔn)、平臺(tái)開(kāi)發(fā)，以及功能擴(kuò)展方面，尤其是在高精度與使用范圍上，如：通過(guò)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理功能，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，提取區(qū)域地形、地貌、土壤、植物等分布情況，還可預(yù)測(cè)出控制措施對(duì)未來(lái)水質(zhì)的改善情況等。

2 一直以來(lái)，對(duì)模型的模擬的不確定性，眾說(shuō)紛紜，盡管還沒(méi)有對(duì)不確定性的可靠依據(jù)，但對(duì)模型進(jìn)行深入的研究與可靠的系統(tǒng)分析，是我們減小誤差的必不可少的工作，也對(duì)模型的發(fā)展有促進(jìn)作用。

3 耦合與集成化模型可以發(fā)揮模型的最大功能，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠有效解決流域水環(huán)境污染復(fù)雜多變的情況。

在模型的推廣使用方面，建設(shè)大型的水質(zhì)流域中心，進(jìn)行集成管理將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，將各模型優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，用來(lái)精確計(jì)算與評(píng)估污染負(fù)荷，改造治理日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問(wèn)題，增強(qiáng)其綜合優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮最大的治理功能，爭(zhēng)取在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，水環(huán)境的治理水平必將大幅提升。

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