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      流域水環(huán)境污染模型及其應(yīng)用研究

      2017-04-29 00:00:00滕金伯
      水能經(jīng)濟(jì) 2017年3期

      【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。

      參考文獻(xiàn):

      [1]孟偉.中國(guó)流域水環(huán)境污染綜合防治戰(zhàn)略[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2007,27(5):712-716

      [2]王夏暉,陸軍,張慶忠,等.基于流域尺度的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物空間排放特征與總量控制研究[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(9):2554-2561

      [3]董文平,馬濤,劉強(qiáng),等.流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)展及其調(diào)控研究[J].環(huán)境工程,2015,1(12):111-115.

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