水源区河流非点源污染物入河量计算的水质方程反演方法

王秀娟 | -> | 1493| 1| 0.316313MB |水质方程,反演模型,不确定性分析,非点源污染,入河量

王秀娟 王秀娟 | 文档量 |浏览量29578

摘要:以水质一维流方程为基础,建立了水源地区非点源污染物入河量计算的反演模型;计算了浙江省湖州市老虎潭水库水源地区各条支流的非点源污染物入河量;并通过对实测水文水质参数的统计,采用Monte Carlo 模拟方法,分析了模型各输入参数的敏感性. 由于该模型所有敏感参数都可以实测获得,避免了关键参数取值的人为主观因素的影响,保证了非点源污染过程定量分析的客观性;该模型在计算非点源污染物入河量时不受时间的限制,可以根据研究区域的水文水质监测频率计算任意时段内的非点源污染物入河量. 结果表明,该水源区所有溪流中的氮、磷污染物负荷量都与溪流流量呈极显著正相关( r> 0. 90,p < 0. 01) ,因此,丰水期是非点源污染物入河的集中期;对输入参数的敏感性分析显示,对模型输出结果影响最大的是溪流的流量,其次是段末浓度和背景浓度,综合降解系数和流速的影响较小.
    在点源污染逐步得到控制以后,非点源污染越来越成为水环境问题的焦点[1 ~ 3];而区域或河段的非点源污染物入河量估算,是实行非点源污染控制的基础. 由于非点源污染发生的时空不确定性、污染物迁移过程的高度非线性和多污染源的复合污染特性,使得直接监测非点源污染物的入河量、进而建立污染物入河量和水质响应关系困难重重,并已经成为非点源污染控制研究进展缓慢的重要原因.流域非点源污染物入河量的估算已有很多模型,如机制性模型ANSWERS[4]、GLEAMS[5]、AGNPS[6]、SWAT[7]等. 尽管这些模型具有很强的分析大尺度污染物迁移转化过程的功能,但是应用这些建立在物理机制和大量经验关系基础上的模型,需要太多的参数和数据进行校正,严重限制了这些模型在建模区域外的有效推广和应用.
    输出系数法[8]因其明确的物理意义和简洁的表达形式,被广泛地应用于估算不同非点源污染源污染物的入河负荷[9 ~ 13]. 但是,由于确定不同生态环境条件下各种污染源污染物的入河系数非常困难,现在绝大多数的此类研究中,都采用了从文献或其它人的工作中“借用”入河系数的方法,从而导致了严重的主观因素的影响和干扰,也成为该方法成功应用的致命弱点. 此外,输出系数法给出的是污染物入河量的年平均值,不能提供短期内如一次降雨事件或一个短的水文周期的非点源污染物入河量,这给非点源污染的分期控制带来很大的难度,也很难建立真正有效的非点源污染控制的具体实施方案. 近来也有学者提出了以水体污染物平均浓度估算非点源污染负荷的方法[14],并用于黄河支流流域非点源污染物排放估算[15];该方法避免了污染物产生迁移等过程参数的选择,但同样只能估算污染物入河量的年平均值.
    本研究基于水质一维流方程建立了水源区非点源污染物入河量计算的反演模型,根据流域出口断面的实测水质浓度及流量、流速和污染物在流过程中的降解速率等参数反演非点源污染物的入河量,计算过程中避免了人为确定参数的误差. 同时,该模型的应用也不受研究区的土地利用类型、农业生产、水文气象、社会经济等状况的影响,适用于符合水质一维流模型的所有河流,且能获取任意时段内的非点源污染物入河量,可用于研究单次降雨事件过程中非点源污染物的入河量问题.
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