流域(區(qū)域)水環(huán)境污染物空間分布評(píng)估與決策支持服務(wù)
項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本服務(wù)體系主要依托 SPARROW 模型,它是一款由美國(guó)國(guó)家地質(zhì)調(diào)查局(USGS)開(kāi)發(fā)的非線性流域污染物評(píng)估模型,其介于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型與機(jī)理模型之間,用于估計(jì)流域地表水體中污染物負(fù)荷與污染源之間的關(guān)系。是美國(guó) TMDL 計(jì)劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS(統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng))平臺(tái)運(yùn)行,使用 IML 語(yǔ)言編寫(xiě),其嵌套的統(tǒng)計(jì)模塊可以輕松調(diào)用非線性加權(quán)最小二乘法(NWLS)進(jìn)行方程的求解,完成所需參數(shù)的估計(jì),雖然SPARROW 本身可以免費(fèi)使用,但是 SAS 平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用不菲,為此我們基于 SPARROW 模型的原理,使用 FORTRAN 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了面向我國(guó)特點(diǎn)的具有空間響應(yīng)特性的水環(huán)境管理模型,簡(jiǎn)化了原SPARROW 模型中不適用于中國(guó)的模塊,并增加 jackknife 不確定性分析模塊,按照中國(guó)水環(huán)境管理需求補(bǔ)充可能實(shí)現(xiàn)的模塊,優(yōu)化模型功能,改善人機(jī)交互形式,使數(shù)據(jù)輸入及模型運(yùn)行更加方便易學(xué)并符合中國(guó)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。利用 ArcGIS 生成河網(wǎng)、劃分子流域等,提取與整合必要的與流域河流屬性相關(guān)的輸入數(shù)據(jù),并利用該平臺(tái)將模擬結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。應(yīng)用范圍:模型已應(yīng)用于東北松花江流域、黃山新安江流域,成功完成對(duì)這些地區(qū) N、P、COD 等污染負(fù)荷的空間解析,并設(shè)置敏感斷面(松花江流域的同江斷面,新安江流域的跨省斷面--街口斷面)進(jìn)行溯源分析,能夠?yàn)榱饔颍▍^(qū)域)水環(huán)境管理決策的制定與實(shí)施提供技術(shù)支持。效益分析:(1)污染源空間解析:進(jìn)行各子流域污染源組成比例分布預(yù)測(cè)以及各子流域的污染來(lái)源追溯等,由于監(jiān)測(cè)站點(diǎn)只能評(píng)價(jià)靜態(tài)的理化指標(biāo),SPARROW 模型則綜合考慮流域內(nèi)的地質(zhì)地貌、氣象要素等,通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)追溯污染來(lái)源,分析來(lái)自不同污染源的污染量和比例,有針對(duì)性地對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制和管理,找出污染貢獻(xiàn)最大的區(qū)域加以治理,實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出的效益最大化; (2)面向水質(zhì)達(dá)標(biāo)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)空間布局優(yōu)化與設(shè)計(jì):利用有限水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)過(guò)去一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)外推流域內(nèi)其他未監(jiān)測(cè)河段 的水質(zhì)情況,有效解決布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)成本高、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位數(shù)量少、代表性差的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)流域整體水質(zhì)狀況的預(yù)測(cè)分析,找出水質(zhì)較差河段,進(jìn)而有效優(yōu)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空間設(shè)置,為水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)提供支持。 (3)面向敏感區(qū)(達(dá)標(biāo)斷面)的削減措施優(yōu)化:例如海岸帶、湖庫(kù)、飲用水取水區(qū)、達(dá)標(biāo)考核斷面等,作為考核或評(píng)估斷面進(jìn)行污染物傳輸分析,分析上游各子流域?qū)ζ湮廴矩暙I(xiàn)大小,甄別污染貢獻(xiàn)最大的區(qū)域,優(yōu)化管理措施的設(shè)置。
南開(kāi)大學(xué)
2021-04-11