流域水環境污染模型及其應用研究

【摘要】在研究流域水環境污染問題時，流域水環境污染模型是一項必不可少的重要工具。目前，流域水環境模型一般分為：污染負荷模型、受納水體水質模型、以及集成污染負荷與水體水質的綜合流域模型，在這里，我們主要研究一下各模型的使用特征與結構原理，探討在實際應用中可能出現的問題，并進行簡明扼要的總結，希望在未來可以有更多的解決流域水環境的污染的辦法。

【關鍵詞】流域水環境；污染模型；污染負荷

我國的水環境污染問題較為嚴重，而相應的解決措施與技術卻很匱乏，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，主要是還沒有取得有效的控制，所以非常有必要在流域水范圍內進行對污染問題的模擬、預測與分析，并實施相應的管理，明確污染物的分布規律，掌握其遷移規律，將是治理與控制流域水環境污染問題的有效途徑，并通過模型的模擬測試，掌握污染源對水質造成的污染負荷與影響，從而改變負荷，并加以管理控制以提高水質狀況。針對流域水環境模型所監測的對象與研究目的，我們將模型分為三類：污染負荷模型、受納水體水質模型及綜合流域模型。通過對它們結構與特點的分析，以及在實際應用過程中的探討，以期對流域水環境污染研究出更加切實可行的有效治理辦法。

一、污染負荷模型的特點與應用

這里我們主要介紹兩種模型，一種是GWLF，它可以通過模擬流域內不同土地的使用方式測試出徑流量、土壤侵蝕量以及氮、磷、營養成分的負荷。其模擬過程簡單，不需要校準，對空間數據與參數量要求較少，但也因其模擬不夠精確，對單次，及特殊情況下的污染負荷信息反饋無用。另一種是PLOAD 模型，它屬于流域非點源污染負荷模型，通過年尺度計算分析各污染物負荷，因其計算簡單易懂、操作便捷、可視化效果好，得到了廣泛的使用，結合BMP 模型，還可制定提供非點源污染控制措施的依據.

二、水體水質模型特點與應用

總體來講，水體水質模型是用來預測、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 是一種維穩態水質模型，它適用于模擬混合型支流較多的河流水質， 可謂是動靜皆宜的模型。可通過研究廢水排放做靜態模擬，也可通過氣象數據變化做動態模擬，測試出河流水質的變化，但其計算量有限。2 WASP模型主要用于對地表水污染物的遷移轉化模擬，普遍應用于湖泊、河流、水庫、池塘等或沿海水域一維、二維和三維的水質模擬，因其擁有水質分析模擬程序，可對重金屬，有機化合物、葉綠素a、硝酸鹽等物質的遷移轉化進行預測，又因其為一種數學動態模型，既靈活，又在數值計算與參數率定上具有一定優勢，但因其操作繁瑣，容易產生誤差，建議與GIS耦合應用，以提高精準度。3 還有一些適用于特定水質的模型.如CE-QUAL-W2，適用于湖泊、水庫等水域，可模擬二維橫向平均水動力學和水質；EFDC，可模擬水系統一維、二維和三維流場、點源與非點源污染物及有機物遷移、回歸趨勢等；AQUATOX 是淡水生態系統模型，可預測營養物、有機物的遷移轉化，及其對生物和生態系統的影響。

三、流域綜合模型的特點與應用

這里主要通過其應用范圍介紹四種模型：1 HSPF 常用于預測地表水、地下水以及徑流中污染物的濃度，可模擬非點源污染傳輸過程對較大流域進行連續模擬，對水文水質有最全面與最靈活的模擬，且其模擬精度高，只是對其輸入的連續時間序列數據要求也很高，使用性受限。2 SWAT最適用于農業與森林流域的非點源污染模擬，具有連續模擬能力，可預測出水分、泥沙、污染物對土地長期影響，但該模型在應用時，需要大量的標準轉換過程，其準確度會受到校驗參數等影響。3 AGNPS的測試流域尺度不受限，對非點源污染負荷不僅有預報能力，更可進行風險、投資、效益等分析，對水質問題預測按重要性順序排列，因其是單次降雨模型，不適用于對流域進行長期及規律性的研究。4 SWMM可對城市暴雨徑流量及污染物進行有效模擬，同時具有單次與連續模擬功能，是收集城市雨洪資料的有效工具，需要改進的是其對參數要求較高。還有一些其他特定流域的模型，我們就不再一一介紹了。

四、流域水環境污染模型發展趨勢

各模型的廣泛應用，使流域水環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，但從其實際應用所反饋的問題來看，我們還有以下幾點需要深入研究：

1 不難看出，以上模型各有所長，但也仍有需要改進的地方，對模型的校準、平臺開發，以及功能擴展方面，尤其是在高精度與使用范圍上，如：通過平臺對數據的存儲與處理功能，可以進行數據模擬，提取區域地形、地貌、土壤、植物等分布情況，還可預測出控制措施對未來水質的改善情況等。

2 一直以來，對模型的模擬的不確定性，眾說紛紜，盡管還沒有對不確定性的可靠依據，但對模型進行深入的研究與可靠的系統分析，是我們減小誤差的必不可少的工作，也對模型的發展有促進作用。

3 耦合與集成化模型可以發揮模型的最大功能，通過優勢互補，能夠有效解決流域水環境污染復雜多變的情況。

在模型的推廣使用方面，建設大型的水質流域中心，進行集成管理將是未來的發展趨勢，將各模型優勢互補，用來精確計算與評估污染負荷，改造治理日益嚴重的水環境污染問題，增強其綜合優勢，發揮最大的治理功能，爭取在國內得到廣泛的應用，水環境的治理水平必將大幅提升。

參考文獻：

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