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流域水质预警体系研究与应用进展.pdf

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流域水质预警体系研究与应用进展.pdf

第 3 2 卷 第 7 期 2 0 1 9 年 7 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 7 J u l y ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 8  ̄ 0 8  ̄ 3 1 修 订 日 期 2 0 1 9  ̄ 0 5  ̄ 0 4 作 者 简 介 王 业 耀 1 9 6 5  ̄ ꎬ 男 ꎬ 广 西 北 流 人 ꎬ 研 究 员 ꎬ 博 士 ꎬ 博 导 ꎬ 主 要 从 事 水 体 污 染 控 制 研 究 ꎬ y e y a o w a n g @ 1 6 3 . c o m . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 姜 明 岑 1 9 8 9  ̄ ꎬ 女 ꎬ 辽 宁 沈 阳 人 ꎬ 硕 士 ꎬ 主 要 从 事 流 域 水 污 染 控 制 研 究 ꎬ m i n g c e n . j i a n g @ q q . c o m 基 金 项 目 国 家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 N o . 2 0 1 7 Z X 0 7 3 0 2 0 0 2 S u p p o r t e d b y M a j o r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y P r o g r a m f o r W a t e r P o l l u t i o n C o n t r o l a n d T r e a t m e n t ꎬ C h i n a N o . 2 0 1 7 Z X 0 7 3 0 2 0 0 2 流 域 水 质 预 警 体 系 研 究 与 应 用 进 展 王 业 耀 1 ꎬ 2 ꎬ 姜 明 岑 2 ∗ ꎬ 李 茜 1 ꎬ 陈 亚 男 1 ꎬ 白 雪 1 ꎬ 杨 琦 2 1 . 中 国 环 境 监 测 总 站 ꎬ 国 家 环 境 保 护 环 境 监 测 质 量 控 制 重 点 实 验 室 ꎬ 北 京 1 0 0 0 1 2 2 . 中 国 地 质 大 学 北 京 ꎬ 水 资 源 与 环 境 工 程 北 京 市 重 点 实 验 室 ꎬ 北 京 1 0 0 0 8 3 摘 要 流 域 水 质 预 警 是 水 质 监 控 管 理 的 重 要 组 成 部 分 ꎬ 完 善 的 流 域 水 质 预 警 体 系 可 为 流 域 水 污 染 处 理 提 供 充 足 时 间 和 所 需 信 息 ꎬ 有 效 削 减 水 污 染 对 水 环 境 造 成 的 影 响 . 对 国 内 外 的 流 域 水 质 预 警 体 系 研 究 进 展 分 别 从 预 警 体 系 目 标 、 预 警 指 标 、 预 警 阈 值 及 模 拟 模 型 4 个 方 面 进 行 了 综 述 ꎬ 并 且 对 目 前 国 内 外 典 型 流 域 水 质 预 警 体 系 进 行 了 分 析 . 结 果 表 明 流 域 水 质 预 警 体 系 目 标 主 要 从 流 域 水 体 功 能 和 水 体 污 染 风 险 2 个 方 面 进 行 考 虑 ꎻ 预 警 指 标 可 分 为 物 化 和 生 物 毒 性 指 标 2 类 ꎬ 生 物 毒 性 指 标 可 弥 补 物 化 指 标 的 不 足 ꎬ 但 不 能 完 全 替 代 ꎬ 二 者 联 合 并 施 是 未 来 预 警 指 标 筛 选 的 发 展 方 向 ꎻ 预 警 阈 值 的 制 定 依 据 环 境 质 量 标 准 、 排 放 标 准 、 水 质 现 状 及 污 染 源 特 征 等 信 息 ꎬ 采 用 单 指 标 多 次 报 警 、 多 指 标 联 合 报 警 或 物 化 与 生 物 毒 性 指 标 联 合 报 警 等 方 式 ꎬ 可 提 高 预 警 体 系 的 稳 定 和 可 靠 性 ꎻ 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 已 有 一 些 成 熟 应 用 ꎬ 但 大 部 分 模 型 依 然 需 要 大 量 的 参 数 和 历 史 数 据 才 能 保 证 准 确 性 ꎬ 因 此 对 于 大 型 流 域 难 以 适 用 . 目 前 我 国 还 未 有 国 家 层 面 完 整 的 流 域 水 质 预 警 体 系 和 相 关 流 程 在 应 用 ꎬ 特 别 是 缺 乏 可 靠 的 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 . 未 来 应 从 建 立 典 型 流 域 水 质 预 警 体 系 着 手 ꎬ 集 成 地 方 流 域 成 熟 应 用 的 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 ꎬ 逐 步 完 善 国 家 层 面 的 流 域 水 质 预 警 体 系 ꎬ 为 我 国 流 域 水 质 安 全 提 供 保 障 . 关 键 词 预 警 指 标 ꎻ 预 警 阈 值 ꎻ 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 ꎻ 生 物 毒 性 指 标 ꎻ 水 质 监 控 ꎻ 水 环 境 管 理 中 图 分 类 号 X 8 2 6 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 0 7  ̄ 1 1 2 6  ̄ 0 8 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 9 􀆰 0 5 􀆰 0 1 A d v a n c e s i n W a t e r s h e d W a t e r Q u a l i t y E a r l y  ̄ W a r n i n g S y s t e m W A N G Y e y a o 1 ꎬ 2 ꎬ J I A N G M i ng c e n 2 ∗ ꎬ L I Q i a n 1 ꎬ C H E N Y a n a n 1 ꎬ B A I X ue 1 ꎬ Y A N G Q i 2 1 . S t a t e E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n K e y L a b o r a t o r y o f Q u a l i t y C o n t r o l i n E n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n g ꎬ C h i n a N a t i o n a l E n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n g C e n t r e ꎬ B e i j i n g 1 0 0 0 1 2 ꎬ C h i n a 2 . B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o f W a t e r R e s o u r c e s & E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ꎬ C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s B e i j i n g ꎬ B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ꎬ C h i n a A b s t r a c t W a t e r s h e d w a t e r q u a l i t y e a r l y  ̄ w a r n i n g i s a n i m p o r t a n t c o m p o n e n t o f w a t e r q u a l i t y m o n i t o r i n g a n d m a n a g e m e n t . A n i n t e g r a l w a t e r q u a l i t y e a r l y  ̄ w a r n i n g s y s t e m c a n p r o v i d e s u f f i c i e n t t i m e a n d n e c e s s a r y i n f o r m a t i o n f o r w a t e r p o l l u t i o n t r e a t m e n t ꎬ w h i c h c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e i m p a c t o f p o l l u t i o n o n t h e w a t e r e n v i r o n m e n t . R e s e a r c h o n d o m e s t i c a n d f o r e i g n w a t e r s h e d w a t e r q u a l i t y e a r l y  ̄ w a r n i n g s y s t e m s w a s r e v i e w e d f r o m f o u r a s p e c t s o b j e c t i v e ꎬ i n d i c a t o r ꎬ t h r e s h o l d a n d s i m u l a t i o n m o d e l . F u r t h e r m o r e ꎬ t y p i c a l s y s t e m s w e r e a n a l y z e d . E x i s t i n g r e s e a r c h s h o w s t h a t t h e o b j e c t i v e s o f w a t e r q u a l i t y e a r l y w a r n i n g s y s t e m s w e r e m a i n l y c o n s i d e r e d f r o m o n l y t w o a s p e c t s w a t e r b o d y f u n c t i o n a n d w a t e r p o l l u t i o n r i s k . E a r l y  ̄ w a r n i n g i n d i c a t o r s c a n b e d i v i d e d i n t o t w o c a t e g o r i e s p h y s i c o c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s . B i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s c a n c o m p e n s a t e f o r t h e s h o r t a g e o f p h y s i c o c h e m i c a l i n d i c a t o r s b u t c a n n o t c o m p l e t e l y r e p l a c e t h e m . T h e c o m b i n a t i o n o f p h y s i c o c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s i s t h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n o f e a r l y  ̄ w a r n i n g i n d i c a t o r . T h e t h r e s h o l d s h o u l d b e b a s e d o n e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y s t a n d a r d s ꎬ e m i s s i o n s t a n d a r d s ꎬ w a t e r q u a l i t y s t a t u s a n d p o l l u t i o n s o u r c e c h a r a c t e r i s t i c s . T h e s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m r e l y o n t h e a l a r m m o d e s i n g l e i n d i c a t o r m u l t i p l e a l a r m ꎬ m u l t i  ̄ i n d i c a t o r j o i n t a l a r m ꎬ p h y s i c o c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s j o i n t a l a r m ꎬ e t c . S o m e m a t u r e p o l l u t a n t t r a n s p o r t a n d t r a n s f o r m m o d e l s h a v e b e e n a p p l i e d i n t h e s y s t e m . H o w e v e r ꎬ m o s t o f t h e m o d e l s r e q u i r e l a r g e n u m b e r s o f p a r a m e t e r s a n d h i s t o r i c a l d a t a t o e n s u r e t h e i r a c c u r a c y . I t i s d i f f i c u l t t o a p p l y t o a l a r g e w a t e r s h e d . C h i n a l a c k s a c o m p l e t e n a t i o n a l e a r l y  ̄ w a r n i n g s y s t e m a n d r e l a t e d p r o c e s s e s i n a p p l i c a t i o n ꎬ e s p e c i a l l y a r e l i a b l e s i m u l a t i o n m o d e l . I n t h e f u t u r e ꎬ e s t a b l i s h i n g a s y s t e m o f t y p i c a l w a t e r s h e d a n d i n t e g r a t i n g l o c a l m a t u r e m o d e l s h o u l d b e t h e f i r s t s t e p s t o w a r d s e n h a n c i n g t h e n a t i o n a l w a t e r q u a l i t y e a r l y  ̄ w a r n i n g s y s t e m .第 7 期 王 业 耀 等 流 域 水 质 预 警 体 系 研 究 与 应 用 进 展 K e y w o r d s e a r l y  ̄ w a r n i n g i n d i c a t o r s ꎻ e a r l y  ̄ w a r n i n g t h r e s h o l d ꎻ p o l l u t a n t t r a n s p o r t a n d t r a n s f o r m m o d e l ꎻ b i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s ꎻ w a t e r q u a l i t y m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l ꎻ w a t e r e n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t水 是 人 类 赖 以 生 存 和 发 展 的 重 要 资 源 ꎬ 然 而 由 于 人 类 生 产 和 活 动 的 快 速 发 展 ꎬ 一 些 流 域 面 临 着 不 同 程 度 和 种 类 的 水 质 污 染 ꎬ 影 响 着 人 类 和 自 然 生 物 的 健 康 以 及 生 态 的 平 衡 . 随 着 工 农 业 和 社 会 建 设 活 动 的 增 加 ꎬ 我 国 近 年 来 发 生 了 几 起 影 响 较 大 的 流 域 水 质 污 染 事 件 2 0 1 4 年 兰 州 石 化 公 司 历 史 积 存 地 下 含 油 污 水 进 入 自 流 沟 ꎬ 导 致 兰 州 局 部 自 来 水 发 生 苯 指 标 超 标 事 件 [ 1 ] ꎻ 同 年 汉 江 武 汉 段 发 生 自 来 水 氨 氮 超 标 事 件 ꎬ 致 使 约 3 0 1 0 4 人 口 以 及 数 百 家 食 品 加 工 企 业 受 影 响 [ 2 ] ꎻ 2 0 1 7 年 陕 西 企 业 铜 矿 排 污 造 成 嘉 陵 江 四 川 广 元 段 铊 污 染 [ 3 ] . 虽 然 在 “ 十 二 五 ” 期 间 国 务 院 各 部 门 积 极 推 行 水 污 染 治 理 工 作 取 得 了 明 显 成 效 ꎬ 但 仍 然 存 在 部 分 流 域 排 放 不 达 标 、 水 体 水 质 差 以 及 水 环 境 隐 患 多 等 问 题 . 及 时 处 理 污 染 事 故 可 有 效 削 减 水 污 染 对 水 环 境 造 成 的 影 响 ꎬ 为 了 及 时 应 对 水 污 染 事 件 ꎬ 行 之 有 效 的 办 法 是 建 立 完 善 的 流 域 水 质 预 警 体 系 . 国 外 对 流 域 水 质 预 警 体 系 的 研 究 起 步 较 早 ꎬ 目 前 已 有 一 些 成 熟 的 系 统 正 在 运 行 [ 4  ̄ 7 ] ꎬ 而 国 内 地 幅 辽 阔 ꎬ 水 质 情 况 复 杂 ꎬ 还 没 有 形 成 完 整 的 流 域 水 质 预 警 体 系 及 相 关 文 件 . 该 研 究 分 别 从 预 警 体 系 目 标 、 预 警 指 标 、 预 警 阈 值 及 模 拟 模 型 等 4 个 方 面 综 述 了 国 内 外 的 研 究 进 展 ꎬ 并 对 目 前 正 在 应 用 的 流 域 水 质 预 警 体 系 进 行 了 介 绍 ꎬ 为 完 善 我 国 流 域 水 质 预 警 体 系 提 供 科 学 参 考 依 据 与 技 术 支 撑 . 1 流 域 水 质 预 警 体 系 构 建 1􀆰 1 预 警 体 系 目 标 明 确 预 警 体 系 目 标 是 建 立 流 域 水 质 预 警 体 系 的 基 础 ꎬ 也 是 筛 选 预 警 指 标 的 重 要 依 据 . 制 定 目 标 时 通 常 从 以 下 2 个 方 面 进 行 考 虑 ① 流 域 水 体 功 能 ꎬ 如 当 流 域 水 体 为 饮 用 水 源 地 时 ꎬ 应 将 保 障 供 水 水 质 安 全 列 为 体 系 目 标 [ 8 ] . ② 水 体 污 染 风 险 ꎬ 当 流 域 水 污 染 事 故 频 发 时 ꎬ 目 标 应 设 为 针 对 突 发 性 水 污 染 事 件 的 预 警 [ 9 ] ꎻ 当 流 域 存 在 累 积 性 水 污 染 风 险 时 ꎬ 则 应 设 立 水 污 染 预 测 为 体 系 目 标 [ 1 0 ] . 此 外 ꎬ 一 些 体 系 目 标 还 包 含 整 合 涉 水 信 息 库 、 实 时 监 控 断 面 水 质 、 水 污 染 事 故 应 急 、 识 别 风 险 源 企 业 、 水 资 源 优 化 调 控 ꎬ 为 政 府 决 策 提 供 依 据 等 综 合 管 理 目 标 [ 1 1  ̄ 1 2 ] . 1􀆰 2 预 警 指 标 按 照 指 标 性 质 可 将 预 警 指 标 分 为 物 化 和 生 物 毒 性 指 标 ꎬ 其 中 物 化 指 标 按 照 所 反 映 水 质 的 状 况 还 可 归 纳 为 综 合 类 指 标 、 有 机 类 指 标 、 无 机 类 指 标 及 重 金 属 指 标 4 类 . 综 合 类 指 标 是 指 温 度 、 pH 、 D O 、 C O D M n 高 锰 酸 盐 指 数 及 电 导 率 等 常 规 监 测 且 可 综 合 反 映 水 质 情 况 的 指 标 . 有 机 类 指 标 是 指 总 有 机 碳 T O C 、 挥 发 性 有 机 物 V O C s 及 石 油 类 等 可 反 映 水 体 内 有 机 物 污 染 的 指 标 C O D M n 和 C O D C r 也 可 归 为 有 机 类 指 标 [ 8 ꎬ 1 3 ] . 无 机 类 指 标 除 包 含 营 养 盐 类 指 标 如 氨 氮 、 总 氮 及 总 磷 等 ꎬ 还 包 括 一 些 无 机 化 合 物 指 标 如 氰 化 物 、 氟 化 物 及 硫 化 物 等 [ 1 4 ] . 重 金 属 指 标 包 含 2 种 情 况 ① 铜 、 锌 及 铅 等 表 征 水 中 可 溶 态 金 属 含 量 的 指 标 ꎻ ② 砷 、 汞 和 硒 等 表 征 水 体 中 存 在 总 量 包 括 悬 浮 态 、 溶 解 态 和 有 机 及 无 机 化 合 物 中 的 含 量 的 指 标 [ 1 5 ] . 由 于 物 化 指 标 的 逐 一 监 测 过 程 较 为 繁 琐 ꎬ 同 时 监 测 的 滞 后 性 和 部 分 污 染 物 存 在 生 物 有 效 性 差 异 ꎬ 导 致 指 标 有 时 无 法 及 时 反 映 污 染 情 况 ꎬ 因 此 生 物 毒 性 指 标 逐 渐 成 为 重 要 的 预 警 指 标 [ 1 6 ] . 生 物 毒 性 监 测 技 术 起 源 于 观 察 鱼 类 ꎬ 通 过 其 呼 吸 变 化 来 反 映 水 质 的 污 染 状 况 [ 1 7 ] . 目 前 ꎬ 鱼 类 、 发 光 菌 、 大 型 蚤 、 藻 类 及 贝 类 都 是 当 前 研 究 中 的 热 点 生 物 毒 性 指 标 [ 1 8 ] . 随 着 生 物 毒 性 监 测 技 术 的 发 展 ꎬ 更 多 的 微 生 物 通 过 微 生 物 传 感 器 成 为 可 进 行 水 质 生 物 毒 性 监 测 的 指 标 [ 1 9 ] . 各 类 生 物 毒 性 指 标 的 原 理 及 特 征 见 表 1 . 虽 然 生 物 预 警 指 标 可 以 全 面 且 快 速 地 检 测 到 水 体 中 有 毒 物 质 的 存 在 ꎬ 但 却 无 法 对 污 染 物 进 行 定 性 及 定 量 分 析 ꎬ 因 此 并 不 能 替 代 物 化 指 标 预 警 [ 4 0 ] . 为 提 高 预 警 效 率 ꎬ 应 对 众 多 种 类 的 预 警 指 标 进 行 优 化 筛 选 ꎬ 总 体 上 遵 循 以 下 原 则 ① 代 表 性 ꎬ 能 反 映 出 流 域 的 水 质 变 化 特 征 . ② 可 行 性 ꎬ 可 实 现 水 质 的 在 线 实 时 监 测 以 保 障 预 警 的 及 时 性 . ③ 灵 敏 性 ꎬ 综 合 类 指 标 识 别 水 体 污 染 应 足 够 灵 敏 . ④ 经 济 性 ꎬ 适 当 选 择 在 线 监 测 仪 器 价 格 较 低 的 指 标 ꎬ 以 提 高 预 警 系 统 性 价 比 . 1 􀆰 3 预 警 阈 值 制 定 预 警 阈 值 的 基 本 方 法 是 依 据 G B 3 838 2 002 地 表 水 环 境 质 量 标 准 确 定 单 项 预 警 指 标 阈 值 ꎬ 即 根 据 预 警 断 面 当 前 的 水 质 状 况 ꎬ 选 择 相 应 类 别 的 水 质 指 标 上 、 下 限 值 并 设 置 可 浮 动 的 范 围 ꎬ 从 而 得 到 该 项 预 警 指 标 的 阈 值 . 在 进 行 数 据 异 常 判 断 时 ꎬ 为 避 免 因 仪 器 故 障 等 原 因 引 起 的 水 质 数 据 异 常 所 产 生 的 误 报 情 况 ꎬ 可 采 用 3 种 方 式 进 行 判 断 ① 采 用 一 段 时 间 内 的 监 测 平 均 值 与 阈 值 进 行 比 较 判 断 [ 4 1 ] . ② 采 用 瞬 时 值 超 过 阈 值 的 次 数 占 总 体 测 量 的 百 分 比 [ 4 2 ] 进 行 判 断 . ③ 采 用 多 指 标 联 合 判 断 . 单 项 指 标 持 续 上 升 下 降 或 两 次 测 量 值 差 超 过 一 定 的 幅 度 时 ꎬ 也 应 7 2 1 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷表 1 生 物 毒 性 指 标 原 理 及 特 征 T a b l e 1 P r i n c i p l e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f b i o l o g i c a l t o x i c i t y i n d i c a t o r s 指 标 类 别 指 示 原 理 优 势 不 足 数 据 来 源 鱼 类 观 察 鱼 类 的 呼 吸 变 化 、 游 动 及 选 择 等 行 为 变 化 对 于 毒 性 的 反 应 与 高 级 脊 椎 动 物 相 似 ꎬ 可 用 来 评 估 对 人 体 的 危 害 检 测 时 间 过 长 ꎻ 不 同 鱼 种 反 映 差 异 较 大 ꎬ 并 且 繁 殖 几 代 后 易 对 污 染 物 产 生 抗 性 文 献 [ 2 0  ̄ 2 3 ] 发 光 菌 测 量 发 光 菌 细 胞 呼 吸 作 用 所 产 生 光 强 的 抑 制 率 检 测 方 法 简 单 快 速 、 易 于 重 复 ꎬ 在 工 、 矿 业 废 水 及 含 重 金 属 污 水 中 有 广 泛 应 用 受 浊 度 、 盐 度 等 因 素 干 扰 ꎬ 水 质 样 品 需 要 前 处 理 文 献 [ 2 4  ̄ 2 7 ] 大 型 蚤 观 察 大 型 蚤 的 趋 光 性 、 游 动 速 率 及 分 布 概 率 等 行 为 指 标 易 于 培 养 ꎬ 对 有 毒 污 染 物 响 应 灵 敏 度 高 ꎬ 主 要 用 于 饮 用 水 监 控 受 环 境 因 子 影 响 复 杂 ꎻ 低 浓 度 污 染 物 预 警 灵 敏 度 低 文 献 [ 2 8  ̄ 3 1 ] 藻 类 观 察 藻 类 叶 绿 素 荧 光 变 化 常 用 来 预 警 水 体 的 富 营 养 化 ꎬ 对 以 农 业 污 染 为 主 且 水 质 较 好 的 水 体 预 警 效 果 好 易 对 污 染 物 质 产 生 抗 性 ꎻ 检 测 结 果 易 受 到 其 他 因 素 影 响 ꎬ 需 要 前 处 理 文 献 [ 3 2  ̄ 3 4 ] 贝 类 测 量 贝 类 闭 壳 的 时 长 易 于 培 养 获 取 ꎬ 对 农 药 类 和 重 金 属 类 污 染 物 响 应 灵 敏 度 高 难 以 确 定 预 警 阈 值 的 标 准 文 献 [ 3 5  ̄ 3 7 ] 微 生 物 传 感 器 类 将 微 生 物 的 呼 吸 作 用 转 换 成 电 流 信 号 ꎬ 通 过 测 量 电 流 强 度 变 化 来 判 断 微 生 物 呼 吸 作 用 的 抑 制 率 对 污 染 物 响 应 灵 敏 度 高 且 反 应 快 ꎬ 操 作 简 单 ꎬ 易 于 测 量 稳 定 性 较 弱 ꎬ 运 行 期 间 维 护 频 繁 ꎬ 难 以 实 现 长 时 间 在 线 预 警 文 献 [ 1 9 ꎬ 3 8  ̄ 3 9 ] 该 进 行 报 警 [ 8 ꎬ 4 2 ] . 对 于 排 污 口 下 游 监 测 断 面 的 预 警 阈 值 ꎬ 通 常 依 据 相 应 的 污 水 排 放 标 准 、 污 水 厂 设 计 的 排 放 量 、 日 常 运 行 情 况 等 信 息 来 制 定 [ 4 3 ] . 因 生 物 体 对 于 不 同 污 染 物 的 敏 感 性 不 同 ꎬ 生 物 毒 性 预 警 指 标 的 阈 值 制 定 方 法 相 对 复 杂 ꎬ 应 结 合 所 在 地 的 水 质 特 征 及 污 染 源 特 征 等 信 息 进 行 制 定 [ 2 3 ] . 在 确 定 指 示 生 物 后 ꎬ 采 用 所 在 地 原 水 进 行 试 验 ꎬ 确 定 指 示 生 物 的 长 期 稳 定 值 如 发 光 菌 的 发 光 强 度 、 藻 类 的 叶 绿 素 荧 光 强 度 或 鱼 类 呼 吸 变 化 、 游 动 速 率 等 ꎬ 根 据 水 质 特 征 及 流 域 水 体 功 能 ꎬ 设 定 指 标 变 化 的 范 围 ꎬ从 而 得 到 生 物 毒 性 指 标 的 阈 值 . 不 过 在 实 际 应 用 中 ꎬ 指 示 生 物 的 长 期 稳 定 值 会 受 到 温 度 、 光 照 等 因 素 变 化 的 影 响 ꎬ致 使 预 警 的 可 靠 性 变 差 . 因 此 ꎬ 采 用 物 化 和 生 物 毒 性 指 标 组 合 预 警 是 提 高 系 统 预 警 可 靠 性 的 有 效 方 式 . 1 􀆰 4 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 在 流 域 水 质 预 警 体 系 中 ꎬ 采 用 相 关 水 动 力 、 水 质 模 型 来 模 拟 预 测 污 染 物 在 水 体 中 的 运 移 情 况 ꎬ 可 保 证 污 染 物 排 放 到 水 体 中 的 浓 度 和 总 量 在 合 理 的 范 围 内 . 当 污 染 事 件 发 生 时 ꎬ 也 可 掌 控 污 染 物 在 水 体 中 运 移 的 情 况 ꎬ 为 应 急 工 作 提 供 参 考 依 据 . 同 时 ꎬ 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 也 是 污 染 物 溯 源 的 重 要 支 撑 . 将 现 有 模 型 按 照 模 拟 的 维 度 分 类 ꎬ 可 分 为 零 维 模 型 、 一 维 模 型 、 二 维 模 型 和 三 维 模 型 ꎬ 不 同 维 度 的 模 型 适 用 性 有 所 差 异 [ 4 4 ] . 目 前 应 用 较 多 的 模 型 及 其 特 征 见 表 2 . 表 2 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 特 征 及 模 拟 指 标 T a b l e 2 C h a r a c t e r i s t i c s a n d s i m u l a t e d i n d i c a t o r s o f p o l l u t a n t t r a n s p o r t a n d t r a n s f o r m m o d e l 模 型 空 间 类 别 优 势 不 足 主 要 模 拟 指 标 数 据 来 源 M I K E 一 维 、 二 维 、 三 维 水 动 力 条 件 选 择 丰 富 ꎻ 交 互 性 强 ꎻ 水 质 变 化 类 型 覆 盖 广 泛 、 模 拟 指 标 丰 富 源 代 码 不 开 放 ꎬ 无 法 根 据 实 际 情 况 修 改 模 型 常 规 污 染 物、 营 养 盐 类 污 染 物、 藻类、 B O D 、 D O 、 重金 属等 文 献 [ 1 0 ꎬ 4 5  ̄ 4 6 ] W A S P 一 维 、 三 维 交 互性强ꎻ 能与多种 水 动力 模 型 耦 合 ꎻ 覆 盖污染物广 泛ꎻ 输 出 结果多样 化 不 适 用 于 定 性 分 析 ꎻ 对 沉 积 物 通 量 计 算 考 虑 简 单 常 规 污 染 物 、 有 毒 污 染 物 文 献 [ 4 7  ̄ 4 9 ] H S P F 一 维 集 成 水 文 、 水 力 和 水 质 模 拟 ꎻ 更 适 用 于 非 点 源 污 染 模 拟 所 需 数 据 种 类 多 ꎬ 且 需 连 续 ꎻ 需 假 设 污 染 物 在 纵 向 和 垂 向 充 分 混 合 B O D 、 D O 、 营 养 盐 类 污 染 物 、 农 药 、 径 流 等 文 献 [ 5 0  ̄ 5 1 ] S W A T 一 维 适 用 于 非 点 源 污 染 对 于 水 质 的 影 响 模 拟 ꎻ 可 模 拟 面 积 较 大 的 流 域 所 需 数 据 种 类 多 ꎬ 且 数 据 量 大 ꎻ 对 于 城 市 非 点 源 精 度 不 高 农 药 、 营 养 盐 类 污 染 物 、 有 机 污 染 物 文 献 [ 5 2  ̄ 5 3 ] S  ̄ P 一 维 计 算 简 便 ꎻ 模 型 易 于 改 进 覆 盖 的 污 染 物 种 类 较 少 ꎻ 假 设 条 件 较 多 ꎻ 计 算 精 度 低 耗 氧 性 有 机 污 染 物 文 献 [ 5 4  ̄ 5 5 ] E F D C 一 维 、 二 维 、 三 维 可 定 量 模 拟 环 境 特 征 、 污 染 负 荷 与 水 质 间 的 动 态 响 应 关 系 ꎻ 具 备 通 用 性 ꎬ 精 度 高 所 需 数 据 种 类 多 ꎻ 对 操 作 者 专 业 基 础 要 求 较 高 D O 、 悬 浮 藻 类 、 有机 污染物 、 营 养 盐 类 污 染 物 、 硅 氧 循 环 等 文 献 [ 5 6  ̄ 5 7 ] Q U A L 一 维 可 进 行 动 态 模 拟 ꎻ 所 需 数 据 种 类 较 少 ꎻ 交 互 性 强 仅 限 模 拟 较 小 的 流 域 D O 、 B O D 、 水 温 、 藻 类 营 养 盐 类 污 染 物 等 文 献 [ 5 8  ̄ 5 9 ] 8 2 1 1第 7 期 王 业 耀 等 流 域 水 质 预 警 体 系 研 究 与 应 用 进 展 虽 然 这 些 模 型 皆 有 一 些 较 为 出 色 的 应 用 ꎬ 但 普 遍 需 要 较 多 的 水 质 和 水 文 参 数 等 数 据 信 息 ꎬ 因 此 限 制 了 在 数 据 匮 乏 流 域 中 的 发 展 . 如 何 减 少 模 型 参 数 和 历 史 数 据 的 输 入 ꎬ 并 且 不 降 低 模 拟 的 准 确 性 是 污 染 物 迁 移 转 化 模 型 研 究 需 要 攻 克 的 难 题 . 2 国 内 外 流 域 水 质 预 警 体 系 应 用 2􀆰 1 我 国 流 域 水 质 预 警 体 系 水 污 染 防 治 行 动 计 划 的 实 施 积 极 推 动 了 流 域 水 质 预 警 体 系 的 发 展 . 我 国 地 表 水 监 测 网 络 从 19 8 8 年 开 始 建 立 ꎬ 并 于 199 6 年 开 始 逐 渐 加 入 自 动 监 测 技 术 ꎬ 经 过 3 0 a 的 逐 步 完 善 ꎬ 已 形 成 覆 盖 面 积 广 、 指 标 完 备 的 监 测 网 络 ꎬ 这 为 流 域 水 质 预 警 体 系 的 建 立 奠 定 了 基 础 . 目 前 ꎬ 已 着 手 建 立 基 于 水 质 自 动 监 测 站 的 国 家 水 质 预 警 系 统 平 台 覆 盖 的 国 控 自 动 监 测 断 面 已 从 31 0 个 扩 增 至 近 2 00 0 个 . 预 警 指 标 包 括 常 规 五 参 数 即 水 温 、 pH 、 D O 、

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