[00116731]湘江水环境目标重金属污染负荷控制系统

本项研究以湘江枫溪至马家河段476平方公里的汇水面积作为研究区，以湘江干流枫溪-马家河段为目标河段，以镉为研究因子，结合我国典型流域的环境现状、重金属污染特征及管理需求，基于流域内点源、内源、面源污染特征及不确定性的研究，以SWAT、WASP等模型为主要工具，建立了湘江水环境目标重金属污染负荷控制系统。该系统的应用能够为我国流域重金属污染的总量控制、定量评估与管理分析提供技术支撑。控制系统包括如下三部分内容：基础信息数据库、基于SWAT模型的区域重金属面源污染负荷计算体系、基于WASP模型的河道重金属污染负荷控制系统。 鉴于污染负荷控制系统对各类数据的需求，本研究针对所设定的研究区域进行了系统考察，建立了包括区域水系、地形、土地利用、水环境质量、点源排放、内源污染、面源污染等在内的各类信息数据库，形成了对污染负荷系统的数据支撑体系。 在区域重金属面源污染负荷计算体系中，本研究基于重金属在环境中的迁移转化规律，构建了城市化流域重金属面源污染负荷量的整体计算框架；在整体计算框架的指导下，以SWAT模型为工具建立了区域重金属面源污染负荷计算体系，并对研究区镉面源污染负荷量进行了计算。计算结果表明：流域土壤镉面源污染的年均负荷量为1600.0千克，其中污染最为严重的区域为清水塘工业区及其附近区，次严重的区域为城区及城市近郊，离城区较远的山区受污染最轻，土壤镉污染的空间差异主要由污染源的位置所决定。 在河道重金属污染负荷控制系统，本研究利用美国环境保护局（USEPA）的WASP（Water Quality Analysis Simulation Program）水质分析模拟软件，对湘江株洲段2009年的镉浓度进行动态模拟，并进行总量控制的情景分析。本研究为国内河流重金属污染的总量管理建立了一个定量评估与管理分析的框架。经调参后的WASP模型能较好重现镉浓度的时间变化规律，表明了该模型工具的可应用性。基于河道水质模型进行了总量管理的情景分析，结果发现，目标河段的水质很大程度上受到上游来水水质的控制，水文、源强条件对镉浓度的影响仅在污染较严重的区段或枯水月份体现的较为明显。因此，在进行总量管理的时候，对于边界条件的考虑十分关键，污染物的总量分配方案应当充分考虑区外污染物输入的时间变化规律。 湘江流域水环境重金属污染由来已久，重金属污染问题是制约整个流域经济社会发展的主要瓶颈之一。实行湘江流域水环境重金属污染综合与管理，对于改善湘江水环境质量、保障水生态系统安全和人体健康具有重大意义。而合理的水环境污染负荷控制是实现水环境综合管理的必备条件。 湘江水环境目标重金属污染负荷控制系统不同于传统的基于污染控制技术和废水排放标准的管理方式，该系统实现了对点源和非点源的综合管理，是流域为单元，基于水质目标的管理模式。该系统的应用能够为我国流域重金属污染的总量控制、定量评估与管理分析提供技术支撑，进而促进流域水质改善和生态安全，具有良好的环境、经济和社会效益。