程翔　趙志杰，?　秦華鵬　宋寶木　余香英　何康茂.城市人居環(huán)境科學與技術重點實驗室, 北京大學環(huán)境與能源學院, 深圳58055; 2.北京大學環(huán)境科學與工程學院,北京0087; .廣東省環(huán)境科學研究院, 廣州 50045; ?通信作者, E-mail: zhaozhijie@pku.edu.cn

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漠陽江流域水環(huán)境容量的時空分布特征研究

程翔1，2趙志杰1，2，?秦華鵬1宋寶木1余香英3何康茂1
1.城市人居環(huán)境科學與技術重點實驗室, 北京大學環(huán)境與能源學院, 深圳518055; 2.北京大學環(huán)境科學與工程學院,北京100871; 3.廣東省環(huán)境科學研究院, 廣州 510045; ?通信作者, E-mail: zhaozhijie@pku.edu.cn

針對實測徑流資料較缺乏的漠陽江流域, 通過流域水文模型 HSPF(hydrological simulation program-Fortran)模擬各支流和子流域詳細的徑流時空特征, 利用一維穩(wěn)態(tài)水質數(shù)學模型計算不同時間和空間上化學需氧量(COD)和氨氮的水環(huán)境容量。結果表明: 1) 在漠陽江流域, HSPF模型對年與月徑流模擬的相對誤差小于 15%, Nash-Sutcliffe系數(shù)大于 0.9; 水質模型的相對誤差在 10%左右, Nash-Sutcliffe系數(shù)大于 0.8; 2) 在90%, 50%和10%保證率下, 漠陽江流域COD的環(huán)境容量分別為16.45, 21.84和24.97萬t, 氨氮的環(huán)境容量分別為0.51, 0.88萬t和1.14萬t; 受徑流季節(jié)波動影響, 枯水期與豐水期季節(jié)水環(huán)境容量差異明顯;1月份的水環(huán)境容量及其變差最小,6月份的水環(huán)境容量及其變差最大; 3) 空間分布上, 漠陽江干流流域承載力較大, 一級與二級支流的承載力較小。因此, 在水文資料缺乏的流域, 可基于 HSPF 模型模擬的水文條件, 開展水環(huán)境容量的時空分布分析, 為水環(huán)境容量總量控制方案的制定提供指導。

漠陽江流域; 水環(huán)境容量; 水文; 時空分布

北京大學學報（自然科學版） 第52卷 第3期 2016年5月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 52, No.3(May 2016) doi: 10.13209/j.0479-8023.2016.029

目前針對水環(huán)境容量的總量控制大多根據(jù)90%保證率最枯月降雨條件下的設計流量進行計算[1],這樣可以保證河流在枯水期水質達標, 也可避免水環(huán)境保護的“不足”。實際上河流水文條件具有動態(tài)變化特征, 當水量增大(如豐水期)時, 按最枯設計流量條件下的水環(huán)境容量進行污染物總量控制, 會造成水環(huán)境“過保護”, 浪費一部分水環(huán)境的納污能力[2]。流域降雨徑流形成的非點源污染的季節(jié)性差別很大, 目前尚無公認合適的水文設計條件, 同時適用于豐水期和枯水期的水環(huán)境容量計算, 以便進行合理的容量總量控制。流域水環(huán)境容量在空間上也呈現(xiàn)一定差異[3]?，F(xiàn)有研究側重于干流的環(huán)境容量分析,由于水文資料的缺乏,很多流域對支流研究少,在支流較多的情況下,容量分配易出現(xiàn)不合理的情況[4]。

掌握水環(huán)境容量時空分布特征是合理分配流域水環(huán)境容量的基礎。但是,在水文資料缺乏的流域,無法利用實測的徑流資料開展水環(huán)境容量時空分布的分析。

本文以漠陽江流域為對象, 在現(xiàn)有水文資料的基礎上, 利用HSPF水文模型模擬得到各子流域不同時間尺度的徑流量, 然后利用一維穩(wěn)態(tài)水質數(shù)學模型計算相應徑流量下的漠陽江流域水環(huán)境容量,進而開展水環(huán)境容量時空分布特征的分析。研究結果可為科學評價與合理利用漠陽江流域的水環(huán)境容量以及確定流域水環(huán)境承載力提供依據(jù)。

1　漠陽江流域概況

漠陽江(圖 1)發(fā)源于廣東省云浮市西南大云霧山南側, 在陽江市的北津注入南海, 干流全長 199km, 流域總面積6091 km2, 其中陽江市境內(nèi)流域面積 5604.4 km2, 占總流域面積的 93.1%, 境內(nèi)流域面積占陽江市總面積的 71.7%。集水面積超過 100 km2的一級支流有11條, 其中潭水河、西山河和那龍河集水面積較大; 二級支流有6條。漠陽江流域雨量充沛, 年均降水量為 2195 mm, 降水年內(nèi)分配不均, 年際變化較大。年內(nèi)分配具有干濕季分明、雨量集中于汛期的特點。

漠陽江是陽江市最主要的飲用水源, 也是流域內(nèi)城鄉(xiāng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最重要水源。漠陽江干流下游水質控制目標為Ⅲ類水, 上游與中游以及漠陽江各支流控制目標為Ⅱ類水。目前漠陽江全河段水質雖以Ⅱ類為主, 但水污染防治形勢不容樂觀。近年來,社會經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展, 對漠陽江水質產(chǎn)生較大的影響, 水污染問題也逐漸顯現(xiàn), 水環(huán)境承載力的壓力越來越大。如果沒有科學系統(tǒng)的水環(huán)境綜合管理方案, 流域水質保護的壓力將越來越大, 也將對漠陽江供水水源水質安全構成嚴重威脅。以分區(qū)域水環(huán)境容量為基礎, 單位面積的水環(huán)境容量可以表示水環(huán)境對區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的支持能力, 即水環(huán)境承載力的高低。

2　數(shù)據(jù)和方法

漠陽江地理信息數(shù)據(jù)庫包括 DEM (分辨率為30 m美國NASA的ASTER GDEM)、河網(wǎng)(廣東省科學研究院提供, ArcGIS 矢量數(shù)據(jù))、土地利用矢量數(shù)據(jù)(廣東省科學研究院提供, 包含水田、旱地等16類, 圖2)以及在此基礎上劃分的 31 個子流域(在ArcGIS中根據(jù)DEM圖與河網(wǎng)圖手動劃分)。

氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象信息中心, 包括1983—2012年陽春、陽江兩個站(圖 1)逐日(20—20 時)降水量、日最高氣溫、日最低氣溫、露點溫度、云量、風速、相對濕度等, 用于水文模型建立時氣象數(shù)據(jù)的輸入。

水質監(jiān)測數(shù)據(jù)來自陽江市監(jiān)測站, 包括 2005—郎、河口、漠陽江水廠、江城)的數(shù)據(jù)(1—11 月,每月1至6個監(jiān)測日), 指標包括 COD(化學需氧量)、氨氮、重金屬等 24 項, 用于水質模型的校準與驗證。

2.1 水文模型

2.1.1 流域水文條件模擬

由于連續(xù)的實測水文資料缺乏, 考慮到各子流域空間異質性, 選用分布式水文模型 HSPF 模擬漠陽江各支流的徑流量。在對HSPF模型完成驗證的基礎上, 將模擬得到的水文數(shù)據(jù)(各個子流域 30 年的逐月流量數(shù)據(jù))用于分析研究漠陽江流域水環(huán)境容量時空分布。

HSPF模型中水文模擬以 Stanford水文模型為基礎, 根據(jù)土地利用特征, 分為透水地面和不透水地面, 針對不同下墊面的水文過程進行模擬。透水地面的模擬考慮降水、截留、地表填洼、蒸發(fā)、蒸騰、滲透、地表徑流、壤中流和地下水流等水文過程; 不透水地面的模擬包括降水、截留、地表徑流、蒸發(fā)。HSPF 模型水文模塊對于降雨徑流復雜過程的描述, 能較好地再現(xiàn)流域實際水文過程[5–6]。 2011年7個監(jiān)測斷面(春灣、陂面、魚皇石、中

國內(nèi)外利用 HSPF 模型對降雨徑流為主的水文過程、氣候變化以及土地利用變化對水文過程的影響開展了很多研究, 表明 HSPF模型在諸多地區(qū)水文過程的時空分布變化模擬中均有很好的表現(xiàn), 石赟赟等[7]、李燕等[8]、Cryer等[9]、Alarcon 等[10]和董延軍等[11]在不同時間與空間尺度上模擬所得結果的相對誤差均小于 15%, NASH系數(shù)都在 0.8 以上, 模擬效果良好。

2.1.2 漠陽江流域HSPF水文模型驗證

漠陽江流域面積較大, 水文過程復雜, 水文敏感參數(shù)較多, 對河流流量影響較大, 水分平衡以及水文參數(shù)對整個流域非點源污染負荷模擬起著至關重要的作用。本文參考HSPF模型手冊[12]和HSPFParm[13]以及相關研究成果設定參數(shù)初值, 然后對參數(shù)進行率定, 水文部分主要參數(shù)的最終取值見表1。

利用 2009年漠陽江流域水文觀測資料對水文模塊進行參數(shù)率定, 根據(jù) HSPF 模型指定的參數(shù)范圍, 反復調(diào)整參數(shù), 使流域年出流總量的模擬值和實際出流總量趨于一致。以 2010年實測資料驗證模型, 水文模擬首先從年度水分平衡開始, 初步模擬年度水量低于測量值, 因此適當減小下層額定存儲量(LZSN), 減少潛在蒸散, 增加產(chǎn)流, 從而增加降水引起的徑流水量。年水量模擬結果中, 2009年模擬值為190.95 m3/s, 實測值為203.28 m3/s; 2010年模擬值為 228.91 m3/s, 實測值為 259.12 m3/s; 2009年相對誤差為 6.06%, 2010年的相對誤差為11.7%, 相對誤差均小于15%。

2009年和 2010 年的月水量模擬結果分析見圖3。除2009年5月模擬結果的相對誤差為52.7%外(漠陽江地區(qū)有較多水庫, 我們未得到相關數(shù)據(jù)或說明, 為了保持流域的完整性, 沒有扣除水庫所在子流域, 該月誤差較大可能是由于水量激增引起的水庫蓄水所致), 其他月份模擬值與觀測值的相對誤差均小于 15%, Nash系數(shù)在0.9以上, 曲線走向一致, 較好地反映了漠陽江流域的水文過程。

表1　水文部分主要參數(shù)取值Table1 Main parameters of hydrological part

2.2 水質模型與環(huán)境容量估算方法

2.2.1 水質模型的建立與驗證

對于研究河流水污染遷移轉化過程, 若主要關心污染物濃度的沿程變化, 對斷面上的變化情況沒有太多要求時, 可采用一維水質模型進行描述。水環(huán)境容量是在特定的水文設計條件下, 穩(wěn)定的污染源和水文特征時, 河流能接受的最大污染物的負荷量。在河流流速、流量、水位都不隨時間而變化,污染源排放連續(xù)穩(wěn)定情況下, 縱向分散作用遠小于河流的移流和降解作用, 同時不同時刻的縱向分散作用在宏觀上可以相互抵消。在這種特定情況下,

可以忽略縱向分散作用。考慮到國內(nèi), 尤其是漠陽江流域所在地區(qū)的水環(huán)境保護要求以及水環(huán)境容量計算的精度, 同時考慮到穩(wěn)態(tài)模型發(fā)展的成熟性, 本文采用一維穩(wěn)態(tài)模型計算水環(huán)境容量。

為保證水質模型能真實地反映污染物流入后的情形, 我們驗證了所建立的水質模型。將 199km的漠陽江干流及主要支流劃分為27個河段共81 個計算單元(圖 4), 每個計算單元的空間步長為1 km。以 2010 年漠陽江流域污染負荷和水文條件輸入所建立的河流水質模型, 模擬出漠陽江干流沿程的COD 和氨氮濃度值, 選取5個斷面的實測值作為模型驗證的對比資料, 選用相對誤差(RE)和 Nash-Sutcliffe標準來評估模型在校準和驗證過程中的模擬效果。NASH公式計算如下:

Qi為第i時刻觀測流量(m3/s); Q'i為第i時刻模擬流量(m3/s); n為時段總數(shù);Q為平均觀測流量。

NASH系數(shù)是描述計算值對目標值擬合精度的無量綱統(tǒng)計參數(shù), 一般取值在-∞～1 之間, 本研究中, NASH系數(shù)在 0.8以上表明符合要求, 0.6～0.8為基本符合要求, 低于 0.6 則認為偏差過大, 結果不適宜。

參考中山大學環(huán)境科學研究所編制的《粵西主要河流水質保護規(guī)劃修編(研究報告)》, 廣東省粵西地區(qū)COD的衰減系數(shù)為0.08~0.1 d-1, 氨氮的衰減系數(shù)為 0.07 d-1, 經(jīng)過模型驗證, COD 的衰減系數(shù)KCOD取值為 0.1 d-1, 氨氮的衰減系數(shù)K氨氮取值為0.07 d-1。模擬結果見表2。

將下游入?？谧鳛榫嚯x基準, 為0 km, 上游發(fā)源地為199km, 從春灣監(jiān)測點附近開始模擬, 根據(jù)水質監(jiān)測數(shù)據(jù), 得到驗證結果如圖5所示。

由圖 5可以看出, 除中朗點氨氮實測值與模擬值誤差較大(中朗位于陽春市中心的下游, 其實測數(shù)據(jù)具有很大的不確定性)外, 其余點的 COD與氨氮的模擬值與實測值相對誤差均在10%左右, Nash-Sutcliffe 系數(shù)在 0.8 以上, 且實測值與模擬值的沿河變化趨勢基本相同, 說明模擬結果符合漠陽江干流的水質變化特征。由此表明, 該一維水質模型可適用于漠陽江流域水環(huán)境容量的計算。

.表2 一維水質模型模擬值與實測值比較Table 2 Comparison of COD and NH3-N monitoring and simulation concentration of one-dimensional water quality model respectively

2.2.2 水環(huán)境容量估算方法

根據(jù)漠陽江流域的實際情況, 以 COD 和氨氮為研究對象。對于漠陽江干流的混合輸移過程, 研究重點是污染物濃度的沿程變化, 因此采用一維水質模型模擬水質變化和計算水環(huán)境容量。

一維穩(wěn)態(tài)水質數(shù)學模型假定各排污口連續(xù)、均勻地排污[14]。根據(jù)旁側入流和污染源位置, 將對象河段分成若干段, 旁側入流和污染源位于段首, 每段保證流速、流量定常, 在同一段內(nèi), 采用《環(huán)境影響評價技術導則》(HJ/T 2.1—2.3-93)[15]推薦的斯特里特-菲立浦(Streeter-Phelps)模式:

式中, C(x)和C0分別為x=x 和x=0處河水COD或氨氮濃度(mg/L), x為到排污口(x=0)的河水流動距離(m), u為河水平均流速(m/s), K為COD或氨氮的綜合降解系數(shù)(d-1)。

本研究采用段首控制方法, 即控制上游斷面(即段首)的水質達到功能區(qū)段的要求, 這樣, 由于有機物的降解, 則在該段內(nèi)的下游水質處處達到或優(yōu)于功能區(qū)段的控制指標。段首控制方法嚴格控制功能區(qū)段的水質不超標。

在功能區(qū)段的段首, 由于來水中污染物的濃度和功能區(qū)段水質要求的差別, 為來水提供稀釋容量:

E0為功能區(qū)段段首的稀釋容量(t/d), Cs為功能區(qū)段水質標準(mg/L), Q0為來水流量(m3/s), C0為來水濃度(mg/L)。

第i個斷面處的環(huán)境容量為

Ei為第i個斷面處的環(huán)境容量(t/d), qi為第i個斷面處的排污流量(m3/s), Qi為混合后干流流量(m3/s),其余符號意義同上。

功能區(qū)段內(nèi)所具有的總環(huán)境容量為

3 結果與討論

3.1 徑流變化特征

漠陽江流域徑流量的年際變化主要受降水影響, 1983—2012年共 30 年的徑流量結果統(tǒng)計得出:最大徑流量為537.7 m3/s (2001年), 最小徑流量為166.6 m3/s (1989年), 30年平均值為322.5 m3/s, 變差系數(shù)為0.29。

漠陽江流域年內(nèi)豐水期與枯水期徑流差異明顯, 其中枯水期最大徑流量為210.1 m3/s (1990年),最小徑流量為 50.0 m3/s (2004年), 30年平均值為105.1 m3/s, 變差系數(shù)為 0.4; 豐水期最大徑流量為990.2 m3/s (2001年), 最小徑流量為 235.2 m3/s (1999年), 30 年平均值為 540.0 m3/s, 變差系數(shù)為0.3。豐水期平均徑流量是枯水期平均徑流量的5倍, 且豐水期最大徑流量與最小徑流量與年際最大與最小徑流量相同, 主要原因是豐水期降雨量大,對漠陽江流域的徑流量的產(chǎn)生量作用巨大。

漠陽江流域360個月中最小徑流量為10.1 m3/s (2005年2月), 最大徑流量為3042.3m3/s (2001年6月), 月份差異巨大。

3.2 水環(huán)境容量的時間分布

3.2.1 年際變化

在完成 HSPF 模型驗證之后, 模擬估算漠陽江流域各個子流域連續(xù) 30 年的徑流量, 結合相關的河網(wǎng)、流速等物理數(shù)據(jù), 利用驗證后的水環(huán)境容量模型, 計算出漠陽江流域 COD 與氨氮的逐年環(huán)境容量變化曲線(圖 6)。可以看出, COD 與氨氮的容量走勢與年際降雨量走勢基本上一致, COD容量整體上是氨氮的 25 倍左右。1983—2012 年共 30年的 COD 容量最大值為 27.42 萬 t/a, 最小值為 15.44 萬 t/a, 平均容量為 20.92 萬 t/a, 變差系數(shù)為 0.15;氨氮容量最大值為 1.35 萬 t/a, 最小值為 0.45 萬

將 30 年 COD 與氨氮的容量數(shù)據(jù)對應的保證率進行統(tǒng)計, 結果如圖 7所示?？梢钥闯? 1) 保證率隨容量的增大而逐漸減小, 在 3%左右的時候出現(xiàn)減緩拐點, 主要原因是高于 25.5 萬 t/a 的容量(3%保證率)需要較為極端的氣象情況(2001年降雨量較為極端)才會出現(xiàn), 這個區(qū)間內(nèi)容量的不確定性較大, 因此小于 3%保證率的容量減緩趨勢不明顯; 2) 在90% (傳統(tǒng)的水文設計條件), 50%和10%保證率水文年下, 漠陽江流域 COD 的環(huán)境容量分別為 16.45, 21.84 和 24.97 萬 t/a,氨氮的環(huán)境容量分別為0.51, 0.88和1.14萬t/a; 3) 利用該曲線可以在漠陽江流域科學地利用水環(huán)境容量, 以平水年 2010年為例, 若全流域COD的排放量達到COD的容量(21.4萬 t/a), 則漠陽江流域超負荷排放的概率是50%。 t/a, 平均容量為 0.83萬 t/a, 變差系數(shù)為0.27。

3.2.2 季節(jié)變化

對漠陽江流域各個水文年枯水期(1—3月以及10—12月)與豐水期(4—9月)的環(huán)境容量進行統(tǒng)計,如圖8所示?？梢钥闯? 1) 相同保證率的COD豐水期的容量都是枯水期容量的 2倍左右, 氨氮豐水期的容量是枯水期容量的 3倍左右, 季節(jié)性明顯; 2) 在 90%(傳統(tǒng)的水文設計條件), 50%和 10%保證率水文年下, 漠陽江流域 COD 雨季的環(huán)境容量分別為9.3, 12.92和15萬t/a, COD旱季的環(huán)境容量分別為4.69, 5.73和7.35萬t/a, 氨氮雨季的環(huán)境容量分別為0.37, 0.69和0.9萬t/a, 氨氮旱季的環(huán)境容量分別為0.08, 0.14和0.23萬t/a; 3) 保證率越小, COD 與氨氮的容量在豐水期與枯水期的差異越大,主要原因是漠陽江流域降豐水期節(jié)分明, 豐水期降雨量大, 導致豐水期比枯水期容量大, 而枯水期的降雨量的影響在于基流(基流在年際變化中保持相對穩(wěn)定); 4) COD與氨氮在枯水期和豐水期的變化趨勢基本上一致, 且容量與降雨量的關系并非簡單的線性關系, 雨季的保證率所對應的容量變化幅度較大, 旱季較小。

3.2.3 逐月變化

對漠陽江全流域 30 年逐月的 COD 與氨氮環(huán)境容量進行統(tǒng)計分析, 結果見圖 9?？梢钥闯? 1)在逐月變化圖中, 各月份平均數(shù)與中位數(shù)逐月變化走勢一致, 以中位數(shù)為標準, COD與氨氮的容量在1月最小, 分別是0.7和101.84 t/a, 1至6月逐月升高, 并在6月達到最大容量, 分別是 2.4 和 1385.27 t/a, 然后在6至12月逐月減少; 2) 對于 COD 容量的 12 個箱體數(shù)據(jù), 豐水期(4—9月)的容量較大, 枯水期(1—3月, 10—12 月)的容量較小, 且豐水期容量數(shù)據(jù)之間的變幅大, 變差系數(shù)也大, 豐水期容量最大值為5.44萬t/a (2001年6月), 最小值為0.65 萬t/a (1994年4月), 極差為4.79萬t/a, 變差系數(shù)為0.44; 枯水期容量最大值為1.97萬t/a (1990年2 月), 最小值為 0.63萬 t/a (2005年 2月), 極差為1.34萬t/a, 變差系數(shù)為0.34。主要原因是豐水期雨量較大, 豐水期容量的影響因素更多, 更為復雜。

3.3 空間分布

選取平水年 2010年為空間分布研究的基準年,漠陽江各個子流域 COD 與氨氮單位面積的環(huán)境容量統(tǒng)計結果見圖 10。可以看出以下幾點。1) 單位面積 COD 容量與單位面積氨氮容量的空間分布基本上相同。2) 以 COD 為例, 漠陽江干流的沿河變化是由漠陽江上游的 95.27 t/km2減小到漠陽江中游的 51.62 t/km2, 再增大到漠陽江下游的 77.32 t/km2。上游到中游 COD 的減小主要是由于漠陽江上游水質較好, 而在上游及中游的各條支流匯入一定濃度的 COD后, 中游能容納的 COD 量變小, 而面積又增大, 因此單位面積容量減小。中游到下游COD 的增大是因為下游的水質目標是三類水, 而上游與中游的水質目標是二類水, 所以下游能容納更多的 COD, 但因為其面積較大, 所以其單位面積的 COD容量比中游大, 但沒有上游大。3) 除去水庫以及漠陽江的干流流域, 漠陽江一級支流與二級支流單位面積的 COD 容量較小。一級支流中西山河下游流域容量(77.83t/km2)最大, 主要原因是西山河下游流域有多條支流匯入, 流量大, 坡度大,且流域面積小; 大八河流域容量(5.37 t/km2)最小,主要原因是大八河流域流量小, 坡度小, 面積大,且城鎮(zhèn)及居民用地所形成的不透水地面面積大。對于漠陽江流域其他一級二級支流, 其承載力(以單位面積的環(huán)境容量表示)的大小由流域面積、流量、坡度以及土地利用等因素綜合決定。

4　結論

根據(jù)漠陽江的實際情況, 在水文資料不足的情況下, 本文利用水文模型 HSPF 實現(xiàn)對各個子流域時間空間上水文數(shù)據(jù)計算, 并將水文模型與一維穩(wěn)態(tài)水質數(shù)學模型相結合, 計算得到流域水環(huán)境容量總量的時空分布, 結論如下。

1) HSPF模型對于水文過程的模擬結果中, 2009年的相對誤差為 6.06%, 2010 年的相對誤差為11.7%, 月模擬值與觀測值相對誤差均小于 15%, Nash系數(shù)在 0.9以上, 曲線走向一致, 可較好地反映漠陽江流域的水文過程。一維穩(wěn)態(tài)水質數(shù)學模型的對比資料顯示模擬值與實測值相對誤差均在10%左右, Nash-Sutcliffe 系數(shù)在 0.8 以上, 且濃度沿河變化趨勢基本上相同, 模擬結果符合漠陽江干流的水質變化情況。

2) 漠陽江 30 年的容量統(tǒng)計分析顯示: 漠陽江流域雨量充沛, COD與氨氮環(huán)境容量很大, 30年容量變化曲線與降雨變化曲線走勢基本上一致; 枯水期與豐水期季節(jié)差異明顯, 豐水期容量遠大于枯水期容量。對選取的5個代表性水文年的容量統(tǒng)計結果分析得出: 漠陽江流域環(huán)境容量隨保證率增大呈現(xiàn)增長減緩的趨勢; 漠陽江流域豐水期容量變幅較大, 變差系數(shù)大; 漠陽江流域最枯月為1月, 最豐月為6月。

3) 以單位面積的環(huán)境容量表示漠陽江流域各個子流域的承載力, 統(tǒng)計結果表明: 漠陽江干流流域承載力較大, 漠陽江干流的一級與二級支流的承載力較小; 其水環(huán)境承載力由流域面積、流量、坡度以及土地利用等因素綜合決定。

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Temporal and Spatial Distribution Characteristic Research of Water Environmental Capacity in Moyang River Basin

CHENG Xiang1，2ZHAO Zhijie1，2，?QIN Huapeng1SONG Baomu1YU Xiangying3HE Kangmao1
1. College of Environment and Energy, Peking University, Shenzhen 518055; 2. College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871; 3. Guangdong Province Academy of Environmental Science, Guangzhou 510045; ? Corresponding author, E-mail: zhaozhijie@pku.edu.cn

This study takes Moyang River basin, which is lack of hydrologic data, as the research object to simulate the temporal and spatial distribution of water flow through HSPF (hydrological simulation program-Fortran) model, and calculates the temporal and spatial distribution of chemical oxygen demand (COD) and ammonia nitrogen water environmental capacity using one-dimensional steady-state water quality mathematical model. Results show that 1) HSPF model’s yearly and monthly hydrological errors are below 15%, Nash-Sutcliffe coefficient is over 0.9; the relative error of the water quality model is around 10%, Nash-Sutcliffe coefficient over 0.8. 2) Under 90%, 50% and 10% assurance rate, COD capacity of Moyang River basin is 164500 t, 218400 t and 249700 t respectively, and ammonia nitrogen is 5100 t, 8800 t and 11400 t respectively. Affected by seasonal runoff fluctuations, difference of water environment capacity between dry season and wet season is obvious. The variation of water environment capacity in January is minimum and June the maximum. 3) Bearing capacity of main stream of Moyang River is larger than that of the primary and secondary tributaries. Therefore, in some basins where hydrological data is lack, HSPF model can be applied to simulate the hydrology, analysis time and space distribution of water environmental capacity, and provide guidance for the establishment of total amount control scheme of water environmental capacity.

Moyang River basin; water environmental capacity; hydrology; temporal and spatial distribution

X522

國家科技重大專項課題(2013ZX07501005)和深圳市科技研發(fā)資金項目(JCYJ20130329180732262)資助

2015-01-20;

2015-02-14; 網(wǎng)絡出版日期: 2016-05-17