0 引言
1 研究区域与数据来源
1.1 研究区概况
1.2 水质监测与时空特征分析
1.3 污染负荷估算与源项概化
1.3.1 内源释放与大气沉降背景参数化
1.3.2 陆源负荷核算与通量反演
表1 小海潟湖各污染物入湖负荷来源解析Tab.1 Source apportionment of pollutant loads entering the Xiaohai Lagoon |
| 来源 | 总氮 | 总磷 | 化学需氧量 |
|---|---|---|---|
| 大气沉降 | 11.03 | 2.03 | 0 |
| 底泥释放 | 29.67 | 36.86 | 0 |
| 径流输入 | 25.39 | 26.28 | 57.99 |
| 海水养殖 | 2.33 | 2.69 | 4.75 |
| 禽畜养殖 | 2.64 | 8.23 | 12.54 |
| 工业排放 | 0.40 | 0.99 | 1.55 |
| 生活污水 | 8.37 | 8.05 | 14.02 |
| 农业面源 | 20.16 | 14.86 | 9.15 |
1.3.3 指标同化与源项空间重构
2 研究方法
2.1 技术路线与总体框架
2.2 水动力-水质数值模型
2.2.1 模型构建与过程耦合
2.2.2 网格构建与多尺度加密
2.2.3 模型参数率定与有效性验证
图4 2022年6月各监测站位主要水质指标(COD、DIN、DIP)空间分布模式验证:模拟值与实测值对比(C1~C10 为图1中所示的现场水质监测点。) Fig.4 Validation of spatial distribution patterns for key water quality indicators (COD, DIN, and DIP) across monitoring stations in June 2022: Comparison between simulated and observed values (C1-C10 represent the in-situ water quality monitoring stations identified in Figure 1.) |
2.3 环境容量计算与情景设计
2.3.1 网格尺度环境容量核算方法
2.3.2 总量控制情景设置
表2 小海潟湖水质改善情景设置与关键参数矩阵Tab.2 Configuration matrix of water quality improvement scenarios and key parameters of the Xiaohai Lagoon |
| 情景 | 目标年份 | 情景定义 | 驱动机制 | 关键参数设置 |
|---|---|---|---|---|
| S1:近期工程修复 | 2025年 | 现状+短期工程 | 以物理扩容为主,辅以存量削减,评估工程增益 | 1.水动力优化:南汊道疏浚+港北口门拓宽+红树林修复 |
| 2.存量减排:生活污水纳管率提升至85%+禁养区养殖清退30% | ||||
| S2-A:中期惯性增长 | 2027年 | S1+社会经济自然增长 | 无新增管控措施下的发展压力测试 | 1.负荷增量:人口+5%,农田+3%,畜牧+6% |
| 2.管控措施:维持S1水平(无新增减排措施) | ||||
| S2-B:中期增长管控 | 2027年 | S2-A+强化过程管控 | 评估管控措施对增长负荷的抵消作用 | 1.负荷增量:同S2-A |
| 2.强化管控:工业废水100%纳管+农业面源初步拦截(削减15%) | ||||
| S3:远期深度优化 | 2030年 | S2-B+极限源头减排 | II类和Ⅲ类水质目标约束下的理论上限情景 | 1.源头减排:生活污水100%收集+畜牧资源化90% |
| 2.农业深度削减:化肥施用强度削减40% | ||||
| 3.空间准入:内湖滞水区新增高负荷用海项目“零准入” |
3 结果与讨论
3.1 剩余环境容量的时空演变特征
3.1.1 潮汐调制下的浓度差空间梯度
表3 小海潟湖各控制指标达标面积与剩余环境容量核算结果Tab.3 Calculated compliant area and remaining environmental capacity for key control indicators in the Xiaohai Lagoon |
| 水质目标 | 潮汐 | 指标 | 单指标达标面积/km2 | 总体达标情况 | 剩余环境容量 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 达标面积/km2 | 达标比例/% | 总量/(t·a-1) | 超标率/% | |||||
| II类 | 涨潮 | COD | 27.06 | 23.44 | 53.81 | 1.00 | ||
| DIN | 25.23 | -4.56 | 4.89 | |||||
| DIP | 23.91 | -0.52 | 3.70 | |||||
| 落潮 | COD | 18.04 | 15.18 | 34.85 | -22.58 | 0.86 | ||
| DIN | 19.05 | -5.59 | 5.99 | |||||
| DIP | 15.72 | -0.99 | 7.04 | |||||
| Ⅲ类 | 涨潮 | COD | 33.85 | 31.02 | 71.21 | 62.39 | ||
| DIN | 33.60 | 1.57 | ||||||
| DIP | 31.88 | -0.52 | 3.70 | |||||
| 落潮 | COD | 27.72 | 25.01 | 57.42 | 27.68 | |||
| DIN | 29.30 | -0.56 | 0.45 | |||||
| DIP | 25.48 | -0.99 | 7.04 | |||||
注:表中空白处表示不存在超标现象。 |
图5 基于示踪剂模拟的小海潟湖水体交换与驻留特性空间演变(图中出现的微量负值为计算过程中产生的数值伪影,其实际物理含义为示踪剂浓度已降至零。) Fig.5 Spatial evolution of water exchange and residence characteristics in the Xiaohai Lagoon based on tracer simulation (Minor negative values in the results are considered numerical artifacts, physically representing zero tracer concentration. ) |

