流域水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)模擬評(píng)價(jià)與治理

前言

　　流域水環(huán)境污染已成為不亞于洪災(zāi)、旱災(zāi)甚至更為嚴(yán)重的災(zāi)害，而河流生態(tài)環(huán)境惡化及其引起的湖泊富營養(yǎng)化也已成為當(dāng)今頻繁發(fā)生的環(huán)境災(zāi)害之一。近年來，我國農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，化肥施用量逐漸上升，產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷所占比重也逐年增加，非點(diǎn)源污染對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源、水生態(tài)和流域水文特征均產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，其危害程度在很多地區(qū)顯現(xiàn)出來。今后隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、人口密度的增加以及土地利用類型多元化，流域水體水質(zhì)下降及富營養(yǎng)化問題將更加嚴(yán)重，流域性水污染問題也將大大加劇水資源危機(jī)，水質(zhì)型的資源短缺形勢(shì)日益嚴(yán)峻。尤其在不確定的外界水文、氣象、氣候變化條件下，非點(diǎn)源污染甚至已威脅到水源地供給和安全，尤其是在河網(wǎng)水系密集區(qū)域，河流生態(tài)環(huán)境惡化，河道及農(nóng)田排磷排氮直接影響著飲用水安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)由于流域非點(diǎn)源污染受土地利用、土壤類型、地形、植被以及氣候、水文等要素的空間不確定性影響，實(shí)施全流域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、模擬及控制非常困難，因此建立適合流域面上水環(huán)境模擬評(píng)價(jià)及綜合治理方法，已是目前流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)和關(guān)鍵問題，系統(tǒng)有效地進(jìn)行流域水環(huán)境的模擬、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)及治理，對(duì)我國水資源管理和流域生態(tài)環(huán)境的健康持續(xù)發(fā)展將具有重要作用?！　∽髡咴诳偨Y(jié)以往研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采用流域水文學(xué)原理、水質(zhì)模擬方法、隨機(jī)理論、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析等理論方法以及環(huán)境水利、生態(tài)水利等工程措施，進(jìn)行流域水環(huán)境模擬預(yù)測(cè)和流域水環(huán)境治理實(shí)踐研究，從而為流域水環(huán)境的定量化管理提供參考。

內(nèi)容概要

本書主要采用多學(xué)科交叉研究的方法，通過理論探索研究、室內(nèi)外試驗(yàn)和典型小流域應(yīng)用分析相結(jié)合的途徑，系統(tǒng)探討了流域水環(huán)境模擬預(yù)測(cè)及治理問題。本書主要包括五個(gè)方面內(nèi)容：一是探討了基于有限監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及變異性的定量化信息優(yōu)化監(jiān)測(cè)方法，針對(duì)分布式模型的參數(shù)確定及尺度轉(zhuǎn)換問題，研究確立了模型輸入信息插值及參數(shù)外延方法；二是研究分析面源污染的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，建立了相應(yīng)的定量化計(jì)算模式；三是基于流域水環(huán)境污染影響因素的不確定性及隨機(jī)變異性，選擇典型小流域，進(jìn)行了農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染隨機(jī)模擬研究；四是緊密聯(lián)系流域的陸域和湖泊水體，對(duì)流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行反演模擬應(yīng)用，量化了域污染風(fēng)險(xiǎn)；五是針對(duì)流域特性及小流域河湖水污染特征，構(gòu)建了流域河網(wǎng)水系水生態(tài)改善及效應(yīng)評(píng)價(jià)的技術(shù)與理論方法，提出了相應(yīng)的水生態(tài)污染治理措施及流域綜合治理模式。        本書可供水文學(xué)與水資源、環(huán)境水利、農(nóng)業(yè)工程、土壤學(xué)、環(huán)境工程、水利工程等學(xué)科的科研人員、大學(xué)教師和相關(guān)專業(yè)的研究生和本科生，以及從事水資源管理領(lǐng)域的技術(shù)人員參考和使用。

作者簡(jiǎn)介

　　薛聯(lián)青，1973年10月生，河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水文水資源學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。2002年4月河海大學(xué)水文學(xué)及水資源專業(yè)博士畢業(yè)，2006年在愛爾蘭國立都柏林大學(xué)訪學(xué)，主要從事環(huán)境水文、流域水文模擬、水資源規(guī)劃與保護(hù)等方面的理論和應(yīng)用研究。先后負(fù)責(zé)、參加國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目、國家“十一五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、省部級(jí)環(huán)境保護(hù)科技攻關(guān)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放基金項(xiàng)目以及省市級(jí)相關(guān)科研課題研究30余項(xiàng)。近年來在國內(nèi)外重要期刊及國際會(huì)議上發(fā)表論文40余篇，其中SCI、EI檢索17篇，獲省市級(jí)科研及論文獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)，發(fā)明專利申請(qǐng)1項(xiàng)，軟件注冊(cè)2項(xiàng)。2008年入選。河海大學(xué)優(yōu)秀創(chuàng)新人才支持計(jì)劃”培養(yǎng)，并獲得江蘇省“吉藍(lán)工程”優(yōu)秀青年骨干教師稱號(hào)?！　『抡窦?，河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水文水資源學(xué)院教授，長期從事水文學(xué)及水資源專業(yè)的教學(xué)和科研工作，主要研究方向?yàn)樗奈锢硪?guī)律及流域水文模擬、大尺度水文、生態(tài)水文等。任中國水利學(xué)會(huì)水資源專業(yè)委員會(huì)委員，江蘇省水利學(xué)會(huì)水文水資源專業(yè)委員會(huì)委員，國際水文科學(xué)協(xié)會(huì)中國國家委員會(huì)地表水專業(yè)委員會(huì)副主任。主持自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“氣候變化下黃河源區(qū)區(qū)域水循環(huán)模型與不確定性研究”。已承擔(dān)完成的主要項(xiàng)目有“九五”攻關(guān)科技項(xiàng)目專題“土壤墑情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)”，“九五”國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“淮河流域能量與水分循環(huán)試驗(yàn)研究”專題“區(qū)域氣候一水文模式的研制”，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水及溶質(zhì)在有大孔隙的多孔介質(zhì)中運(yùn)移機(jī)制研究”，水利部重點(diǎn)項(xiàng)目“不同農(nóng)業(yè)管理?xiàng)l件下城市污水灌溉和農(nóng)藥化肥使用所產(chǎn)生的污染物質(zhì)在非飽和帶中的輸移及對(duì)地下水的影響”和“污染河道對(duì)沿岸地下水影響研究”等縱向課題30余項(xiàng)。發(fā)表論文150多篇，其中SCI、EI檢索40篇，主參編教材、專著4本。獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)，多次獲江蘇省優(yōu)秀青年骨干教師稱號(hào)。已培養(yǎng)畢業(yè)博碩士研究生40余人。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　概述　　1.1.1　流域水環(huán)境問題　　1.1.2　農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染　1.2　非點(diǎn)源污染的不確定性　1.3　非點(diǎn)源污染研究中的幾個(gè)關(guān)鍵問題　1.4　流域水環(huán)境模擬研究發(fā)展趨勢(shì)第2章　非點(diǎn)源污染信息監(jiān)測(cè)與模擬研究　2.1　水污染模擬方法　2.2　非點(diǎn)源污染模型研究概述　2.3　分布式非點(diǎn)源模型模擬尺度　2.4　非點(diǎn)源污染信息的監(jiān)測(cè)采樣方法研究　2.5　非點(diǎn)源污染模型不確定性和參數(shù)識(shí)別研究第3章　基于參數(shù)外延的非點(diǎn)源污染監(jiān)測(cè)及分析模式　3.1　非點(diǎn)源污染的定量化隨機(jī)監(jiān)測(cè)　3.2　基于參數(shù)外延的非點(diǎn)源污染模擬分析模式　3.3　農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染樣本信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)　3.4　非點(diǎn)源污染信息監(jiān)測(cè)及定量模擬尺度　3.5　基于Kriging原理的信息變異性分析方法第4章　非點(diǎn)源污染信息變異性統(tǒng)計(jì)及插值　4.1　典型流域產(chǎn)污影響因素特征統(tǒng)計(jì)　4.2　流域非點(diǎn)源污染本底值監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析　　4.2.1　樣本信息監(jiān)測(cè)　　4.2.2　樣本信息統(tǒng)計(jì)特征　4.3　基于Kriging的空間變異模型建立及有效估值　4.4　小流域典型降雨一徑流一產(chǎn)污實(shí)驗(yàn)　4.5　原狀土柱產(chǎn)污特性實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)　　4.5.1　人工降雨模擬實(shí)驗(yàn)　　4.5.2　土壤中硝態(tài)氮存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析  4.6　實(shí)驗(yàn)流域不同尺度的氮磷變異性統(tǒng)計(jì)  4.7　變異因子提取及空間數(shù)據(jù)外延插值　　4.7.1　變異因子選取和數(shù)據(jù)預(yù)處理　　4.7.2　空間數(shù)據(jù)外延插值建模第5章　農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源空間信息優(yōu)化采樣方法  5.1　優(yōu)化樣本數(shù)確定方法  5.2　優(yōu)化采樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  5.3　確定最優(yōu)采樣間距  5.4　野外實(shí)驗(yàn)非均勻采樣模型的建立  5.5　優(yōu)化采樣方法的應(yīng)用及對(duì)比分析第6章　分布式水文模型建立  6.1　流域水文模擬  6.2　分布式水文模型構(gòu)建　　6.2.1　流域水文模型概述　　6.2.2　產(chǎn)匯流模型　　6.2.3　產(chǎn)流計(jì)算方法　　6.2.4　匯流演算  6.3　實(shí)驗(yàn)流域模型參數(shù)確定　　6.3.1　土壤下滲參數(shù)　　6.3.2　產(chǎn)匯流模型參數(shù)　　6.3.3　水土流失特性參數(shù)第7章　非點(diǎn)源污染產(chǎn)生機(jī)理及氮磷定量化模擬　7.1　非點(diǎn)源污染產(chǎn)生機(jī)理　　7.1.1　降雨徑流過程污染　　7.1.2　土壤侵蝕過程污染　　7.1.3　地表溶質(zhì)溶出過程　　7.1.4　土壤溶質(zhì)人滲過程　7.2　氮磷素污染負(fù)荷模型　7.3　實(shí)驗(yàn)流域氮磷污染定量化模擬驗(yàn)證　　7.3.1　徑流過程模擬　　7.3.2　氮磷素流失規(guī)律模擬　　7.3.3　氮磷素模擬誤差分析第8章　典型流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的隨機(jī)模擬及風(fēng)險(xiǎn)分析  8.1　分布式模型參數(shù)敏感性　……第9章　流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷反演模擬第10章  流域水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)綜合治理模式第11章　平原河網(wǎng)流域水環(huán)境情景模擬及污染治理第12章　小流域湖泊水環(huán)境治理應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章　非點(diǎn)源污染信息監(jiān)測(cè)與模擬研究　　2.1　水污染模擬方法　　環(huán)境污染問題往往涉及氣象、水文、化學(xué)、生物等多種主要因素，與不同污染物的形態(tài)、擴(kuò)散速率等參數(shù)有關(guān)。水環(huán)境數(shù)學(xué)模型常常是抽象環(huán)境系統(tǒng)中的各影響因子，建立因素（變量）間的作用關(guān)系或規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系式，并將相應(yīng)的外界影響條件、控制邊界及內(nèi)部轉(zhuǎn)化關(guān)系統(tǒng)一起來，從而達(dá)到描述環(huán)境的目的。在水環(huán)境問題研究中，水質(zhì)模型是研究水環(huán)境、水質(zhì)分析與預(yù)測(cè)的主要技術(shù)手段。水質(zhì)模型的發(fā)展與監(jiān)測(cè)手段和計(jì)算工具的發(fā)展有著密切的聯(lián)系，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了水環(huán)境模擬在信息獲取、數(shù)值求解、相關(guān)隨機(jī)因素處理方面的發(fā)展?！　牟煌慕嵌龋|(zhì)模型可以有不同的分類。從所要解決的問題看，大致可以分為下面幾類：地下水資源評(píng)估及預(yù)測(cè)；地表水資源的分布、變化規(guī)律；水質(zhì)評(píng)估；地下、地表水水質(zhì)分析及預(yù)測(cè)等等。就模型的結(jié)構(gòu)而言，可分為基于內(nèi)在相互作用變化機(jī)理的確定性數(shù)學(xué)模型；以統(tǒng)計(jì)分析方法為主的隨機(jī)模型；按模型空間屬性可分為零維、一維、二維、三維模型；從水環(huán)境模擬的對(duì)象來劃分，水環(huán)境模擬又分為對(duì)點(diǎn)源污染的模擬和非點(diǎn)源污染的模擬。不同的水質(zhì)模型所依據(jù)的作用關(guān)系、原理以及數(shù)學(xué)方法有很大的差異，其解決問題的能力和目標(biāo)也多有不同。由于水環(huán)境是一個(gè)多因素、多變量、多條件的復(fù)雜系統(tǒng)，研究區(qū)域擴(kuò)大化及空間變異性大，使相應(yīng)水質(zhì)模型的精確表述和求解非常困難，所以其模型的建立只考慮主要影響因素，并采用數(shù)值解法。對(duì)于影響因素復(fù)雜，控制變量、系統(tǒng)參數(shù)、隨機(jī)干擾及不確定性因子較多或變化過程難以解析化表達(dá)的問題，統(tǒng)計(jì)方法或散點(diǎn)數(shù)據(jù)的各種處理技術(shù)就表現(xiàn)出其較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。統(tǒng)計(jì)方法的關(guān)鍵是如何通過僅有的數(shù)據(jù)做出有效的分析，統(tǒng)計(jì)方法更多地適于大尺度的、宏觀的、大時(shí)間跨度上的一種粗糙的規(guī)律性預(yù)測(cè)或描述，當(dāng)然，數(shù)據(jù)樣本的豐富程度往往極大地影響著統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可靠性，因此在一定程度上影響了水環(huán)境數(shù)學(xué)模擬應(yīng)用的范圍。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

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