基于WASP模型的岱海水质模拟及归因分析

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湖泊量质因子时空分布及污染物模拟与归因分析对于富营养化咸水湖泊水环境治理与恢复具有重要意义。本研究基于2005~2021年岱海连续水量水质监测数据,采用统计分析和克里格法探究溶解氧(DO)、高锰酸钾指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)、水量(V)等时空分布特征,应用WASP水质模型进行污染物模拟与验证,定量研究气候变化与人类活动对岱海水环境的影响,揭示污染物时空分布规律,识别水环境主要影响因子。主要的研究结论如下:(1)2005~2021年间,岱海CODMn、TN和TP浓度年际均呈上升趋势,2021年相较于2005年分别增加了58.8%、222.4%和11.4%,并长期处于Ⅴ类水范围;DO呈先降低后升高趋势,并稳定在Ⅱ类水范围;湖泊水量连年降低,2021年(0.93亿m~3)仅为2005年(6.25亿m~3)的14.9%。年内,DO、CODMn、TN和TP呈波动上升趋势,均有一定季节性变化,夏季水量减少较快,融冰期和秋季有所上升。(2)岱海污染物浓度空间分布特征总体为东部高于西部,入湖口附近污染物浓度相对较高,湖心区较低,年内TN浓度呈由西向东转移趋势,CODMn呈东北部向西南部转移的趋势,其他污染物变化不明显。(3)基于2019~2021年实测数据,利用WASP模型对DO、CODMn、TN和TP进行模拟,通过参数率定、敏感性分析以及模拟和验证,结果表明,WASP水质模型在岱海适用性良好,模拟期模拟值与实测值相对误差均在±10%以内,验证期模拟值与实测值相对误差在±40%范围内的占比为95.8%,其中,TN模拟结果较好,相对误差和RMSE分别为6%和0.21;DO模拟结果相对较差,相对误差和RMSE分别为20%和2.29。(4)2005~2021年岱海水环境变化受气候变化和人类活动的双重影响,V、TN和DO分别受第三产业、人口和GDP影响最大,均呈极显著负相关(R=-0.910,P≤0.01;R=-0.836,P≤0.01;R=-0.826,P≤0.01),CODMn和TP分别受第一产业和人均GDP的影响最大,均呈显著正相关(R=0.495,P≤0.05;R=0.485,P≤0.05),另外岱海流域气温、湿度和降雨前后变化为0.07℃、0.28%和12.52 mm,对水环境影响较小,但蒸发量常年高于降水量2倍有多,加快了水资源缩减速度,加剧了水环境的污染。从水资源合理配置、污染源输入控制以及生态补水等方面工作利于岱海水环境恢复。
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