本发明公开了一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。本发明结合非恒定水环境模型和水生态毒理综合模型,发明了一种地表水水环境生态风险的评价方法,包括长期生态风险评价和急性生态风险评价方法。前者侧重污染物的长期累积效应,兼顾生态毒理效应和水动力学、水质学时空动态特征,是一种综合的生态风险评价方法;后者侧重污染物急性生态评价,为地表水污染事件的生态风险快速评价提供方法学支撑。
1.预测地表水水环境中待测污染物对待检测生物的生态风险的方法,包括如下步骤:(1)测定污染物事故发生点的如下数据组1:当前水位、流量、糙率值和风速值;获得如下数据组2:污染物事故发生点的地形、污染物事故发生点的经纬度、待测污染物、待测污染物总质量、待测污染物比重、待测污染物溶解速率、待测污染物饱和溶解度、待测污染物挥发性和待测污染物降解速率;将数据组1和数据组2的各项数据输入非恒定水环境模型,生成地表水水环境中待检测污染物的浓度场数据,作为一次参数;所述浓度场数据由说明文件gridinfo.ini、网格信息文件gridinfo.txt、网格结构文件grid.txt和网格组成文件gridnet.txt组成;所述说明文件gridinfo.ini的参数如下:整个模拟的起始时间、浓度场中结点个数、浓度场中网格个数和模拟运行的时间;所述网格信息文件gridinfo.txt的参数如下:网格编号、网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格初始水容量、网格入水量、网格出水量、网格水温和网格污染物浓度;所述网格结构文件grid.txt的参数如下:网格四顶点的X坐标、网格四顶点的Y坐标和网格面积;所述网格组成文件gridnet.txt的参数如下:四边形四结点的结点编号;(2)按照下述(a)或(b)的方法预测地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险;(a)输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生动物的半致死浓度LC50(t),得到所述水生动物对污染物的风险值Risk(t);Risk(t)=Concentration(t)/LC50(t);输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生植物的半数有效浓度EC50(t),得到所述水生植物对污染物的风险值Risk(t);Risk(t)=Concentration(t)/EC50(t);采用OpenGl技术结合聚类算法、颜色分形算法对所有网格进行图像渲染,输出地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险图;(b)采集所述地表水水环境的水样,检测水样获得水质参数;所述水质参数包括营养盐浓度、碎屑浓度、水生植物生物量和水生动物生物量;所述营养盐浓度指的是氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、二氧化碳浓度和溶解氧浓度;所述碎屑浓度指的是可溶性和非可溶性碎屑的浓度值;将上述数据输入水生态毒理模型,选择待测污染物,然后以步骤(1)获得的一次参数为输入参数,应用所述水生态毒理模型预测地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险;读取网格信息文件gridinfo.txt,提取地表水水环境的无结构网格几何分布,采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合,网格聚集后的每一个网格作为水生态毒理模型的一个输入单元,所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护;读取网格信息文件gridinfo.txt,提取动态参数,采用时间步长耦合技术与水生态毒理模型进行耦合;所述动态参数包括网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格入水量、网格出水量、网格水温、网格污染物浓度;所述水生态毒理模型对每一个输入单元进行逐一处理,得到各网格中待测生物的浓度变化、生物种群和生物量变化,采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对各网格进行图形渲染,输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图;所述非恒定水环境模型为Delft3D、MIKE21或EFDC;所述水生态毒理模型为AQUATOX模型。技术领域
本发明涉及一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。
背景技术
科学地预测污染事件发生的可能性,明确不同类型污染事件发生的主控要素,评估事件可能导致的污染程度、影响范围和风险水平,开展生态风险评价具有重要的研究意义。生态风险评价方法主要有:以单物种测试为基础的外推法、以多物种测试为基础的微、中宇宙生态系统模拟法、以种群或生态系统为基础的生态风险模型法。单物种测试的外推技术在评估化合物的效应时起到一个很好的预知作用,并且通过一定的假设能应用到对整个生态系统的风险评估,但外推法存在很多不符合实际情况的假设。微、中宇宙模拟生态系统能观察到化合物的间接作用及物种间的相互关联,但所用的物种来源通常不在生态系统涵盖的物种内,并且也不符合生态系统随机取样的原则。此外,微、中宇宙生态模拟包括复杂的技术和高昂的费用。以种群或生态系统为基础的生态风险模型法既考虑了真实生态系统,又考虑了经济可靠,并使得生态风险评价由单纯依靠生态毒理学实验工具向毒理学和模型模拟相结合转化,其优点在于能把暴露和生态效应之间的过程关系用数学公式进行量化,通过把生态系统中各种效应和生态过程用数学公式来描述。因此,生态系统风险模型的应用为生态风险评价提供了广阔的发展空间。目前,我国尚缺乏生态风险评估技术,生态风险评估研究处于探索阶段,现有的生态系统风险评价模型中,一些模型没有考虑研究区的空间特征,本质上属于物料平衡的零维模型;另一些模型没有考虑研究区的水质、水动力特征,其本质上是一个静态的箱式评价模型;也有部分模型仅关注污染物在多介质间的迁移转化过程,没有考虑其生态毒理效应;部分侧重的评价内容仅限于局部因素,没有从综合角度进行考虑;也有部分模型仅侧重污染物长期累积效应,运算量大,不能兼顾长期累积评价和急性“快速、有效”评价的两种需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测地表水水环境中污染物对生物的生态风险的方法。本发明提供的预测地表水水环境中待测污染物对待检测生物的生态风险的方法,包括如下步骤:(1)测定污染物事故发生点的如下数据组1:当前水位、流量、糙率值和风速值;获得如下数据组2:污染物事故发生点的地形、污染物事故发生点的经纬度、待测污染物、待测污染物总质量、待测污染物比重、待测污染物溶解速率、待测污染物饱和溶解度、待测污染物挥发性和待测污染物降解速率;将数据组1和数据组2的各项数据输入非恒定水环境模型,生成地表水水环境中待检测污染物的浓度场数据,作为一次参数;所述浓度场数据由说明文件gridinfo.ini、网格信息文件gridinfo.txt、网格结构文件grid.txt和网格组成文件gridnet.txt组成;所述说明文件gridinfo.ini的参数如下:整个模拟的起始时间、浓度场中结点个数、浓度场中网格个数和模拟运行的时间;所述网格信息文件gridinfo.txt的参数如下:网格编号、网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格初始水容量、网格入水量、网格出水量、网格水温和网格污染物浓度;所述网格结构文件grid.txt的参数如下:网格四顶点的X坐标、网格四顶点的Y坐标和网格面积;所述网格组成文件gridnet.txt的参数如下:四边形四结点的结点编号;(2)按照下述(a)或(b)的方法预测地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险;(a)输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生动物的半致死浓度LC50(t),得到所述水生动物对污染物的风险值Risk(t);Risk(t)=Concentration(t)/LC50(t);输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生植物的半数有效浓度EC50(t),得到所述水生植物对污染物的风险值Risk(t);Risk(t)=Concentration(t)/EC50(t);采用OpenGl技术结合聚类算法、颜色分形算法对所有网格进行图像渲染,输出地表水水环境中待测污染物对待测生物的生态风险图;(b)采集所述地表水水环境的水样,检测水样获得水质参数;所述水质参数包括营养盐浓度、碎屑浓度、水生植物生物量和水生动物生物量;所述营养盐浓度指的是氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、二氧化碳浓度和溶解氧浓度;所述碎屑浓度指的是可溶性和非可溶性碎屑的浓度值;将上述数据输入水生态毒理模型,选择待测污染物,然后以步骤(1)获得的一次参数为输入参数,应用所述水生态毒理模型预测地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险;读取网格信息文件gridinfo.txt,提取地表水水环境的无结构网格几何分布,采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合,网格聚集后的每一个网格作为水生态毒理模型的一个输入单元,所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护;读取网格信息文件gridinfo.txt,提取动态参数,采用时间步长耦合技术与水生态毒理模型进行耦合;所述动态参数包括网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格入水量(动态变化)、网格出水量(动态变化)、网格水温、网格污染物浓度;所述水生态毒理模型对每一个输入单元进行逐一处理,得到各网格中待测生物的浓度变化、生物种群和生物量变化,采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对各网格进行图形渲染,输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图。现有成熟的非恒定水环境模型均可采用,如Delft3D、MIKE21、EFDC等。所述水生态毒理模型可为AQUATOX模型。本发明的技术方案具体如下:1、利用非恒定水环境模型获得一次参数利用非恒定水环境模型生成说明文件gridinfo.ini(见表1)、网格信息文件gridinfo.txt(见表2)、网格结构文件grid.txt(见表3)和网格组成文件gridnet.txt(见表4);表1gridinfo.ini文件格式Start-time
Point-num
Net-num
frame-num
表1描述模拟配制。Start-time为整个模拟的起始时间,固定格式为“2007-01-04”;Point-num为浓度场中结点个数;Net-num为浓度场中网格个数;frame-num为模拟运行的时间,单位是天。表2gridinfo.txt文件格式ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表2描述每个计算网格的详细信息。ID为网格编号;Length为网格最大长度,单位为米;Area为网格面积,单位为平方米;Mean为平均水深,单位为米;Max为最大深度,单位为米;InitVol为网格初始水容量,单位为立方米;Inflow为网格入水量,单位为立方米/天;Outflow为网格出水量,单位为立方米/天;Temp为网格水温,单位为摄氏度;Tox为网格污染物浓度,单位毫克/升。表2数据格式为按照网格编号,依次记录每个网格从起始时间至模拟运行时间间隔内的最大长度、网格面积、平均水深、最大水深、污染物浓度等数据。表3grid.txt文件格式X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
X4
Y4
Area
表3描述四边形网格结构文件格式,X1-Y4记录了网格四顶点的X坐标和Y坐标,Area记录了网格面积。表4gridNet.txt文件格式Node1
Node2
Node3
Node4
表4描述四边形网格组成信息,Node1-Node4为四边形四结点的结点编号。2、以步骤1获得的一次参数为输入参数,进行急性生态风险评价;水生动物LC50值及水生植物EC50值客观表征了生物受污染物的毒理效应,因此使用污染物浓度与LC50或EC50比值的方式显性表达了生物的风险状态。针对目前水生态风险评价方法中缺乏“快速、有效”的手段,本发明采用污染物浓度场中每个网格的浓度值除以水生动物LC50值的方法来计算水生动物的急性风险。LC50即半致死浓度,是衡量存在于水中的毒物对水生动物和存在于空气中的毒物对哺乳动物乃至人类的毒性大小的重要参数。具体计算过程为,获取暴露时刻t处污染物对水生动物作用的LC50值LC50(t),获取暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t),最后计算某种水生动物对污染物的急性风险值Risk(t)=Concentration(t)/LC50(t)。相应地,采用污染物浓度场中每个网格浓度除以水生植物EC50值的方法来计算水生植物的急性风险。EC50即半数有效浓度,是指引起50%试验生物产生某一特定反应,或是某反应指标被抑制一半时的浓度。具体计算过程为,获取暴露时刻t处污染物对水生植物作用的EC50值EC50(t),获取暴露时刻t处每个网格污染物浓度Concentration(t),某种水生动物对污染物的急性风险值Risk(t)=Concentration(t)/EC50(t)。采用OpenGl技术结合聚类算法、颜色分形算法对所有网格进行图像渲染,输出急性生态风险图。3、以步骤1获得的一次参数为输入参数,进行长期生态风险评价本发明采用美国环保局发布的开放源码AQUATOX模型作为水生态毒理基础模型,该模型可以预测多种污染物,如营养盐、有机化学物在水环境中的归宿,以及它们对水生态的影响,包括对鱼类、无脊椎动物、水生植物的影响。因此可以帮助识别和理解水质、物理环境、水生物之间的关系。该模型既关注污染物在多介质间的迁移转化过程,又强调生态毒理效应,比较而言,是一个最为综合的生态风险评价模型。但是该模型将整个研究区整体作为研究对象,并假定任意时刻水体均匀混合,因此模型未考虑研究区空间特征,也没有考虑研究区水质、水动力差异,本质上是一个静态的评价模型,因此本发明对模型进行了时空动态特征的改进。采用耦合非恒定水环境模型和改进的水生态毒理模型的方法来建立长期生态风险评价方法。模型的耦合过程中使用时间步长耦合、空间网格聚集和风险场演变可视化三项技术。整个耦合过程是:读取非恒定水环境模型生成的二维水动力污染浓度场数据gridinfo.txt,该浓度场为水生态毒理模型提供两类参数,一类是提供研究区无结构网格几何分布,采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合,网格聚集后的每一个网格作为水生态毒理模型的一个计算单元,所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护;二是提供水生态毒理模型需要输入的动态参数,采用时间步长耦合技术与水生态毒理模型进行耦合,非恒定水环境模型为水生态毒理模型提供的动态参数包括事故点范围(长度)、表面积、平均深度、最大深度、入流水量(动态变化)、出流水量(动态变化)、水温、点源负荷等,水生态毒理模型对每一个计算单元进行逐一模拟运算;模型的运算结果是各独立网格单元的浓度变化、生物种群和生物量变化,采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对大数据量网格进行图形渲染,展现整个研究区域风险场动态演化过程。长期生态风险评价方法结果输出为多种污染物,如营养盐、有机化学物在水环境中的归宿,以及它们对水生态的影响,包括对鱼类、无脊椎动物、水生植物的影响。本发明的技术原理:污染事故发生后,利用成熟的非恒定水环境模型模拟结果,作为急性生态风险评价和长期生态风险评价的输入参数;急性风险评价采用污染物浓度与受影响水生生物LC50(动物)、EC50(植物)比值计算的方法;长期风险评价则是以非恒定水环境模型所使用的网格结构中的每一个网格作为计算单元,从水环境模型模拟结果中获取每一网格的水动力、水质等参数,将这些参数提供给改进的水生态毒理模型AQUATOX并逐一网格计算,采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对计算结果进行图形渲染,输出整个风险场动态演化过程。两种风险评价方法既考虑了面向应急的“快速、有效”需求,又强调了污染物在水环境中的长期累积效应,为评估事件可能导致的污染程度、影响范围和风险水平提供科学依据。本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:(1)综合运用生态毒理学机理和水环境模型建立区域尺度水环境风险评价方法,兼顾生态毒理效应和水动力学、水质学时空动态特征,克服了现有生态评价缺乏空间分布和时间动态的缺点;(2)提供急性风险评价和长期风险评价两种方法,兼顾长期累积评价和急性“快速、有效”评价两种需求,面向实际应用。本发明结合非恒定水环境模型和水生态毒理综合模型,发明了一种地表水水环境生态风险的评价方法,包括长期生态风险评价和急性生态风险评价方法。前者侧重污染物的长期累积效应,兼顾生态毒理效应和水动力学、水质学时空动态特征,是一种综合的生态风险评价方法;后者侧重污染物急性生态评价,为地表水污染事件的生态风险快速评价提供方法学支撑。
附图说明
图1为南京八卦洲区域四边形网格划分。图2为Daphniaxa048小时风险分布图。图3为t=0小时Daphniaxa0ppb。图4为t=24小时Daphniaxa0ppb。图5为t=48小时Daphniaxa0ppb。图6为t=72小时Daphniaxa0ppb。图7为t=96小时Daphniaxa0ppb。图8为t=120小时Daphniaxa0ppb。图9为t=144小时Daphniaxa0ppb。图10为t=168小时Daphniaxa0ppb。图11为t=192小时Daphniaxa0ppb。图12为t=216小时Daphniaxa0ppb。图13为t=240小时Daphniaxa0ppb。图14为t=264小时Daphniaxa0ppb。图15为t=288小时Daphniaxa0ppb。图16为t=312小时Daphniaxa0ppb。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。实施例、以南京八卦洲区域硝基苯污染为例对本发明的技术方案进行阐述。一、应用非恒定水环境模型模拟计算生成污染物浓度场数据,根据浓度场数据创建设置说明文件gridinfo.ini、网格信息文件gridinfo.txt、网格结构文件grid.txt和网格组成文件gridnet.txt。测定南京八卦洲的如下数据:河道当前水位,单位为米;流量,单位为立方米/秒;糙率值;风速值,单位为米/秒。获得污染物的如下数据:污染物事故发生点的地形实测数据;污染物事故发生点的经纬度、污染物(本例为硝基苯)、污染物总质量,单位为吨;污染物比重;污染物溶解速率,单位为Kg/(5min.Kg);污染物饱和溶解度(%);污染物挥发性,单位为Kg/(5min.Kg);污染物降解速率,单位为Kg/(5min.Kg)。具体数据如下:河道当前水位为2.3米、糙率值为0.02、风速值为5.0米/秒,角度为正北;南京八卦洲的九个监测站点(南京进口、世业洲头、朱家山闸、马汊河闸、岳子河道、梁庄、新民、划子口、滁河口)处的流量值,见表1。表1南京八卦洲的九个监测站点处的流量值时间
南京进口
世业洲头
朱家山闸
马叉河闸
岳子河道
梁庄
新民
划子口
潞河口
2007-5-1xa00:00
18824.961
2.131
1.303
22.838
-8.099
-3.01
-4.741
-1.581
24.93
2007-5-2xa00:00
19941.99
2.369
0.548
-0.331
-10.202
-4.212
-6.57
-3.834
21.807
2007-5-3xa015:00
22120.133
2.686
-1.412
15.814
-7.421
-4.33
-6.368
3.117
32.999
2007-5-4xa00:00
21974.219
2.75
-0.366
-16.797
-9.268
-5.23
-7.831
0.104
26.209
2007-5-5xa00:00
22831.436
2.947
-1.562
-34.085
-9.688
-6.099
-9.029
0.323
26.611
2007-5-6xa00:00
23886.176
3.12
-3.039
-45.912
-9.404
-6.716
-9.747
1.598
27.901
2007-5-7xa00:00
24582.279
3.285
-4.473
-54.252
-8.686
-7.103
-10.104
2.95
28.777
2007-5-8xa00:00
25221.674
3.302
-3.939
-1.326
-3.606
-4.337
-4.214
9.359
34.483
2007-5-9xa00:00
25271.215
3.215
-2.986
28.346
-1.775
-1.339
2.613
11.126
32.524
2007-5-10xa00:00
25287.308
3.087
-1.69
51.726
-0.062
1.377
5.085
13.462
39.319
2007-5-11xa00:00
24583.152
3.014
-1.052
55.679
0.078
0.92
4.854
13.537
44.44
2007-5-12xa00:00
24045.938
2.867
-0.635
55.299
-0.347
-0.595
2.625
12.987
45.657
2007-5-13xa00:00
22879.522
2.741
-0.374
48.686
-1.115
-1.536
-0.703
11.377
43.681
2007-5-14xa00:00
21964.762
2.661
-0.455
42.377
-1.527
-1.729
-1.476
10.312
41.991
2007-5-15xa00:00
21203.042
2.569
0.141
46.483
-2.14
-1.931
-2.163
9.254
39.986
2007-5-16xa00:00
20175.19
2.586
1.467
56.387
-3.186
-2.455
-3.267
7.412
37.136
2007-5-17xa00:00
19859.903
2.522
2.556
60.196
-2.654
-2.174
-2.838
7.65
36.581
2007-5-18xa00:00
18795.307
2.507
3.231
49.466
-3.924
-2.618
-3.76
5.264
33.706
2007-5-19xa00:00
17751.305
2.422
2.095
1.221
-4.661
-2.6
-3.881
3.613
32.784
2007-5-20xa00:00
17068.502
2.335
-0.521
-33.963
-3.366
-2.01
-2.898
5.07
35.057
2007-5-21xa00:00
17080.014
2.276
-2.869
-51.06
-3.16
-2.038
-2.873
4.915
31.51
2007-5-22xa00:00
17385.37
2.197
-2.736
-28.841
-1.389
-0.934
-0.473
6.049
20.961
2007-5-23xa00:00
17940.624
2.094
-0.608
17.485
1.992
0.934
1.933
9.504
13.194
2007-5-24xa00:00
18363.377
1.91
1.488
47.798
4.422
1.79
3.154
13.757
27.124
2007-5-25xa00:00
18217.104
1.78
1.898
51.482
3.947
1.711
3.005
14.049
38.665
2007-5-26xa00:00
17758.474
1.752
1.906
48.362
2.562
1.326
2.489
12.291
40.798
2007-5-27xa00:00
17539.228
1.667
1.644
43.148
1.984
1.058
2.089
11.552
39.986
2007-5-28xa00:00
17081.192
1.68
1.552
38.365
-0.279
-0.225
0.068
8.887
36.697
2007-5-29xa00:00
16992.963
1.798
1.623
39.85
-1.682
-0.769
-1.014
7.1
34.652
2007-5-30xa00:00
17508.943
1.938
1.801
43.566
-2.876
-1.282
-1.851
5.919
33.407
2007-5-31xa00:00
17947.915
2.037
2.134
46.743
-2.862
-1.453
-2.06
6.216
33.538
2007-6-1xa00:00
18142.264
2.096
2.137
34.964
-4.589
-2.055
-3.105
3.733
30.157
2007-6-2xa00:00
18479.732
2.291
1.812
13.963
-7.109
-3.132
-4.847
0.167
26.193
2007-6-3xa00:00
19242.01
2.523
0.906
-17.797
-8.568
-4.14
-6.384
-1.292
25.152
2007-6-4xa00:00
20161.887
2.697
-0.603
-37.512
-7.943
-4.505
-6.776
0.671
27.694
2007-6-5xa00:00
21094.083
2.818
-3.315
-61.094
-7.706
-4.913
-7.254
1.63
27.713
2007-6-6xa00:00
22030.857
2.925
-4.381
-53.79
-6.265
-4.794
-6.826
3.847
26.405
2007-6-7xa00:00
23154.493
2.973
-3.981
-17.51
-4.159
-4.014
-4.902
6.692
21.305
2007-6-8xa00:00
24215.081
3.01
-2.827
18.341
-2.589
-3.039
-2.667
9.117
22.208
2007-6-9xa00:00
24807.785
3.008
-1.813
40.913
-1.354
-1.91
0.083
11.747
35.996
2007-6-10xa00:00
24990.894
3.011
-1.574
44.646
-1.761
-2.305
-1.322
11.979
43.206
2007-6-11xa00:00
25020.9
3.055
-1.631
40.189
-2.791
-3.176
-3.239
10.951
43.479
2007-6-12xa00:00
25204.941
3.123
-2.186
27.661
-4.262
-4.266
-5.255
9.332
41.38
2007-6-13xa00:00
25667.246
3.233
-2.938
17.834
-5.659
-5.368
-7.032
7.995
39.451
2007-6-14xa00:00
26404.741
3.434
-3.301
15.329
-7.573
-7.144
-9.71
6.252
37.268
2007-6-15xa00:00
27700.297
3.695
-3.543
9.035
-9.682
-9.542
-13.123
4.663
35.506
2007-6-16xa00:00
29079.145
3.962
-3.41
5.541
-9.784
-11.082
-14.945
5.44
38.334
2007-6-17xa00:00
29962.459
4.189
-3.87
-7.915
-9.715
-12.373
-16.421
5.94
39.722
2007-6-180:00
31278.234
4.378
-5.597
-23.538
-8.969
-12.927
-16.541
7.58
42.313
2007-6-19xa00:00
32781.953
4.564
-7.194
-28.897
-9.071
-14.143
-17.67
8.4
43.097
2007-6-20xa00:00
34182.838
4.74
-7.772
-13.243
-8.29
-14.45
-17.103
10.157
44.427
2007-6-21xa00:00
35265.351
4.866
-7.488
13.947
-6.742
-13.354
-13.989
12.703
48.696
2007-6-22xa00:00
35896.651
4.897
-7.288
30.457
-5.818
-12.251
-11.112
14.444
54.074
2007-6-23xa00:00
36538.669
4.947
-7.6
27.261
-6.719
-13.832
-13.803
14.071
55.355
2007-6-24xa00:00
37696.491
5.053
-8.289
16.48
-8.338
-16.662
-18.118
13.306
57.002
2007-6-25xa00:00
38856.762
5.214
-8.765
11.695
-9.086
-18.756
-20.524
13.314
58.332
2007-6-26xa00:00
40057.525
5.383
-9.258
10.179
-9.142
-20.034
-21.159
14.111
60.474
2007-6-27xa00:00
40556.608
5.54
-8.958
35.132
-7.245
-18.16
-15.677
16.401
64.311
2007-6-28xa00:00
40578.826
5.609
-8.718
54.733
-6.162
-16.494
-10.514
17.465
65.365
2007-6-29xa00:00
40966.498
5.674
-9.103
36.103
-7.308
-19.027
-15.791
16.475
64.283
2007-6-30xa00:00
41157.755
5.768
-9.149
25.262
-7.606
-20.2
-17.389
16.125
63.581
2000年八卦洲区域地形实测数据见表2。表2xa02000年八卦洲区域地形实测数据序号
经度
纬度
X坐标
Y坐标
水深
序号
经度
纬度
X坐标
Y坐标
水深
1
118.728212
32.092232
39663151.4
3553389
-6.298
251
118.725995
32.099331
39662929.5
3554173
25.372
2
118.727957
32.092299
39663127.2
3553396
-3.334
252
118.725748
32.099443
39662906
3554185
25.367
3
118.727699
32.092365
39663102.8
3553403
2.752
253
118.725501
32.099554
39662882.5
3554197
25.63
4
118.727441
32.092441
39663078.3
3553411
10.541
254
118.725253
32.099666
39662858.9
3554209
26.078
5
118.727183
32.092508
39663053.8
3553418
18.288
255
118.725003
32.099786
39662835
3554222
26.413
6
118.726921
32.092583
39663028.9
3553426
23.329
256
118.724752
32.099907
39662811.1
3554235
26.661
7
118.72666
32.092659
39663004.1
3553434
25.694
257
118.724499
32.100028
39662787
3554248
27.067
8
118.726394
32.092735
39662978.9
3553442
27.266
258
118.724245
32.100148
39662762.8
3554261
27.462
9
118.726126
32.092802
39662953.5
3553449
27.326
259
118.723988
32.100269
39662738.4
3554274
27.435
10
118.725859
32.092886
39662928.1
3553458
26.155
260
118.723729
32.10039
39662713.7
3554287
27.208
11
118.725588
32.092953
39662902.4
3553465
23.505
261
118.723472
32.10052
39662689.2
3554301
26.86
12
118.725315
32.093029
39662876.5
3553473
20.71
262
118.723212
32.100649
39662664.4
3554315
26.431
13
118.725045
32.093114
39662850.8
3553482
17.92
263
118.722949
32.100779
39662639.4
3554329
25.907
14
118.724772
32.093199
39662824.9
3553491
15.332
264
118.722685
32.100909
39662614.2
3554343
25.369
15
118.7245
32.093293
39662799.1
3553501
13.604
265
118.722419
32.101039
39662588.9
3554357
24.772
16
118.724224
32.093377
39662772.9
3553510
14.938
266
118.722154
32.101169
39662563.6
3554371
23.934
17
118.723949
32.093471
39662746.7
3553520
15.709
267
118.721889
32.101299
39662538.4
3554385
22.987
18
118.72367
32.093565
39662720.2
3553530
15.879
268
118.721624
32.101428
39662513.1
3554399
22.08
19
118.723389
32.093659
39662693.5
3553540
16.022
269
118.721359
32.101558
39662487.9
3554413
20.969
20
118.723109
32.093762
39662666.9
3553551
16.647
270
118.721094
32.101697
39662462.6
3554428
19.47
21
118.72283
32.093874
39662640.4
3553563
17.433
271
118.720829
32.101827
39662437.4
3554442
17.285
22
118.722546
32.093977
39662613.4
3553574
18.28
272
118.720566
32.101966
39662412.3
3554457
12.634
23
118.722283
32.094116
39662588.3
3553589
19.154
273
118.720302
32.102105
39662387.1
3554472
5.306
24
118.722005
32.094237
39662561.8
3553602
20.021
274
118.720042
32.102243
39662362.3
3554487
-0.39
25
118.721723
32.09434
39662535
3553613
20.907
275
118.719783
32.102382
39662337.6
3554502
-3.624
26
118.721438
32.094452
39662507.9
3553625
21.854
276
118.719523
32.102521
39662312.8
3554517
-4.894
27
118.721151
32.094564
39662480.6
3553637
22.873
277
118.731463
32.09831
39663447.6
3554068
-6.861
28
118.720862
32.094686
39662453.1
3553650
24.011
278
118.73121
32.098412
39663423.5
3554079
-5.778
29
118.720568
32.094798
39662425.2
3553662
25.14
279
118.730959
32.098515
39663399.6
3554090
-2.214
30
118.720273
32.09491
39662397.1
3553674
26.267
280
118.73071
32.098618
39663375.9
3554101
4.806
31
118.719975
32.095031
39662368.8
3553687
27.513
281
118.730464
32.098729
39663352.5
3554113
9.833
32
118.719676
32.095161
39662340.3
3553701
28.568
282
118.73022
32.098832
39663329.3
3554124
14.259
33
118.719374
32.095283
39662311.6
3553714
29.23
283
118.729979
32.098934
39663306.3
3554135
18.539
34
118.719071
32.095413
39662282.7
3553728
29.607
284
118.729738
32.099037
39663283.4
3554146
23.701
35
118.718765
32.095543
39662253.6
3553742
29.349
285
118.729502
32.099139
39663260.9
3554157
28.373
36
118.71846
32.095692
39662224.6
3553758
28.544
286
118.729268
32.099241
39663238.7
3554168
32.5
37
118.718158
32.09584
39662195.8
3553774
27.399
287
118.729036
32.099353
39663216.6
3554180
36.274
38
118.717856
32.095998
39662167
3553791
25.972
288
118.728808
32.099464
39663194.8
3554192
39.187
39
118.717555
32.096164
39662138.3
3553809
24.519
289
118.728579
32.099575
39663173
3554204
39.745
40
118.717252
32.09633
39662109.4
3553827
22.971
290
118.728351
32.099678
39663151.3
3554215
37.619
41
118.716948
32.096497
39662080.4
3553845
20.589
291
118.728121
32.099789
39663129.4
3554227
34.828
42
118.716643
32.096672
39662051.3
3553864
15.609
292
118.727889
32.0999
39663107.3
3554239
32.252
43
118.716338
32.096857
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45
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295
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296
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47
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-8.107
297
118.726704
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48
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-5.79
298
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49
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-0.593
299
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50
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118.723412
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118.720815
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118.722318
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321
118.720567
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-2.401
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323
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340
118.728131
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91
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342
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118.728909
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344
118.727176
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95
118.72865
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-2.512
345
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118.728389
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346
118.726688
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27.723
97
118.728128
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347
118.726438
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27.707
98
118.727868
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20.3
348
118.726187
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99
118.727612
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23.852
349
118.725934
32.10228
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27.233
100
118.727357
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350
118.72568
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101
118.727103
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351
118.725428
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102
118.726852
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352
118.725175
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103
118.726601
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353
118.724919
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104
118.726348
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354
118.724659
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105
118.726093
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355
118.724394
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106
118.725836
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356
118.72413
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107
118.725579
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357
118.723865
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22.393
108
118.725322
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25.031
358
118.723604
32.103403
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3554621
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109
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164
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414
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167
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417
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423
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479
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118.718691
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-4.649
480
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231
118.73084
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-6.605
481
118.729756
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232
118.73058
32.097267
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-3.988
482
118.72951
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33
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483
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118.730066
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485
118.728763
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118.729561
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486
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37
118.729314
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487
118.728252
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40
118.728595
32.098151
39663177.1
3554046
30.872
490
118.727478
32.106235
39663057.2
3554941
23.663
41
118.72836
32.098262
39663154.7
3554058
34.801
491
118.727218
32.106374
39663032.4
3554956
22.784
42
118.728125
32.098364
39663132.3
3554069
38.024
492
118.726956
32.106513
39663007.5
3554971
21.953
43
118.72789
32.098467
39663109.9
3554080
38.333
493
118.726695
32.106652
39662982.6
3554986
21.259
44
118.72766
32.098578
39663088
3554092
36.405
494
118.726435
32.106782
39662957.8
3555000
20.383
45
118.727427
32.09868
39663065.9
3554103
33.84
495
118.726175
32.10692
39662933
3555015
19.234
46
118.727196
32.098792
39663043.8
3554115
30.972
496
118.725916
32.107059
39662908.3
3555030
18.009
47
118.72696
32.098903
39663021.4
3554127
28.69
497
118.725655
32.107198
39662883.4
3555045
16.759
48
118.726723
32.099006
39662998.8
3554138
27.33
498
118.725393
32.107328
39662858.5
3555059
15.394
49
118.726483
32.099117
39662976
3554150
26.295
499
118.725132
32.107458
39662833.6
3555073
13.921
50
118.726241
32.09922
39662952.9
3554161
25.51
500
118.724872
32.107587
39662808.8
3555087
12.059
污染物事故发生点的经纬度为118.853983,32.229551;污染物总质量为60吨,瞬时排放、污染物比重为1.0、污染物溶解速率为0.08Kg/(5min.Kg)、污染物饱和溶解度为35.0%、污染物挥发性为0.002Kg/(5min.Kg)、污染物降解速率为0.001Kg/(5min.Kg)。将上述数据输入Delft3D模型(非恒定水环境模型),利用DELFT3D网格划分工具对南京八卦洲区域进行四边形网格划分,获得如图1所示网格分布图;设置Delft3D模型模拟起始时间2007年1月4日,模拟间隔86天,输出频率为每天,运行获得污染物浓度场数据;对浓度场结果文件进行数据转换生成如下四个配置文件:1、说明文件gridinfo.ini“2007-01-04,14425,13992,86”。即将研究区划分为13992个四边形网格,14425个结点,如图1所示。模拟起始日期为2007年1月4日,本例中模拟天数为86天。2、网格信息文件gridinfo.txt0,117.180000,3040.649902,15.000000,15.000000,45609.750000,8546150.000000,8513213.000000,12.000000,0.0000000,117.180000,3040.649902,15.000000,15.000000,45609.750000,8542502.000000,8508330.000000,12.000000,0.0000000,117.180000,3040.649902,15.000000,15.000000,45609.750000,8569477.000000,8559622.000000,12.000000,0.0000001,117.750000,3055.850098,15.000000,15.000000,45837.750000,8587538.000000,8452836.000000,12.000000,0.0000001,117.750000,3055.850098,15.000000,15.000000,45837.750000,8583873.000000,8447987.000000,12.000000,0.0000001,117.750000,3055.850098,15.000000,15.000000,45837.750000,8588975.000000,8455044.000000,12.000000,0.00000013991,175.350006,9146.049805,15.000000,15.000000,137190.750000,12782663.000000,16650419.000000,10.001300,0.000000依次记录了13992个网格86天随时间变化的网格编号、网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格初始水容量、网格入水量、网格出水量、水温、污染物浓度。3、网格结构文件grid.txt118.728212,32.092232,118.728674,32.093209,118.728403,32.093284,118.727957,32.092299,3040.649902118.727957,32.092299,118.728403,32.093284,118.728134,32.093360,118.727699,32.092365,3055.850098118.725588,32.092953,118.726051,32.094011,118.725787,32.094087,118.725315,32.093029,3341.100098依次记录了13992个网格四变形四顶点坐标及面积。4、网格组成文件gridnet.txt0,46,47,11,47,48,2...14374,14423,14424,14375依次记录了13992个网格四边形四个顶点的结点编号。二、急性生态风险评价待测污染物为硝基苯。待测水生为大型蚤(Daphnia)。暴露时刻t=48小时时,Daphnia的LC50为40667ug/L。输入暴露时刻t处每个网格的污染物浓度Concentration(t)和暴露时刻t处污染物对待检测水生动物的半致死浓度LC50(t),得到所述水生动物对污染物的风险值Risk(t);Risk(t)=Concentration(t)/LC50(t)。采用OpenGl技术结合聚类算法、颜色分形算法对所有网格进行图像渲染,输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图(急性风险图),见图2。图2为大型蚤(Daphnia)48小时急性风险评价图。风险阈值由自动聚类算法计算,本例中红色部分为高风险分布区域,蓝色部分为低风险分布区域,红色至蓝色间过渡色区域为中度风险的分布区域。三、长期生态风险评价采集南京八卦洲区域的水样,检测水样,获得水质参数(包括营养盐浓度、碎屑浓度)和水生生物参数(水生植物生物量、水生动物生物量)。营养盐浓度指的是氨氮浓度、硝酸盐浓度、磷酸盐浓度、二氧化碳浓度和溶解氧浓度,单位均为mg/l。碎屑浓度指的是可溶性碎屑的浓度和非可溶性碎屑的浓度,单位均为g/m²。水生植物生物量指的是硅藻、绿藻、蓝藻、其他藻类及大型水生植物的生物量,单位为g/m²。水生动物生物量指的是浮游动物、水底无脊椎动物、水底蠕虫和鱼类的生物量,单位为g/m²。具体数据如下:氨氮浓度为0.015mg/l、硝酸盐浓度为4.3mg/l、磷酸盐浓度为0.2mg/l、二氧化碳浓度为0.5mg/l、溶解氧浓度为12mg/l;可溶性碎屑浓度为0.3g/m²、非可溶性碎屑浓度为1g/m²;水生植物采用绿藻,生物量0.05mg/l;水生动物采用大型蚤,生物量0.03mg/l。采用美国环保局发布的开放源码AQUATOX模型作为水生态毒理基础模型。在水生态毒理模型中输入南京八卦洲区域的水质参数和水生生物参数,选择待测污染物(本例为硝基苯)。读取网格信息文件gridinfo.txt,提取地表水水环境的无结构网格几何分布,采用空间网格聚集技术与水生态毒理模型进行耦合,网格聚集后的每一个网格作为水生态毒理模型的一个输入单元,所有空间网格信息由GIS平台MAPWINGIS组件管理和维护;读取网格信息文件gridinfo.txt,提取动态参数,采用时间步长耦合技术与水生态毒理模型进行耦合;所述动态参数包括网格最大长度、网格面积、平均水深、最大深度、网格入水量(动态变化)、网格出水量(动态变化)、网格水温、网格污染物浓度;水生态毒理模型对每一个输入单元进行逐一处理,得到各网格中待测生物的浓度变化、生物种群和生物量变化,采用OpenGL技术结合聚类算法、颜色分形算法对各网格进行图形渲染,输出地表水水环境中待检测污染物对待检测生物的生态风险图(整个研究区域风险场动态演化过程)。图3至图16为Daphniaxa0ppb参数表征的0、24、...、312小时风险图。ppb代表10^-9,在表达浓度时标示ug/l(微克/升),本是实力中ppb表示ug/kg,即每千克Daphnia生物量中含多少微克的污染物。在图3至图8中,Daphniaxa0ppb参数变化趋势与浓度场变化趋势保持一致,说明污染事故发生后,随着时间的推移,硝基苯污染物在Daphnia体内的含量逐渐增加,污染物对生物体影响作用逐渐加强;从图8至图12浓度场逐渐减弱,Daphniaxa0ppb参数变化趋势随之减弱;但是后者的变化趋势明显小于前者浓度场的变化趋势,证实了污染物在生物体内的累积过程是一个缓慢的过程;图12至图16,浓度场基本消失,Daphniaxa0ppb参数变化趋势依然存在,并保持缓慢减缓的趋势,即污染物浓度场不存在情况下,污染物对生物体的影响持续存在,证实了污染物对生物体的长期累积影响。