乌梁素海冰封期冰-水中污染物空间分布特征及污染评价

【目的】了解乌梁素海冰封期污染物的分布特征及污染水平。【方法】于2017年2月初冰封期采集冰样和冰下水样,测试样品的TN、TP以及可溶态重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的质量浓度及分布特征,用单因子指数法和综合污染指数法对乌梁素海冰封期不同相态水体进行了环境质量评价。【结果】乌梁素海在冰封期结冰过程中,污染物由冰体向水体迁移;TP和TN是最主要的污染物因素;重金属分布高值区域出现在湖区南部、湖区出口处,低值区位于湖区中部与东北部;Cu元素和Zn元素个别点位达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类标准限值,应引起重视。【结论】结冰会使乌梁素海冰下水体污染加剧,利用该特殊效应,实现湖泊污染治理。     

基于生态水位差比法的高海拔湿地生态环境需水量研究——以乌梁素海湿地为例

【目的】估算高海拔湿地生态环境需水量。【方法】采用生态水位差比法对乌梁素海湿地生态环境需水量进行了计算,并对乌梁素海生态补水量进行了分析。【结果】乌梁素海湿地最小和适宜生态水位差比系数分别为0.786和1.231,最小和适宜生态环境需水总量分别为5.645亿m3和7.580亿m3;乌梁素海湿地生态补水量为4.68~6.85亿m3。【结论】新提出的生态水位差比法模型是对原生态水位法的改进,此模型更适合应用于高海拔湖泊湿地生态需水量计算,并且此模型可满足湿地净化污染物要求。当某湿地的水文和生态状况与乌梁素海湿地相似时,可用生态水位差比系数进行最小和适宜需水量估算。     

蘑菇湖水库水环境容量总量控制研究

为逐渐恢复蘑菇湖水库的农业灌溉及养殖功能,介绍了按灌溉期划分的夏秋、非灌、春灌3个不同时段及不同的水质目标,定量计算蘑菇湖水库主要污染物水环境容量总量,得到水库不同时段的最大日负荷(TMDL)。根据TMDL对蘑菇湖水库的污染来源实施总量控制研究,得出了以下结论:同一水质目标下,在夏秋、非灌、春灌不同时段的水环境容量成递增趋势;扣除水库污染物本底值的环境容量多数为负值;扣除水库污染物本底值的环境容量春灌时段大于夏秋时段,夏秋时段大于非灌时段。最后阐述了对蘑菇湖水库水环境容量实施总量控制的效果。     

包头市南海湖冰封期营养盐和叶绿素a时空分布特征研究

【目的】探究在冰封过程中营养盐及叶绿素a的空间分布以及营养盐与叶绿素a的相关关系。【方法】以包头市南海湿地中的南海湖为研究对象,分别在常温期和冰封期对南海湖内采样点的总氮、总磷、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、溶解性总磷、溶解性正磷酸盐及叶绿素a质量浓度及相关环境因子进行测定,并进行相关性分析。【结果】(1)南海湖中营养盐在时空分布上有一定规律,时间上有明显的季节性差异,空间上存在明显的区域性差异。季节性差异主要受自然因素的影响包括光照、温度;区域性差异主要受人为活动的影响。(2)冰封条件下Chl.a质量浓度与DIN、DIP、TN、TP、NH4+-N、NO3--N均呈显著正相关关系(P0.05),说明冰封条件下南海湖水体中营养盐量的高低在一定程度上影响着浮游藻类的增长。(3)结冰使污染物由冰向水中迁移,冬季温度低,污染物难以被降解,导致水质恶化。【结论】冰封期南海湖水体的N/P比平均值为11.38,判定水体富营养化的主控因子是P,因此在冰封期应严格控制含P污染源排入是南海湖水体富营养化的关键。     

沈乌灌域天然湖泊非冰封期水质阶段性评价与分析

沈乌灌域湖泊水质状况对灌域生态环境有着重要影响。【目的】揭示沈乌灌域内天然湖泊水质状况,阐明节水改造工程实施和特殊的灌溉制度对湖泊水质变化的影响。【方法】针对沈乌灌域8个典型天然湖泊2016─2017年非冰封期(3─11月)水质监测数据,借助SPSS软件,采用主成分分析方法,选取CODMn、NH3-N、TN、TP、DO 5个因子作为评价指标,对研究对象进行了水质评价并对其水质变化原因进行了阐述。【结果】沈乌灌域8个典型湖泊水质在非冰封期处于动态变化,3─5月水质较好,一般能达到Ⅲ类水质,6─9月水质处于波动期,介于Ⅲ～Ⅴ类,10─11月水质开始好转,水质最差通常出现在8月与9月。【结论】8个典型湖泊其水质随时间波动较大,在节水改造工程实施年份,节水改造工程附近的湖泊水质有所降低,氮素是影响湖泊水质的主要因素。     

灌区湖泊污染主成分分析

在上游污染物排放特性的影响下,位于灌区内的湖泊水环境污染问题必定有其特殊性.以位于我国北方的河套灌区中的草型浅水湖泊乌梁素海为研究对象,将实测的湖泊水质监测数据与空间数据结合,采用基于因子分析的主成分方法将乌梁素海的水质参数概括为7个主成分,即:富营养化特征指标、湖泊盐化特征指标、湖泊有机物污染指标、湖泊形态特征指标、水体酸碱指标、水体藻类生物量指标、植物生长环境指标.分析讨论各主成分的科学内涵以及结合地区特征的湖泊污染机理,为灌区湖泊水体的合理利用与污染的治理提供科学依据.     

太湖污染物限制排污总量曲线研究

以《太湖流域水环境综合治理总体方案》提出的太湖2012年水质保护目标为基础,结合太湖分湖区实测水质浓度,确定太湖各湖区水质保护目标;提出太湖污染物限制排污总量曲线的概念,采用太湖二维水量水质模型,计算不同入湖水量条件下满足太湖2012年水质保护目标时的太湖污染物限制排污总量,结合入湖水量特征拟定太湖污染物限制排污总量曲线,并以实际入湖污染负荷量和太湖实测水质对太湖污染物限制排污总量曲线进行了检验,为严格限制纳污红线管理提供依据.     

动态水环境容量研究——以潇河流域为例

传统的水环境容量以90%设计枯水流量为计算条件,存在水文计算条件单一、水环境容量不易管控等缺点。考虑河道流量与入河污染物影响下的水环境容量逐月变化,提出了基于水文过程与污染源变化条件下的动态水环境容量与入河污染管控计算方法。以山西潇河流域晋中段为例,计算了研究流域两水功能区的逐月水环境容量及其余量,运用MIKE11模型计算了逐月允许的动态入河污染负荷。研究结果表明:(1)2019年水功能区A的COD和氨氮水环境容量阈值分别为138.37~216.54 t和6.38~14.19 t,7-10月水环境容量较大;水功能区B的COD和氨氮水环境容量阈值分别为417.67~821.05 t和9.32~29.49 t,5-8月份水环境容量较小。(2)在满足水功能区目标水质的基础上,2019年水功能区A允许的入河负荷均大于现状入河量,汛期COD和氨氮容量余量较多;水功能区B在1月、2月应削减氨氮0.003、0.086 t;削减COD 0.05、0.143 t,4-7月份允许的污染负荷大于实际入河量,余量较多。计算的动态水环境容量能够客观反映变化水文条件下的水环境容量及其余量实际,给出了满足河道水质目标前提下的入河污染物允许阈值,为流域水环境保护与管理提供重要参考和新思路。     

河套灌区地下水适宜埋深、节水阈值、水盐平衡探讨

【目的】分析探讨河套灌区当前地下水适宜埋深、节水阈值和水盐平衡状况。【方法】采用数理统计的方法,对河套灌区1998—2018年的引黄用水量、地下水埋深、水盐平衡等资料进行统计分析。【结果】2016—2018年,灌区由黄河水带来的盐分每年平均约254万t;排入乌梁素海的盐份年均约106万t,每年约有148万t盐分滞留在灌区内,灌区土壤仍然处于连续积盐状态。由于引入和排出大量的生态水,乌梁素海排入黄河的盐分年均188万t,属于脱盐状态,乌梁素海水质持续改善。河套灌区地下水适宜开采量约为3.2亿～3.6亿m3/a,灌区近年地下水实际开采量2016年为2.1亿m3,2017年为2.4亿m3,2018年为2.15亿m3,目前灌区还有约1.5亿m3的地下水开采潜力。【结论】河套灌区目前地下水年均适宜埋深为1.8～2.5 m,认为灌区农业引黄水量下限(节水阈值)约为40亿m3,每年还应该引入3亿～4亿m3的生态用水,用于维持乌梁素海和灌区湖泊湿地的的生态环境。     

基于Landsat-8 OLI数据的乌梁素海总溶解性固体质量浓度遥感反演

【目的】探究研究区总溶解性固体(TDS)质量浓度分布,为水环境质量评价提供依据。【方法】利用2013年和2015年乌梁素海实测TDS质量浓度和遥感反射率数据,建立并检验了TDS质量浓度多元线性回归模型,将模型应用于大气校正后的Landsat-8 OLI数据,分析了乌梁素海TDS质量浓度时空分布特征。【结果】建立的多元线性回归模型均方根误差为0.455 g/L,平均相对误差为13%,决定系数R2为0.594。经误差敏感性检验及区域适用性检验表明,该算法适用于乌梁素海开阔水体TDS质量浓度遥感反演。乌梁素海TDS质量浓度无明显的时间循环变化特征;中部开阔水体TDS质量浓度低;北部、东部沿岸及南部部分水域TDS质量浓度反演结果有较大误差。主要原因是北部、东部和南部受底质、藻华及沉水植被的影响较大。【结论】建立的模型可用于乌梁素海TDS质量浓度的遥感反演。     

尼洋河水质沿程变化特征多元统计分析

【目的】了解尼洋河沿程水质状况,分析丰水期干流水体的主要污染指标,科学合理的说明尼洋河流域饮用水源地的水质对人体健康危害程度。【方法】基于2018年丰水期水质监测数据,运用多元统计方法分析了尼洋河干流上10个断面的水质监测指标,同时依据干流各个监测断面的水体指标检测结果,利用系统聚类分析方法将断面所在河流分为3组,监测断面分组结果与尼洋河流域上、中、下游分布基本一致。【结果】第1组水体以有机污染为主,TP与TN的质量浓度较高,水体污染程度较轻,污染源单一;第2组水体受有机污染与重金属多个指标的污染,水体水质较第1组差,污染来源相对复杂;第3组水体水质污染最为严重且污染指标最多。【结论】分析结果与单因子水质评价结果基本一致,尼洋河干流水质随河流方向有改善的趋势。     

促沉装置净化稻田径流排水中面源污染物的效果研究

【目的】研究促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物的去除效果,探寻适合农田径流排水的原位处理技术。【方法】于2015年在上海市奉贤区青村镇种源研发基地内选取5块稻田,在每块田的排水口处修建一套容积约为1.9 m³的促沉净化装置,内部用多面空心球和沸石按1∶2的体积比进行填充,在外围用沸石填充,分析每套装置进出水中的固体悬浮物、总氮和总磷的质量浓度。【结果】在整个稻季中,使用促沉净化装置对稻田径流排水中的固体悬浮物、总氮和总磷均具有较好的去除效果,其平均去除率分别达到61%、33%和34%。该装置对固体悬浮物或总磷的去除率与其质量浓度之间存在显著的对数正相关关系,即质量浓度越高,其去除率也越高;但对总氮的去除率与其质量浓度之间则呈一定程度的线性负相关关系。【结论】促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物均有较好的去除效果,使用促沉净化装置可在不影响流速的情况下,有效降低径流排水中污染物的质量浓度,改善周边水体环境,维护水体生态系统平衡稳定。     

黄河河龙区间洪水泥沙关系分析

【目的】深入了解近年来黄河泥沙变化规律,保障引黄工程的安全运行。【方法】对2006—2015年黄河吴堡、龙门水文站洪水特征资料进行了分析研究,【结果】月最大含沙量大于10 kg/m~3时段集中在3月桃花汛和汛期(6—9月),汛期泥沙量远大于3月水平,同期龙门站最大含沙量水平高于吴堡站;洪水过程径流总量与含沙量相关性并不显著;河龙区间上下游泥沙输移过程存在一定相关性,但龙门站较吴堡站更多呈现自然河道属性。【结论】黄河突发增沙原因不只局限于洪水激增,黄河调水调沙等人类活动对水流携沙突增影响不容忽视。不同水文站局部性暴雨所形成的短历时增沙现象的水文系列过程呈现随机性。     

平阴岩溶地下水位与降水量、黄河水位的相关性分析

【目的】查明平阴岩溶地下水位对降水量、黄河水位响应的时滞差异。【方法】选取2007—2018年2个沿黄岩溶水位监测数据、同期降水量和黄河水位资料,采用互相关分析、连续小波变换和交叉小波变换对岩溶水位与降水量、黄河水位的相关性进行了分析。【结果】①降水量、岩溶水位的互相关系数具有明显的12个月的周期,黄河水位周期性不强。岩溶水位与降水量、黄河水位之间存在1～8个月和0～10个月的时间滞后。②降水量和岩溶水位存在0.86～1.20 a和0.86～1.36 a的连续主震荡周期,黄河水位存在1 a和3 a的周期变化特征。③岩溶水位对降水量、黄河水位的滞后时间为110.46～164.39 d和105.77～161.88 d,黄河水与岩溶地下水之间径流速度为21.62～25.53 m/d。【结论】平阴岩溶水位对黄河水位的时滞略小于对降水量的时滞。     

基于投影寻踪模型的榆林市水资源承载能力研究

【目的】评价榆林市水资源承载能力。【方法】从榆林市水资源基本特点和现状出发,构建了包含水资源系统、人口子系统、社会经济系统和生态系统的指标评价体系。利用粒子群优化算法投影寻踪模型,对榆林市2013—2015年的水资源承载能力水平进行了评价和比较分析,并在此基础上挑选出对水资源承载能力影响较大7个指标作为调控对象,对全市未来水资源承载能力进行了预测。【结果】2013—2015年榆林市水资源承载能力为一般水平,3 a来,榆林市各县区水资源承载能力均有所下降,其中神木县承载能力下降最快,由一般转变为弱。【结论】通过对用水指标调控发现,要解决榆林市的缺水问题,调整工业结构,提高工业水重复利用率,加大农田节水力度、优化种植结构十分必要。此外,必须考虑黄河引水工程,才能提高榆林市未来水资源承载能力。     

腐殖酸对滨海黏质盐土持水性能的影响

【目的】研究腐殖酸对黄河三角洲黏质盐土持水性能的影响。【方法】通过压力膜法测定各处理不同水吸力下的土壤含水率,采用VG方程对土壤水分特征曲线进行拟合,分析土壤水分特征曲线;通过KSAT饱和导水率仪测定土壤饱和导水率,分析腐殖酸配施量与饱和导水率的关系;通过不同腐殖酸配比下黏质盐土持续蒸发试验,分析腐殖酸配施量与蒸发的关系。【结果】黏质盐土配施腐殖酸后,土壤水分特征曲线发生明显变化。各腐殖酸配施量下黏质盐土水分特征曲线均高于T0处理;土壤水分常数明显提高,其中T2处理和T5处理配量下提高显著;饱和导水率明显提高,且T2处理和T5处理提高显著,与T0处理相比分别提高36.96%和56.92%;结合6h和12h累计蒸发量结果,T2-T4处理蒸发量较小,其中,T4处理蒸发量最小,但腐殖酸添加量对土壤水分蒸发影响不显著。【结论】腐殖酸能有效提高土壤持水能力,且T2处理下黏质盐土持水能力最强。     

基于WASP模型的东辽河水环境容量计算

根据全面了解的东辽河流域水文资料、水质资料、污染源以及污染物的调查资料,应用WASP水质模型,建立东辽河水质模拟模型,定量描述了排入河流中污染物的数量与河水水质之间的关系。根据东辽河水质污染现状和河段的功能区划,选用氨氮作为控制指标,利用建立的水质模型模拟计算了不同频率年(25%、50%、75%)情况下东辽河的水环境容量。结果表明:氨氮在25%、50%、75%保证率下的水环境容量分别为1 754.752、720.334、155.685t/a,并且下游水环境容量明显大于上游。结合东辽河流域的现状排污量,得出东辽河流域污染严重,应采取相应措施减排以改善水质。     

黑龙江省地表水灌溉水质评价分析

【目的】合理制定管理策略改善灌溉水质。【方法】以黑龙江省2017年5—8月295个测点的16项水质监测指标为基础,以《地表水水质评价标准》(GB 3838—2002)和《农田灌溉水质标准》(GB5084—2005)为依据进行等级分类,采用Office以及ArcGIS软件分析了黑龙江省灌溉水质(主要指地表水)指标时空变化特征。【结果】①黑龙江省灌溉用水的主要污染物为有机污染物类(BOD5、COD和高锰酸盐指数)和面源污染类(氨氮、TN和TP)指标,其中仅有60.9%～76.7%和68.6%～78.3%测点的灌溉水质中COD和高锰酸盐指数能够达到III类标准以上;而面源污染类指标的表现较差,且TN和TP指标的超标问题较为严重;②时间变化方面,随着生育季的进行,有机物和面源污染类指标的劣类水测点均呈现逐渐增多趋势,且这一现象在TN和TP指标上表现更为明显;③空间变化方面,农业面源污染类指标的高风险区主要集中在佳木斯和七台河市,涉及的灌区主要包括鹤立河灌区、金沙灌区、三合灌区、孟家岗灌区和万家灌区。【结论】黑龙江省灌溉水质主要受农业面源污染类指标影响,且以TN、TP为主。制定合理的水肥管理策略是改善黑龙江省灌溉水质的重要手段。