湖南湘江流域重金属污染的现状与分析

湘江是湖南的母亲河,是湘江流域居民的重要饮用水的水源地,也是不同污水的汇聚地。资料表明,随着工业化和城市化的发展,湘江流域内的水体、土壤和农作物受到不同程度的重金属严重污染,其中镉和砷的污染较为突出。与湘江流域内其他江段相比,衡阳水口山段和株洲清水塘段受到严重的重金属污染。湘江流域重金属污染不仅严重影响了流域内居民的正常生活供水,而且还造成了流域内居民重金属中毒、鱼类资源大幅度减少、大量的农田被荒弃等,甚至造成相当地域的鱼类、粮食和蔬菜不能食用。     

湘江流域土地利用多功能性评价及障碍因子识别

为了促进湘江流域土地可持续利用,以湖南省湘江流域为研究区域,构建基于生产、生活以及生态功能的土地利用多功能性评价指标体系,采用改进TOPSIS模型评估湖南省湘江流域在2010—2018年土地利用多功能状况,采用障碍度模型识别影响土地利用多功能性提高的障碍因子,并提出了优化土地利用多功能的路径。结果表明:(1)湘江流域土地利用多功能总体上呈增强的趋势,其中生产功能和生活功能在增强,生态功能在减弱,2010—2018年土地利用多功能值由0.392 5增加到0.574 5,土地利用多功能程度经历了从中等到较强的过程;(2)2010—2013年,PM2.5浓度、第三产业产值、人口密度、人均社会消费品零售额等指标是制约土地利用多功能提升的主要障碍因子,2014—2018年单位面积生态系统服务价值、乡村从业人口、人均耕地面积、生境丰度指数等指标是制约土地利用多功能提升的主要障碍因子;(3)2010—2018年生态功能对湘江流域土地利用多功能性提高的制约在升高,生产和生活功能的制约在降低。湘江流域未来应优先保护生态用地,严格耕地保护,增加乡村从业人口,从而促进区域可持续发展。     

基于分形理论的湘江流域洪水分期研究

洪水点据序列具有随机性、非线性、确定性和相似性,这些特性与分形理论研究的对象一致,因此可应用分形理论进行洪水分期的研究。以湘江流域为例,通过分析湘潭水文站洪水散点序列,计算容量维数,确定洪水分期数目,最终划定了湘江流域的洪水分期,并与传统洪水分期方法进行了比较。结果表明,用分形分析法得到的湘江汛期洪水分期和传统方法结果基本一致,但分形理论计算较为客观,说明分形理论在洪水分期中是可行的,值得深入探讨和应用。     

会昌县打造百里湘江绿色生态长廊工程

<正>会昌县委、县政府最近将建设40 km湘江两岸绿色长廊工程列入今后5年的重大目标任务。为推动百里湘江绿色生态长廊工程建设,充分发挥好水土保持部     

基于排污权交易的湘江流域生态补偿研究

[目的]以湖南省湘江流域为研究对象,探索流域生态补偿方法,为湘江流域实施污染综合治理及区域平衡发展提供理论依据。[方法]通过研究区域内的8个城市(长沙、湘潭、株洲、衡阳、岳阳、永州、郴州、娄底)2012年的人均GDP,人口总数,人均工业生产总值和万元GDP污水排放量与8个市的平均值进行对比分析,确定生态补偿标准系数。通过将各个市的人均排污量与8个城市的平均排污量作比较,求得各个市的超量排污量和节余排污量;按照主要因子排污价格及其排污比例确定超量排放和节余排放的支付和补偿价格;利用生态补偿标准系数,计算2012年湘江流域每个城市的最终补偿标准。[结果]2012年长沙、株洲、湘潭市应分别支付生态补偿资金4 005.0,440.7和430.1万元,衡阳、岳阳、郴州、永州和娄底市可获得的生态补偿资金分别为338.2,90.4,561.4,602.8和379.5万元。[结论]实际排污大于理论排污权的城市有长沙、株洲和湘潭市;而其他5个城市排污权均有节余。     

气候变化及人为活动对湘江流域径流和输沙的影响

湘江是洞庭湖流域最大的支流,在全球气候变化以及高强度人为活动影响的背景下,明确湘江流域水沙关系及其影响因素,对洞庭湖流域水资源安全以及洞庭湖湿地生态环境保护具有重要意义。以湘江控制站湘潭水文站1982—2011年水沙数据为基础,综合考虑气候和人为活动变化等因素,结合趋势分析、突变分析、相关分析等方法,分析了湘江流域年径流量、输沙量、植被覆盖和气候(降雨量(R)、降雨强度(R_i)、最大日降雨量(R_(x1))、最大5d降雨量(R_(x5))、干旱情势(Palmer Drought Severity Index(PDSI)和Standardized Precipitation Evapotranspiration Index(SPEI)的变化规律,并分三个阶段气候突变前(1981—1990年)、气候突变后至退耕还林前(1991—2002年)和退耕还林后(2003—2011年)探讨了湘江流域水沙变化的影响因素。结果表明,在1982—2011年期间,总体上湘江流域降雨呈下降趋势,但降雨强度、干旱情势和植被覆盖上升。流域径流与气候因子(降雨、PDSI,SPEI)波动步调基本一致,但输沙量呈持续下降趋势。径流和输沙量与气候和植被因子有良好的相关性。进一步分析表明,气候变化是径流变化的主要原因;对于输沙量而言,1995—2002年泥沙降低的主要原因是水利工程建设,而2003—2011年之间输沙量降低则主要因为退耕还林等生态保护措施的综合效应。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

旅游开发对湘江流域土壤重金属及水体状况的影响

以湘江流域为例,在野外调查和室内分析的基础上,调查了旅游开发区和对照区不同水期(平水期、丰水期和枯水期)不同形态土壤重金属(As、Cd、Cu、Zn、Ni和Pb)、水质(TN、TP、BOD5和CODcr)及浮游植物多样性分布状况,并运用冗余分析(RDA)的方法研究了旅游开发区和对照区浮游植被多样性与环境因子(土壤和水质)之间的关系。结果表明:(1)湘江流域旅游开发区共检出浮游植物8门273种,对照区共检出浮游植物8门203种,两者主要种类为绿藻门和硅藻门,旅游开发区和对照区浮游植物种类基本表现为丰水期枯水期平水期,局部有所波动,相同时期各藻类数目基本表现为旅游开发区对照区;(2)旅游开发区和对照区水质水温、pH、TN、TP、BOD5和CODcr浓度呈一致的变化规律,基本表现为丰水期枯水期平水期,透明度呈"V"字形变化规律;旅游开发区pH、TN、TP、BOD5和CODcr浓度均显著高于对照区(P0.05),透明度显著低于对照区(P0.05),水温并没有明显的变化趋势(P0.05),在枯水期二者之间的差距较小,说明了旅游开发对湘江流域枯水期水质的影响较小;(3)旅游开发区和对照区不同形态土壤重金属含量总体表现为丰水期枯水期平水期,旅游开发区土壤As、Cd、Cu、Zn、Ni和Pb含量分别超国家标准,其中Cd含量超标最为严重;(4)湘江流域旅游开发区和对照区土壤重金属总量与土壤有效态重金属含量均存在极显著的正线性相关关系(P0.001),说明旅游开发区和对照区土壤有效态重金属含量主要来自土壤重金属总含量。(5)冗余分析结果显示,湘江流域旅游开发区和对照区浮游植物多样性与土壤及水质状况均呈显著正相关关系(P0.01),对湘江流域旅游开发区和对照区浮游植物多样性影响最大的主要是BOD5浓度、CODcr浓度和土壤Cu、Pb含量。     

湘江生态经济带开发与生态与环境建设研究

随着长株潭经济一体化工作的快速发展,湖南省政府提出了建立“湘江生态经济带”、建设“全国生态城市”设想,以强化湘江作为长株潭区域经济发展轴的功能。围绕湘江生态经济带这根主线,在分析评价生态与环境现状的基础上,重点研究沿江风光带建设和区域经济发展对生态与环境的影响,正确处理好经济发展和生态与环境保护的关系,以实现生态效益、经济效益和社会效益的高效统一,达到推动长株潭区域经济可持续发展的目的。     

湘江流域岳麓山周边地区地表水体水化学特征及灌溉适宜性

[目的] 对湘江流域岳麓山地区地表水体进行水化学特征分析及灌溉适宜性评价,为该地区的生态环境保护及水资源综合管理的科学决策提供理论支持。[方法] 以岳麓山周边地区为研究区,从2020年12月至2021年11月采集降水、山涧溪水和湘江河水水样,利用Piper图、Gibbs图、端元图等方法,分析各水体水化学特征以及影响因素。[结果] 降水主要阴阳离子为Ca²⁺,K⁺,SO^2-₄和NO^-₃,无明显水化学类型;山涧溪水主要阴阳离子为Ca²⁺和NO^-₃,主要水化学类型为Cl-Ca·Mg型和Cl-Ca型;湘江河水主要阴阳离子为Ca²⁺和HCO^-₃,主要水化学类型为HCO₃-Ca型。山涧溪水主要受大气降水输入和碳酸盐岩风化控制;湘江河水受碳酸盐岩风化作用影响较大。[结论] Na⁺离子含量,SAR和RSC指标以及其绘制USSL图和Wilcox图分析结果较好,山涧溪水和湘江河水适合用于灌,不易引起盐害或碱害。     

基于Copula函数的湘江流域气象干旱向水文干旱传播特性

水文干旱的发生往往与气象干旱的发生密切相关,因此揭示两者间的响应关系对干旱预警及水资源管理具有极其重要意义。该研究以湘江流域为研究对象,采用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI)和标准化径流指数(standard runoff index,SRI)分别表征气象干旱和水文干旱,采用皮尔逊相关系数确定干旱响应时间,并结合游程理论识别、融合和剔除干旱事件,分析湘江流域上、中、下游不同季节干旱的趋势性及周期性,最后建立基于Copula函数耦合贝叶斯网络模型的气象-水文干旱特征响应概率曲线。结果表明:湘江流域气象干旱到水文干旱的传播时间为2个月,阈值组合[0.5、0、-0.5]相较于组合[0、-0.3、-0.5]识别得到的干旱事件更优;下游发生水文干旱的情况最为严重,中游气象干旱最为严重,整体上水文干旱发生历时和烈度的最大值均大于气象干旱;流域整体有湿润化趋势,但是在夏季和秋季,存在干旱化的趋势;干湿变化存在几个较为明显的震荡周期,分别为3～5、6～10和18～21 a;对于联合分布函数,除了上游和下游气象-水文干旱烈度的最优联合分布为Gumbel C...     

基于侵蚀降雨特征的湘江流域R因子修正算法

降雨侵蚀因子R表示由降雨引起的土壤侵蚀的潜在能力,能够反映气候因素对土壤侵蚀能力的作用.根据湘江流域18个水文气象站近50 a的降雨量数据,采用针对不同类型降雨资料的不同R值的计算方法,对湘江流域近50 a的降雨侵蚀力R值进行估算.结果表明:Wischmemier年降雨侵蚀力经验公式与福建省降雨侵蚀力计算公式分别计算出的R1、R2值与章文波日降雨量估算方法计算出的R3值有较大误差,分别达到35.99％和45.58％,不适用于直接计算该区域的降雨侵蚀力R值;经过侵蚀降雨特征因子修正后的Wischmemier年降雨侵蚀力经验公式与福建省降雨侵蚀力计算公式计算出的年降雨侵蚀力R值精度比修正前大大提高,其平均误差减小到9.59％和5.53％,表明在缺少日降雨量数据资料的情况下,采用根据侵蚀降雨特征因子侵蚀降雨量与侵蚀降雨时间修正后的降雨侵蚀力计算公式能够更加精确地估算出研究区内降雨侵蚀力R值.     

基于SWAT模型的湘江流域土地利用变化情景的径流模拟研究

土地利用变化对径流产生重要影响, 显著影响到流域生态的可持续发展。本文应用流域分布式水文模型SWAT, 对湘江流域内5个水文站点(湘潭、株洲、衡山、衡阳、归阳)的月径流进行了模拟。选取1998~2002年作为模型校准期, 以Nash-Sutcliffe效率系数(NSI)和决定系数(R²)为评价指标, 率定出7个模型敏感参数, 并用2003~2007年的月径流进行模型验证。研究表明, 除归阳站点外, 其余4个站点月径流模拟的R²和NSI都高于0.82, 有的甚至达到0.92, 说明模拟效果较好。在此基础上, 以《湖南省土地利用总体规划(2006-2020)》为依据, 设置了3种土地利用情景模式, 以研究不同土地利用方式对径流的影响程度。结果显示, 土地利用变化对水文过程影响比较显著, 情景1中, 随着165.40 km²的耕地转为林地以及793.91 km²的耕地转为草地, 径流深模拟输出减小1.28 mm; 情景2中, 随着8 173.96 km²的林地转为耕地以及337.56 km²的耕地转为建设用地, 径流深模拟输出增加15.61 mm; 情景3中, 随着500.02 km²的未利用地转为耕地, 径流深模拟输出增加1.16 mm。因此, 增加林地和草地面积将减少径流, 而耕地和建设用地的增加导致径流的增加。在对湘江流域进行土地利用规划时需要综合考虑水文效应和经济效益, 充分认识人类活动对水资源的影响。     

冷水滩湘江湿地公园建设方案思考

湿地景观是湿地公园的主要景观,湿地景观具有保护生物多样性、维持湿地生态系统稳定性以及提供生态服务的作用。湿地公园兼具休闲游览、生态环境保护以及科普教育的作用,对湿地公园进行合理建设具有重要的意义。基于此,以冷水滩湘江湿地公园为例,提出湿地公园建设与发展的具体方式,为促进湿地公园合理建设、保护湿地公园生态环境提供合理的参考意见。     

TRMM卫星降水产品降尺度及其在湘江流域水文模拟中的应用

高时空分辨率降水数据对准确刻画区域降水时空变化特征、精准模拟区域生态和水文过程具有重要的现实意义。以湘江流域为例,在考虑地理、地形和植被等多重要素的基础上,建立了基于地理加权回归法（Geographic Weighted Regression,GWR）的热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM）降水降尺度模型,并采用比例指数法反演得到星地融合日降水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种产品,用来驱动土壤和水评估模型（Soil and Water Assessment Tool,SWAT）,分析评估其在水文模拟中的应用潜力。结果表明：1）GWR降尺度后,在TRMM降水空间分辨率由0.25°提升至0.05°的同时,同气象站点观测月降水之间的决定系数（R2）平均提升了0.33,均方根误差（RMSE）平均降低了43.30 mm,平均相对偏差（Average Relative Error,ARE）平均降低了38.71个百分点,表明该降尺度模型在湘江流域TRMM月降水降尺度研究中具有良好的适用性;2）与TRMM日降水量相比,星地融合日降水Ⅲ产品同气象站点观测日降水量的R2提高了0.81,RMSE降低了10.27 mm,ARE降低了0.11个百分点,表明以气象站点观测日降水量作比例指数展布星地融合月降水是可行有效的;3）星地融合日降水Ⅲ产品在SWAT模型日、月径流模拟中的纳什效率系数最大,分别为0.79、0.93,相对误差最小,分别为0.12%、1.10%,水文模拟效果最优,可替代气象站点和TRMM卫星降水进行水文模拟。研究结果可为气象站点稀缺区域的高精度降水资料获取和高效水文模拟提供数据支撑和方法借鉴。     

考虑水系演变的湘江流域洪水风险四维评价体系构建

为刻画水系演变对洪水风险的影响,该研究区别于传统洪水风险评价方式,着重考虑水系演变的综合定量化研究,以湘江流域为例,构建基于水系演变的洪水风险评价体系,运用有别于主观赋值、具有一定客观性的熵权法,从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性和防洪减灾能力4个维度开展1995－2015年洪水风险评价体系验证研究。研究结果表明：1）1995－2015年,研究区水系大体呈衰减趋势且各市域之间水系变化差异大,其中河网密度和支流发育系数衰减率最高,分别达30.96%、34.01%,河道趋于主干化,单一化;2）基于水系演变的洪水风险评价表明,期内,区内洪水风险程度逐渐提高,高风险地区发生在上游的永州市南部、郴州市西部、中游的衡阳市以及下游长沙市辖区;3）定量化水系演变的流域洪水风险四维评价体系合理可行,且能更科学和细腻地反映城镇化背景下水系演变对洪水风险的影响,为流域农业生产和区域防洪减灾提供科学支撑。     

湘江株洲-湘潭-长沙段河床沉积物重金属污染特征及生态风险评价

在湘江株洲-湘潭-长沙(长株潭)河段三地12处采集河流沉积柱芯12个,获得沉积物样本384个,采用地累积指数、潜在生态危害指数等评价方法,系统分析样本中Mn、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni等6种重金属元素含量水平及分布变化特征,对湘江株洲-湘潭-长沙段重金属污染程度及生态风险进行评价。结果表明:湘江长株潭河流沉积物重金属变动趋势变动较大,Cu、Pb、Zn分布有明显地域规律,Cr、Ni、Mn分布无明显地域规律。地累积指数显示,除Ni和Cr外,长株潭三地都存在Pb、Cu、Zn、Mn污染,其中株洲霞湾段(ZX5-10)Pb和Zn达严重污染程度,Mn、Cu等达到中度或轻度污染程度;湘潭与长沙两地湘江沉积物Pb、Zn达到中度污染,其余重金属为轻度或偏中度污染水平。潜在生态风险指数显示,株洲段为强生态危害,湘潭段为中等生态危害,长沙段为轻微生态危害。株洲霞湾段湘江沉积物的重金属潜在生态危害应引起有关部门重视。     

1951-2011年湘江径流泥沙演变过程与特征分析

根据湘江主要控制站1951-2011年长时间序列径流与泥沙资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、小波分析法和均值差异T检验法等,揭示了湘江年径流量和年输沙量演变特征与规律,并分析了其驱动因素。结果表明:(1)径流量呈微弱增加趋势,而输沙量下降趋势明显; (2)时间序列上径流量未发生突变,而输沙量在1997年发生了突变,表现为1997年后有显著下降趋势; (3)小波分析表明径流量和输沙量均存在20和7 a的周期性变化规律; (4) 60 a来湘江年径流量可以分为1951-1954和1992-2002年两个多水期,1955-1991和2003-2011年两个少水期。径流泥沙集中度与集中期分析表明输沙量年内分配不均匀性更为明显,输沙主要集中在每年6月; (5)年输沙量显著减少主要是水利工程拦沙和水土保持工程措施所致。     

湘江衡阳段河漫滩沉积物粒度特征与历史洪水事件

[目的]分析河漫滩沉积记录的历史时期洪水信息,揭示极端洪水事件和洪水发生规律,为防洪减灾提供指导.[方法]根据湘江河漫滩沉积剖面91个样品的粒度分析,结合AMS 14C精确测年,分析湘江衡阳段河漫滩剖面粒度特征与洪水事件.[结果]①河漫滩沉积物粒度组成以粗粉砂、粗砂、极细砂为主.粒度参数显示,剖面洪水沉积动力较强,分选...     

湘江谷地主要土壤类型中八个元素的环境背景值研究

由于人类的各种活动使环境受到不同程度的污染,故环境背景值的研究便成为环境质量评价研究的基础性工作,它不仅用于当前的环境质量评价及环境监测工作,而且对工农业的规划及发展也具有实际意义.我们对湘江谷地主要土壤类型中B,V,Sc和Ba等若干元素的环境背景值进行了初步研究,现报告如下.