广利灌区总干渠水质及氮磷污染初步评价

【目的】针对灌区绿色发展面临严峻挑战和水环境不断恶化等问题,探究广利灌区总干渠水质及氮磷污染现状及其对灌区水环境的影响,进一步提出灌区水环境问题解决建议。【方法】于2019年6—12月,在灌区内总干渠中选取具有代表性的6个断面,进行了6次水质监测,测定水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、COD_Cr和BOD₅等反映水质和氮磷污染的基本指标。采用适用于我国河流水质综合评价的综合水质标识指数法和富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式对河流水质及富营养化情况进行评价。【结果】①广利灌区86%的水体水质能满足Ⅴ类农业水域功能区的用水要求,且综合水质标识指数随时间和空间变化显著,7月66.7%水体处于劣Ⅴ类水标准,在三号闸和补源进水口取样点出现了黑臭水体。②广利灌区水体富营养化严重,灌区内水体100%处于富营养状态,富营养化评价综合指数(EI)峰值出现在7月补源进水口处(80.5),且41.6%的水体处于重富营养化状态。③TN平均质量浓度为5.30 mg/L,为地表水Ⅴ类水标准的2.65倍,TP平均质量浓度为0.156 mg/L,氮、磷比为33.97∶1,适宜藻类生长。【结论】广利灌区总体水质可满足农业功能区用水要求,但富营养化水平较高,尤其是氮污染严重,灌区内的原生态土渠和水生植物使河流具有良好的自净能力,能发挥其生态功能作用。因此,建议加强灌区内入河水体的污染控制尤其是氮磷污染的监测;同时渠道衬砌要考虑生态环境、配比生态衬砌和原生态土渠、河道搭配水生植物,进而对河水中的氮磷等污染物进行吸附,以改善灌区水环境。     

水功能区纳污能力和水资源保护研究

结合泗洪县水环境现状,贯彻最严格水资源管理制度,对其水资源保护进行研究。以单因子评价法为基础对县域内河流湖泊进行水质状况分析。根据水资源保护目标,以水功能区为研究单元,通过建立零维及一维水质模型,对2020年泗洪县水功能区纳污能力、污染物入河总量及污染物削减量进行研究计算。结果表明,2020年泗洪县大部分水功能区排污量严重超出纳污能力。根据结果提出了水资源保护措施。通过措施的实施,2020年水功能区水质达标率为87.5%,达到85%的水质目标。     

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。     

卫河水系新乡段历年不同水期水质变化分析

【目的】了解卫河水系新乡段历年不同水期和不同河段的水质变化情况。【方法】采用综合污染指数法对卫河水系1963—2018年的水质指标数据进行了计算,分析河流水质的时空变化特征。【结果】卫河干流8个水质站和共产主义渠干流3个水质站不同水期的综合污染指数不同。总体上,干流1980年以前综合污染指数较低,1990—2009年综合污染指数变高,2010年后综合污染指数降低,但仍高于1980年以前。支流7个断面的综合污染指数不同,并随年代变化而变化。水系中水库的综合污染指数最低。西孟姜女河和东孟姜女河主要受点源排污影响,综合污染指数最高。【结论】干流1990—2009年污染变严重,2010年后污染减轻。干流水质污染程度受不同水期的影响。水系中,水库的水质最好,西孟姜女河和东孟姜女河水质污染最严重。     

1998—2017年海河流域水资源变化趋势分析

海河流域是我国水资源开发利用程度最高、水资源最为紧缺、水质污染尤为突出的地区。【目的】明确该流域近年来水资源现状及变化趋势。【方法】统计1998—2017年海河流域水资源数据,分析了水资源量、供用水量和水质的变化趋势。【结果】海河流域人均水资源量不足全国人均的1/10,水资源极度匮乏且年际波动较大;在供水量方面,近年来地下水供给占比呈下降趋势,域外调水和其他水源供给占比呈增加趋势;在用水量方面,农业和工业用水量呈降低趋势,生活用水量不断提高,生态用水量快速增长;河流水质有所改善,但仍处于较差水平;大中型水库水质达标率较低,近况堪忧。【结论】海河流域水资源量与质的问题依然十分严峻,更加严格的水资源管理措施有待执行。     

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。     

农业面源污染指标与地表水质量的相关性研究

【目的】揭示我国农业面源污染物排放对地表水质量的影响,为改善地表水质量提供理论依据。【方法】总结了1999—2018年我国主要面源污染指标排放量变化趋势,并采用水质指数(WQI)量化分析了同期地表水质量,最后对农业主要面源污染指标排放量及其未利用量与地表水WQI之间做了相关分析。【结果】4种主要农业面源污染指标——化肥施用量和畜禽养殖业产生的化学需氧量(COD)、总磷(TP)和铵态氮(NH_4~+-N)在1999—2018年均呈先上升后趋于平稳或有下降的趋势。与1999年相比,2018年时4种主要污染物依次增长37.1%、21.1%、28.4%和15.6%。河流水质在1999—2006年呈下降趋势,之后明显改善,2018年WQI较1999年增加了13.8%。湖泊和水库的水质年际波动较大,2018年WQI较1999年分别增加6.5%和2.4%。畜禽养殖业产生的COD、TP和NH_4~+-N未利用量与河流WQI呈显著的负相关关系,TP对河流WQI的影响最大,其次是NH_4~+-N,COD影响最小。【结论】近年来我国河流水质有所改善,但水库和湖泊水质仍不容乐观,降低化肥施用量以及畜禽养殖业污染物未利用量是改善地表水质量的关键途径。     

海河流域农田氮磷面源污染的空间分布特征及关键源区识别

【目的】分析海河流域农田氮磷面源污染及对水质影响的空间分布特征,并识别关键源区,以期为该流域面源污染治理提供参考依据。【方法】基于InVEST营养物传输率模型和产水量模型,估算了海河流域农田氮磷入河负荷、河流断面氮磷入河通量和潜在氮磷径流质量浓度,结合GIS空间热点分析、水文网络分析识别面源污染关键源区。【结果】海河流域2015年氮磷入河负荷分别为2.41 kg/hm²和0.56 kg/hm²,入河总量达3.4934万t和0.8077万t,潜在氮、磷径流质量浓度分别为5.97、1.47 mg/L,约55%的河段超过地表V类水质TN、TP标准。农田氮磷污染呈明显的沿西北部山区向中南部平原方向上升的分布特征;农田氮磷入河负荷和潜在氮磷径流质量浓度的空间分布差异明显,前者高值分布在徒骇马颊河水系、漳卫河水系、子牙河水系,后者高值分布在徒骇马颊河全线、黑龙港运东河中下游、大清河支流和子牙河上游部分河段;流域水系上游或支流的潜在氮磷径流质量浓度普遍高于干流。热点区面积分别占14.45%、16.02%,贡献入河总量的23.39%、27.71%。【结论】海河流域农田氮磷面源污染较严重,西北部山区地区的污染程度低于中南部平原地区,以流域中南部、石家庄和秦皇岛的周边地区为关键源区。     

基于改进的GRNN-Markov水质预测模型研究及应用

【目的】针对水环境系统的复杂性,结合GRNN网络预测模型和马尔科夫理论,构建了改进GRNN-Markov水质预测模型,为模拟不确定性、复杂多变的河流水质变化趋势提供可靠的方法依据。【方法】以汾河入黄口主要污染物CODcr为研究指标,采用3σ准则对水质监测资料进行预处理,利用灰色关联分析（GRA）确定输入节点,解决GRNN网络对关键参数不能自动寻优的缺点,同时采用改进GRNN模型对水质数据进行模拟预测,针对水质预测数据的随机波动性,通过Markov模型修正误差残值,以达到更好的预测结果,为水环境保护与治理提供新思路、新方法。【结果】改进GRNN-Markov水质预测模型,可以提高水质预测结果的精度,使相对误差从-38.27%～-15.71%提高到-25.77%～-5.25%,修正结果更加接近实测值。【结论】验证了组合模型在小样本水质预测中的可行性,为水环境管理提供了科学依据。     

不同赋权方法的综合水质标识指数法对比分析

【目的】明确宁夏清水河各水质监测断面的水质分布特征,为流域水质评价提供依据,基于清水河3个水质监测断面(二十里铺、三营、泉眼山)2014—2016年的监测数据。【方法】采用主成分分析法对检测数据进行筛选,选择具有代表性的水质检测指标,应用综合水质标识指数法对该地区水质做出评价;结合3种赋权方法(超标倍数法、变异系数法、熵权法)对传统的综合水质标识指数法进行改进,并做进一步对比分析。【结果】综合水质标识指数分析法显示二十里铺断面水质评价结果为Ⅱ类且基本保持稳定;三营断面2014、2015年评价结果满足Ⅲ类水质标准,2016年评价结果为Ⅳ类水质标准,且该断面水质有变差的趋势;泉眼山断面评价结果为Ⅱ类水且逐年减小,该断面水质有进一步变好的趋势。【结论】应用不同赋权方法对3个断面水质进行评价,评价结果均达到水功能区划要求,但超标倍数法和熵权法计算过程中存在一定缺陷,变异系数法较其他2种赋权方法更为合理。     

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。     

泉州洛阳水闸库区水体氯离子含量超标原因和对策

洛阳江是泉州市辖区境内第二大河流,该河流发源于罗溪镇扑鼎山南麓,流域范围覆盖了罗溪镇、马甲、河市、双阳、万安等镇,河流总长度为41.4km.洛阳江是当地农业灌溉、工业生产、居民用水的主要来源,而当下河流水质问题愈发严重,水体氯离子含量严重超标,对于流域内工农业生产造成很大的困扰,上级管理部门非常重视.基于此,本文对泉州洛阳水闸库区的水体氯离子含量超标问题进行了分析,查找原因,并探讨解决对策.     

农田排水系统分布特征对水质净化效果的影响研究

【目的】分析不同排水沟塘系统分布特点对农田排水污染物去除能力的影响。【方法】分别选择陕西省富平县卤泊滩和江苏省扬州市江都区为研究区,通过理论计算,比较了2种不同分布但农田面积比接近的排水沟塘系统的水质净化能力。【结果】①位于南方的江都研究区"小沟多塘"排水系统对于污染物的去除率比卤泊滩地区"大沟无塘"高出7%～36%;②在卤泊滩研究区,污染物降解的主要场所为排水农沟,而在江都研究区,则是面积较大的支沟和池塘;③2个研究区不同类型沟塘对污染物的去除效率都与其面积呈现良好的相关性。【结论】分布特征决定了沟塘水系的水力联系,"小沟多塘"类型分布的排水系统更有利于污染物的降解。     

塔里木河流域产水量时空分布及驱动因素分析

【目的】研究区域产水量时空变化及其驱动因素,为区域水资源的调配与管理提供理论支撑。【方法】利用In VEST模型模拟了2000―2015年和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量的时空分布并对驱动因素进行了分析。【结果】空间上,各流域多年平均产水量均集中分布在流域上游地区,平均产水量多在30 mm以上。2000―2015年和田河流域和开都-孔雀河流域产水量以下降趋势为主,而叶尔羌河流域则相反。降水对流域产水功能起着关键作用,和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量与降水呈显著相关性的面积占比较大,分别为73.99%、88.49%和71.11%。气温和降水是影响各流域产水量空间分布的主导因素,其q值都在0.4380以上;各流域两两因子之间的交互作用都存在着非线性增强;和田河流域人口密度与GDP、开都-孔雀河流域相对湿度与太阳辐射和风速、叶尔羌河流域GDP、人口密度与相对湿度之间差异显著。【结论】西北干旱区内陆河典型流域产水量主要受气温和降水的影响。     

南方大型灌区水稻田灌溉制度实时优化方法研究

【目的】提高南方大型平原自流灌区农业用水效率,发展精准灌溉。【方法】针对江苏省洪金灌区,基于降雨短期预报和水量平衡方程,开展水稻灌溉制度的实时优化研究。【结果】基于7 d短历时天气预报,2017年7月7─13日洪金灌区采用实时优化方法确定的灌溉方案与传统灌溉制度相比,在满足同样灌水要求情况下的灌溉水量减少了32%。【结论】该方法对南方水稻区种植具有普遍指导意义,能够更加精确地安排水稻灌溉制度,提高雨水利用率,优化地区水资源分配。     

2000—2016年叶尔羌河中下游植被覆盖动态变化遥感分析

【目的】获取干旱区内陆河流域地表植被覆盖变化信息,探讨和揭示内陆干旱地区地表植被空间演变规律。【方法】以叶尔羌河流域2000—2016年Landsat系列遥感影像数据、水文和气象数据、社会经济数据为主要数据源,基于RS、GIS及GPS等技术,采用空间数据处理、信息提取解译、海量数据建库、图属一体化、数据仓库管理技术等方法,研究分析2000—2016年流域植被覆盖时空动态变化及驱动因素。【结果】①从时间方面看,2000—2016年研究区植被覆盖面积整体呈减少趋势,即由2000年的6 025.9 km~2减少至2016年的5 620.4 km~2,减少了405.5 km~2,年减少率为0.42%,其中,主要为低盖度植被向劣盖度植被转移,研究区植被覆盖趋于退化;②从空间方面看,研究区天然植被主要分布于B段(叶尔羌河与提孜那甫河汇合处至三河汇口处),以劣植被覆盖为主,2000—2016年植被覆盖度减少区域主要集中在A段(卡群以下至叶尔羌河与提孜那甫河汇合处),且减少的植被覆盖多为劣盖度。【结论】研究区生态水平退化主要因素可归结为平原区气温升高造成的蒸散发损失加大及绿洲水土资源开发利用挤占生态用水造成的地下水位下降。     

基于“双评价”的农业耕作条件适宜性评价研究——以武汉市为例

【目的】为国土空间农业资源的开发利用提供依据。【方法】以武汉市为例,结合《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）》规范,使用ArcGIS软件先通过镶嵌、裁剪、重采样获取武汉市内部数据,对DEM高程数据执行坡度分析,生成坡度数据,使用地形坡度数据初步评定武汉市农业耕作条件并分级,根据土壤粉砂含量进行修正,再对河流、湖泊等水体区域取最低级,生成武汉市农业土地资源分级图。【结果】计算各级别农业土地资源面积可知,高等级区域面积占比9.6%,较高等级区域面积占比39.4%,中等等级区域面积占比28.8%,较低等级区域面积占比3.8%,低等级区域面积占比18.4%,总体较适宜于农业耕作。【结论】分级成果与生态等其他数据进行综合处理后,可为国土空间农业资源的开发利用提供依据。     

沿海地区农业水土资源承载力评价及其障碍因子分析

【目的】水土资源是维持农业可持续发展的关键因素。针对沿海地区水土资源面临日益严峻的质与量的问题,深入了解沿海地区水土资源的承载能力,评估影响沿海地区水土资源承载力的障碍因素,指导水土资源优化配置。【方法】以南通沿海地区4个县市为研究对象,构建农业水土资源承载力评价指标体系,利用变异性筛选评价指标,运用熵权TOPSIS模型对南通沿海地区的农业水土资源承载力进行评价。基于障碍度模型,对农业水土资源承载力的主要障碍因子进行分析。【结果】(1)南通市各沿海地区农业水土资源承载力水平较佳,南通市区、如东县、海安县、海门市综合指数在0.45～0.60区间,资源开发利用程度合理;而启东市综合指数在0.30～0.45区间,农业水土资源承载力水平处于平衡状态。(2)各子系统对南通市沿海地区农业水土资源承载力的影响差异显著,其中农业水土资源对南通市沿海地区农业水土资源承载力均有较大程度的影响效果(33.30%～56.62%)。(3)农田灌溉水资源效益是制约海安县、如东县和南通市区农业水土资源承载力提升的关键因子,耕地生产力是海门市和启东市农业水土资源承载力提升的关键因子。【结论】本研究成果可为指导江苏乃至...     

立式轴流泵装置进口导水锥支架对马鞍区性能影响研究

【目的】研究进口导水锥支架对"马鞍区"和设计流量工况下立式轴流泵装置水力性能以及水泵内部流场的影响。【方法】基于RANS方程和SST k-ω湍流模型进行三维计算,选择立式轴流泵装置进行有无进口导水锥支架方案的对比分析,通过模型试验验证了数值计算的可靠性。【结果】小流量工况下,无进口导水锥支架方案立式轴流泵装置进水流道出口出现流动回流,形成大范围回流漩涡,造成进水流道堵塞,引起大量低频压力脉动,并产生能量损失,致使扬程突降,出现马鞍区。有进口导水锥支架方案可以有效抑制回流漩涡的范围和强度,降低低频压力脉动,提高泵装置稳定性。马鞍区最低点扬程上升5.5%,明显消除马鞍形。设计流量工况,进口导水锥支架的设置增加了叶片做功能力,抵消了支架的部分水力损失,使得扬程下降较小,约1.3%,内流场较为均匀。【结论】进口导水锥支架在工程应用中具备改善立式轴流泵装置马鞍区的巨大潜力。     

基于Sentinel-2破碎化地块灌区作物种植结构的提取

【目的】探究基于Sentinel-2遥感影像的决策树分类模型提取破碎化地块灌区作物种植结构的适用性。【方法】选取新疆阿拉沟灌区为研究区,以2021年覆盖作物全生育期的Sentinel-2遥感影像为数据源,结合田间调查和Google高清影像目视解译采样,基于主要作物物候信息、NDVI时序特征等分析确定作物识别的关键期阈值,构建决策树模型进行灌区主要作物分类,并对分类结果精度验证。【结果】基于Sentinel-2提取的灌区种植结构分布图地块纹理清晰,能够满足灌区用水管理需要;构建的决策树分类模型可在灌区尺度实现作物分类,方法简便易行,总体精度达到81.56%,Kappa系数为0.716 6。【结论】采用Sentinel-2遥感影像和决策树分类方法识别破碎化地块灌区复杂作物分类是可行的,可为灌区输配水决策和农业用水精细化管理提供基础信息。