鱼类产卵敏感期河流生态流速的分区分类阈值研究

敏感生态流量目标的合理制定是生态流量管理的重难点问题。针对目前敏感生态流量目标制定中存在的计算方法繁杂、关键参数缺乏等问题,本文以鱼类产卵期为重点,提出了分区分类河流敏感期生态流速和生态流量核算方法,制定了不同区域(东北、黄淮海、西南、长江中下游和东南沿海)、不同类型(按集水面积、山区河段和平原河段等划分)河流敏感期生态流速阈值。结果显示,全部分区分类推荐流速平均值为0.66 m/s,其中山区大站平均值为0.94 m/s、山区小站平均值为0.62 m/s、平原大站平均值为0.63 m/s、平原小站平均值为0.46 m/s。基于阈值核算了全国217个鱼类产卵生境保护河段的敏感期生态流量目标,并结合部分断面湿周法结果对阈值合理性与适应性进行了验证,验证结果表明相关阈值和方法适应于不同类型、不同规模河流,可为我国现阶段河流敏感生态流量管控提供参考。

长江上游梯级水电开发的水温累积影响及生态效应

梯级大坝建设阻隔了自然河流水温的连续性,导致明显的水温累积效应,产生系列的生态效应。本文通过分析金沙江下游及三峡库区沿程水温的时空变化特征,揭示了建坝前后不同尺度水温的变化特征及累积效应,并分析了水温变化对鱼类产卵的影响。研究结果表明,金沙江下游在溪洛渡和向家坝建成后沿程年均水温差变小,沿程水文站年最大水温呈下降趋势,而年最小水温显著抬升,其中1月和12月最为明显。建坝后年水温变幅缩小且水温分布天数有“聚拢”趋势,水温分布天数由M型转为V型。累积效应指标发现建坝后时间拥挤效应显著,极值水温出现时间滞后,水温推迟达1~2个月,统计了攀枝花段27种和向家坝下游段46种鱼类产卵习性,发现水温变化导致受高度影响的鱼类分别占比48%和44%。本文丰富了梯级大坝建设的水温累积效应及对鱼类产卵的影响研究,对加强管理大型梯级运行引起的温度变化与保障下游生态恢复具有一定的科学意义。

黄河内蒙古河段水文情势变化及生态效应初探

选择月均流量、日均流量变幅、极端流量和脉冲延时4个水文情势指标,采用IHA-RVA(水文情势变化指标-变化范围法)分析黄河干流内蒙古河段水文情势的时空变化特征,辨析黄河鱼类生态习性与径流组分的响应关系,探讨内蒙古河段流量过程、极端流量变化的生态效应。黄河干流上游河段水利工程运行后,内蒙古河段的水文情势明显改变,进而改变该河段的生态水文联系过程。黄河内蒙古河段枯水期月均流量增加(1、2月份月均流量增幅超过70%)、最小日均流量增加(石嘴山断面最小日流量增幅超过50%),保障了河道流水栖息生境,有利于鱼类越冬。该河段日均流量变幅降低,有利于粘性卵孵化。但是内蒙古河段汛期月均流量减小(7-10月份月均流量降幅接近50%),大、小洪水持续时间缩短,不利于扩展横向栖息地;最大流量出现时间在上游河段延迟超过2个月、在中下游河段提前约1个月,洪水脉冲刺激时间紊乱可能影响鱼类繁殖行为。研究可为黄河内蒙古河段鱼类栖息地保护以及上游水库生态调度提供技术支持。

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10^(6)Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m^(3)/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水^(222)Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊氡箱模型,是研究平原湖荡内地下水补、径、排特征的有效方法。本研究在一定程度上加深了对平原湖荡区域水量均衡的认识,有助于了解平原湖荡水均衡和水循环机制,为平原湖荡水资源开发利用与环境保护提供数据支撑。

不同调水方式对巢湖水质影响模拟

引调水工程是目前用来改善湖泊水质的重要手段,然而引调水的调水路线、来水水量以及来水水质对湖泊水质改善效果都至关重要。本文以“引江济巢”工程为例,针对巢湖的浅水湖泊特征,考虑引调水入湖后不仅对水量和水质有直接改善作用,还可能因为湖区水动力条件改变及内源释放影响水质,通过构建二维水动力水质模型,模拟不同调水路线、水量下湖区水动力条件,进一步考虑不同来水水质和底泥释放对水质改善的影响。结果显示,调水对流场的扰动在丰水年较弱、枯水年较强,流量对湖区水质影响随流量增大而增强,来水水质的优劣是决定湖区水体水质是否改善的关键。整体而言,西湖区受调水影响较小,东湖区能够对全湖水质变化起到指示作用。调水方案应基于湖泊实际水量与水质状态综合考虑调水流量与水质制定。

哈尔滨市水资源环境承载能力评价

哈尔滨市是全国主要缺水城市之一.为了合理使用水资源,维持水资源的可持续发展状况,维护社会经济,进行哈尔滨市水资源环境承载能力评价研究显得十分必要.本研究分析了水资源环境承载力主要影响因素,采用隶属度函数确定各单项指标隶属度,结合Delphi法得出评判结果矩阵,并采用数据离散化,提高了此评价方法的表达能力.根据水资源环境承载力评价结果,分析了哈尔滨市水资源环境承载力变化趋势,为以后相关研究提供了依据.

水资源、水环境、水生态统筹治理研究进展

水资源、水环境和水生态统筹(三水统筹)治理作为习近平新时代中国特色社会主义思想在水治理领域的生动实践,对推动流域水生态环境持续改善、促进美丽河湖保护与建设具有重要指导意义.研究详细综述了以水资源、水环境和水生态为核心的水治理理论的发展基础、制度设计与绩效评估、关键路径与保障机制.最后指出未来“三水统筹”治理研究需解决“谁来统筹”“统筹什么”“怎么统筹”“何时统筹”“何地统筹”等基本问题,即“三水统筹”治理的理论框架须涵盖各项价值目标、制度设计、行为选择和条件环境等;协同主体类型须多样化,涉及政府、企业、公众和社会组织;协同方式基于“整体性”和“共享性”特征;完善水治理的学术脉络、政策实践及绩效评估.

鄂尔多斯红庆河采煤矿区生态需水研究

鄂尔多斯红庆河煤矿区处在西部干旱半干旱内陆区域,由于煤炭开采导致生态环境问题较为突出,该区域水资源短缺、供需失衡,严重制约了矿区的生态恢复。在充分的自然概况调查基础上,将红庆河煤矿区生态需水划分为天然生态需水和人工生态需水2种类型。通过植被蒸散法对植被生态需水进行计算,使用马尔科夫链进行定性预测,利用灰色预测模型GM(1,1)进行定量预测。结果表明:以2020年为基准年,红庆河煤矿区总生态需水量为37.52×10^(7)m^(3),天然植被每平方千米乔木、灌木、草地生态需水量分别为1.11×10^(6)、1.06×10^(6)、0.36×10^(6)m^(3);人工生态需水量为1.39×10^(7)m^(3)。进一步对研究区生态需水进行定性、定量预测,规划年(2025年、2030年、2035年)矿区天然生态需水量相比基准年分别上升了0.61%、2.57%和4.57%;人工生态需水量分别上升了3.60%、11.51%和20.86%。研究结果可为该地区生态恢复中植被类型选择、水资源开发利用、合理调配水资源提供科学依据。

新疆塔里木河下游绿色走廊土地覆被变化研究

研究土地利用(植被覆盖)时空变化对土地资源管理、生态环境治理及社会经济可持续发展具有重要意义。文章以塔里木河下游绿色走廊为研究区,基于近20年遥感影像解译数据及实地调查,根据土地利用转移矩阵及景观指数方法,对研究区林地(胡杨林)、灌木林地、草地、水域、未利用地面积与景观格局变化进行了分析。结果表明:流域生态治理工程实施后,下游未利用地(多为沙漠化土地或沙漠)减少,自然生态植被与水域面积明显增加。研究成果对持续推进流域综合治理具有指导作用。

小浪底水库运行下花园口河段黄河鲤生态流量研究

【目的】大坝和水库等水利工程的修建在带来防洪减灾效益的同时,也给所在区域的水生生物栖息繁衍带来了一定影响,诊断关键水生生物的生态流量对大坝下游的生态环境修复工作具有重要意义。【方法】以黄河下游花园口河段为例,探讨了小浪底水库运行下不同流量情景下的黄河鲤栖息地质量情况,并由此推求黄河鲤的生态流量。基于栖息地模拟法,通过构建耦合栖息地适宜度模型的二维水动力模型,分析了黄河鲤鱼苗期、亲鱼期的栖息地适宜度指数空间分布,分别建立了黄河鲤两个生命阶段流量与栖息地加权可用面积关系曲线。【结果】结果表明:随着模拟流量的增大,黄河鲤不同生命阶段的栖息地适宜度指数空间分布及栖息地加权可用面积呈现先增加,达到峰值后逐渐减小的变化规律。【结论】黄河下游花园口河段的最小生态流量为1 150 m~3/s,适宜生态流量为1 450 m~3/s,最适宜生态流量为3 000 m~3/s,研究成果加深了对大流量情景下黄河鲤栖息地质量的认识,对黄河下游生态保护与修复具有重要意义。

浙江舟山绿色石化区域水质特征研究

为了了解舟山绿色石化基地的水质特征,2021年5月对基地2个水体单元,完成了9个站位水质调查,进行时空对比研究,结果显示:(1)在海域环境质量现状调查中,无机氮在全部站位、活性磷酸盐部分站位劣于第四类海水水质标准,其他常规水质参数均符合第一类海水水质标准;(2)绿色石化基地内外水质保持一致,营养盐指标略有改善。(3)工程实施前后,各项水质指标变化不大,除营养盐外,各项指标均符合一类水质标准。无机氮浓度有所下降,活性磷酸盐有所上升,磷酸盐的变化与外部海水的整体变化趋势一致;(4)综合时间、空间的纵横向分析比较,舟山绿色石化基地水质保持稳定,内、外部海水水质保持一致,石化特征污染物均未检出,体现了绿色石化的环保的要求。

2014—2020年扬州市地下水水化学特征变化分析

为研究扬州市地下水水化学特征时空变化及其影响因素,综合应用多元统计分析法、Piper三线图解法、Gibbs图解法及离子比值法,对扬州市2014年和2020年地下水进行水化学特征变化分析。结果表明:2014年以来地下水水化学组分未发生明显变化,潜水阳离子以Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)为主,阴离子以Cl^(-)和HCO_(3)^(-)为主;承压水阳离子以Ca^(2+)和Na+为主,阴离子以HCO_(3)^(-)为主。6年来水化学类型逐渐增多,种类更加多样化。水化学组分主要受岩石风化控制,潜水还受到蒸发-浓缩作用影响,少数地区亦受到阳离子交换影响。

黄河湿地水体净化处理及循环再生利用研究

黄河流域作为中国的重要生态经济带,其生态保护与经济发展的协同推进对于实现区域可持续发展具有重要意义。对黄河兰州段湿地景观水体的净化处理及循环再生利用进行研究,旨在为黄河兰州段湿地景观水体的保护和利用提供了新的思路和方法,以应对水污染问题,保护和改善湿地生态环境,为黄河兰州段湿地的可持续发展提供支持。

变化环境下黄河流域内蒙古段植被与水文要素的时空协同演变

为了探明我国干旱和半干旱区植被和水的时空演变规律,通过集成多源卫星遥感观测数据、再分析数据集与模型模拟数据,得到了黄河流域内蒙古段的降水、蒸散发、径流、表层土壤含水率、陆地总水储量变化信息,解析了2003—2018年不同土地利用类型区植被与水资源的时空演变特征,探讨了植被与各水文要素之间的相互作用规律。结果表明:黄河流域内蒙古段东部森林植被覆盖度的提升促使蒸散发增加,年均蒸散发量和径流量之和较降水量高16.5 mm,导致土壤水和地下水储量下降;农田年平均净灌溉耗水量为101.3~108.9 mm,并因农田植被覆盖度逐年增大而增加;虽然草地区域年均蒸散发和径流量之和低于降水量,但草地植被覆盖度的持续增大导致水分盈余量显著降低,草地的耗水正接近其生态水文阈值;陆地总水储量等效水高以(7.5±1.9)mm/a的速率下降,区域地下水呈现亏缺趋势;降水的年际波动对植被覆盖度和蒸散发的影响逐渐减弱,对森林表层土壤含水率变化的影响也逐渐减弱。

氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明:大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水^(18)O与CO_(2)存在微弱的交换作用导致^(18)O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%~40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%~50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%~28%,地下水蒸发损失约为15%~20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。

广佛跨界河网区水环境污染物通量分析

针对广佛跨界河网区主要监测断面污染物通量的问题,本文主要从涨潮通量、退潮通量和净通量三个方面着手,选取主要污染控制因子氨氮、高锰酸盐指数和总磷作为污染物指标,通过对比各断面在涨退潮和两次测量期的污染物通量,以及开展断面之间的对比分析,探究河道水体水质变化的规律,为广佛水资源管理保护决策提供技术支撑。

初期雨水调蓄池单位面积调蓄深度数值模拟

单位面积调蓄深度决定了初雨调蓄池的设计容积和截污效果,但仅仅根据规范的推荐取值缺少对后果的量化判断。忽略管道中的沉积和冲刷,分别以单子汇水区和多子汇水区排水系统为例,针对不同下垫面特征和降雨特征,在SWMM模型中进行多降雨条件模拟,计算得到产流和悬浮固体(SS)的冲刷情况。结果表明,单子汇水区单次降雨初期冲刷主要受污染物积累程度、初雨峰值雨强和初雨总量控制,对多场降雨的初雨SS控制率均很高;多子汇水区系统不同场次降雨SS削减率可能有明显差异,SS控制率随调蓄深度增加而增加且差异减小,单位面积调蓄深度取2 mm时SS控制率已达较高水平,但4 mm以上时SS控制率增速明显减慢;初期雨水调蓄池是否达到了污染控制目标,不应只看是否位于系统的上游,也不只限于根据技术规范的推荐取值,需通过模型计算判断。

北京典型汇水区域雨水径流温度特征及影响因素分析

城市化发展导致不透水地表面积率大幅攀升,由此带来的一系列问题逐渐受到人们关注,夏季城市汇水区域地表产生高温径流后汇入下游受纳水体所造成的雨水径流热污染,对水生态、水环境造成不良影响的风险尤为突出。选取北京市典型汇水区域,对2021—2022年多场降雨径流出流温度进行监测与分析,并对气象因素、下垫面温度及管道内径流热量等数据进行同步采集,运用皮尔逊相关系数法分析其影响因素。结果表明:研究区域夏季降雨常出现雨水径流温度升高现象,降水量小于12.5mm、降雨历时短于250 min的降雨场次更易于升温,升温幅度最高可达4.1℃;径流温度升高往往出现在径流过程初期,温度达峰平均时间为38 min;径流是否升温与降雨强度峰值位置之间没有明显关系;气温、不透水地表初始时刻温度、降雨历时及降水量是雨水径流温度的极显著影响因素(P<0.01);降雨期间气温、降雨历时、不透水地表初始时刻温度和管道内壁温度4个指标,可以基本解释研究区域96.7%的径流温度输出情况。

基于流域模型与遥感解译方法的农业面源污染精细化源解析技术研究

农业面源污染源解析是面源污染防治的基础。农作物种植是农业面源污染源的重要组成,然而传统的面源污染源解析方法不能量化不同农作物对农业面源污染负荷的贡献,其解析精度也难以满足环境管理部门精细化管理的客观需求。本研究以天津于桥水库上游沙河流域为研究区,采用流域模型与遥感解译的方法,解析流域总磷负荷来源与贡献,旨在建立一种农业面源污染源精细化源解析技术。研究结果显示:基于Google Earth Engine(GEE)平台的农作物遥感总体分类精度在88%以上,Kappa系数均大于0.81,整体分类结果可信。沙河流域主要作物类型包括冬小麦-夏玉米、板栗、果树与其他作物,其中冬小麦-夏玉米的种植面积最大,占比为44%~67%,板栗种植面积次之,占比为11%~29%。冬小麦-夏玉米种植面积总体呈下降趋势,板栗种植面积则呈快速上升趋势。沙河流域Generalized Watershed Loading Function(GWLF)模型对溪流量与总磷负荷的模拟表现良好,其模型校准期与验证期的NSE在0.59以上,R^(2)在0.79以上。耕地为沙河流域最大的面源总磷负荷来源,占总磷负荷总量的61%;在耕地中,冬小麦-夏玉米总磷负荷占比最大(52%),板栗次之(20%);考虑到板栗种植面积近年来不断上升,未来沙河流域面源总磷负荷仍有升高的风险。

嘉陵江四川段平水期CH_(4)、CO_(2)排放通量空间分布特征及影响因素

河流是陆地生态系统中内陆水域温室气体的重要排放源。以嘉陵江四川段为研究对象,于2021年10月采集表层水样,运用改良顶空法采集表层水体溶存的CH_(4)、CO_(2),分析了研究区域平水期CH_(4)、CO_(2)溶存浓度与排放通量的空间分布特征,并探究水体理化性质和土地利用类型对温室气体排放的响应。结果表明,嘉陵江四川段人类活动主导了水质变化特征,城市和农业活动是氮素和磷素沿河流方向累积的重要原因。表层水体中CH_(4)和CO_(2)浓度分别为(16.87±15.55)nmol·L^(-1)和(836.11±132.68)μmol·L^(-1),排放通量分别为(68.39±81.26)nmol·m^(-2)·d^(-1)和(1596.08±1291.61)μmol·m^(-2)·d^(-1)。CH_(4)、CO_(2)浓度和排放通量具有较大空间异质性,不同土地利用类型条件下,耕地主导河段接收了较多的非点源污染和陆源碳。这些污染物质的输入导致水体理化性质发生改变,影响水生植物和浮游植物生长以及微生物活动,进而给CH_(4)和CO_(2)产生和释放造成影响。总氮(TN)、磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)和耕地面积占比是影响嘉陵江四川段温室气体排放的关键因子,表明温室气体排放不仅受河流生态环境的影响,还受不同土地利用类型条件下人类活动的影响。