城市化对河流碳排放的影响研究进展

城市化造成的人类活动加剧,不仅打破了河流系统的碳循环平衡,还增加了河流系统的碳排放通量,对全球碳减排产生了消极影响。“双碳”(碳达峰与碳中和)背景下掌握城市河流碳排放特征及其影响因素,有助于合理制定流域生态治理(恢复)策略,保障城市生态系统可持续发展。探讨了城市化对河流碳排放的影响,总结了城市河流碳排放的关键影响因子,并提出该领域研究今后的发展方向。结果表明:城市河流碳排放通量明显高于人为干扰较少的自然河流,根据城市化对河流系统的干扰,将碳排放影响因素归纳为水环境因子、水文特征因子、气象因子和季节因子四大类型。水环境因子中,水温与碳排量呈正相关关系,DO和pH与之呈负相关关系,而营养盐因其营养负荷的不同使得河流系统中藻类物质主导的代谢方式不同,从而对河流系统中碳排放的影响不尽相同;水文特征因子中,高流速(一定范围内)会促进碳排放的增加,而流量和水位的变化大多会受水环境因子的间接影响而表现出对碳排放影响的不确定性;气象因子中,风速较大时会促进碳排放,气压则与之呈负相关关系;对季节因子的研究中,普遍认为碳排量在秋季较高,夏冬季适中,春季较低,但也有可能昼夜温差较大、表现为夏季碳排量较高。研究结果可为“双碳”背景下的城市河流生态治理(恢复)提供科学依据。

河道形态重塑对城市河流污染物迁移扩散影响的数值模拟

以重庆市梁滩河某典型渠化河道(Urban)为例,采用RiverBuilder数值模拟工具将河道形态改造为6种河道,利用构建的二维水动力-对流扩散模型考察了河道形态重塑对河流水体更替时间(T_(TOT))、污染物浓度曲线(C_(CC))、污染物达到最大值时间(M_(MT))和污染物达到下游边界时间(A_(AT))等污染物迁移扩散指标的影响。结果表明,通过分别改变Urban河道的宽度(W_(bf))、深度(D_(bf))和蜿蜒度(Md)3个几何变量来重塑河道形态,虽可在一定程度上抑制污染物的迁移扩散,但效果不及基于变量D_(bf)进行多变量组合变化的复合河道。同时,近自然(Natural)河道的抗污能力及污染物扩散抑制能力最强,更适于河流污染物的自净过程。研究证实,将W_(bf)、D_(bf)、M_(d)进行无序复杂变化营造的河道形态更接近Natural河道,能为河流水体水质改善提供良好的生态水力条件。

河道形态改造对城市河流生态水力性能的影响

为探究城市河道形态改造的有效性,根据河道自然修复理念,采用正弦函数对典型城市渠化河道的河宽、水深和蜿蜒度等地形几何变量进行振荡波动,并借助数字河道合成技术生成6种河道数字地形模型,在此基础上采用二维水动力模型考察不同河道形态改造对河床干扰度、水力形态多样性指数和浅滩缓流生境面积等生态水力指标的影响。结果表明:研究河段城市渠化河道生态水力性能随地形几何变量的振荡波动而变化,且河道空间形态越复杂,河道生态水力性能越好;在高流量(8~12 m 3/s)下,“深潭浅滩”形态构造下河床干扰度平均减少88.2%,水力形态多样性指数平均提高37.4%,而浅滩缓流生境面积增加24.9倍,表明河流生态水力性能得到显著改善;城市河道近自然形态重构能大幅降低河道对于流量变化的敏感性,并显著提高河道生态结构稳定性,有助于河流生态系统的恢复。

生物滞留系统去除雨水病原微生物的研究进展

雨水虽是一种可持续的非常规水源,但径流过程中携带的病原微生物对公共卫生及人类健康存在潜在风险。生物滞留系统是海绵城市建设中径流污染控制的常用源头措施,其不仅可去除常规性污染物,还可在一定程度上控制病原微生物,在雨水处理回用方面具有良好的应用前景。文章结合回用水质标准重点分析了生物滞留系统对病原微生物的削减效果,综述了强化型生物滞留系统对病原微生物的去除研究进展。传统生物滞留系统虽可有效去除病原微生物,但难以满足雨水回用要求,而选用抗菌性植物,增设抗菌填料或添加生物炭介质可显著提高系统对病原微生物的去除率。作者提出,今后的研究将重点关注雨水径流中病原微生物在生物滞留系统中的去除机理与过程模型,进而探寻系统的最佳运行条件与工艺设计参数,以提高系统对病原微生物的去除效果与稳定性。