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。

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。

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。

湖北秭归鱼泉洞泉域系统中六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)的分布、来源与迁移

岩溶区特殊的地形地貌,使得地表环境中的有机氯农药(OCPs)很容易进入地下环境,对地下水的安全构成威胁。采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)对湖北秭归鱼泉洞泉域系统中的典型OCPs——六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)进行了检测,探究了其时空分布特征、潜在污染来源和迁移特征。结果表明:水体中HCHs质量浓度范围为0.09~5.17 ng/L,土壤和泉沉积物中HCHs质量分数范围分别为0.36~3.67,0.11~2.53 ng/g;水体中DDTs质量浓度范围为0.13~7.16 ng/L,土壤和泉沉积物中DDTs质量分数范围分别为0.22~19.13,0.73~11.53 ng/g,呈现出以DDTs为主的污染特征。水体中HCHs和DDTs质量浓度在冬季最高;土壤中HCHs和DDTs质量分数分别在夏季和冬季达到最高;泉沉积物中HCHs和DDTs质量分数分别在夏季和春季达到峰值。特征比值结果显示,水体、土壤和泉沉积物中HCHs主要源于林丹的使用;水体中DDTs主要源于历史残留,而土壤和泉沉积物中DDTs主要来源于近期使用。相关性分析结果表明,HCHs和DDTs可从补给区地表水和补给区土壤分别向排泄区泉水和泉沉积物中迁移。HCHs和DDTs在介质中的快速迁移证实了岩溶区地下水的脆弱性。本研究成果可以为岩溶地下水资源和环境的保护提供参考。

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。

基于微观连续介质模型的反应溶质运移数值模拟方法

地下环境中流固间的反应溶质运移过程控制着地质介质演化规律,并受岩石固有非均质性的影响,衍生出非线性行为与多尺度效应。为了面向更为复杂化的应用需求,解析微观特征与表观行为间的响应-反馈机制成为了重要的科学与工程命题。本研究系统地介绍了微观连续介质概念与模型框架,以及该模型方法的实现方式,并归纳了其在不同研究体系中的应用实例,最后重点分析了该方法在实验-数值联合研究中的发展前景与预期挑战。数值模拟方法已被广泛应用于反应溶质运移过程的定量研究之中,但单一孔隙或达西尺度数值模型难以应对机理研究与实例应用间的时空尺度跨度。近年来多尺度数值模拟方法体系不断发展,其中将Darcy-Brinkman-Stokes方程作为多流态数学统一表达,以微观连续介质模型作为多尺度信息关联方式的数值模拟框架,在流固界面追踪、高效数值求解等方面展现出一定的方法优势与应用潜力。

城市景观湖泊不同时间尺度CH4通量特征及影响因素分析——以南京市莫愁湖为例

城市景观湖泊对温室气体的收支发挥着重要作用。本文以南京市莫愁湖为研究对象,采用静态箱—温室气体分析仪法实时监测湖泊水—气界面CH_(4)通量,分析湖泊主要温室气体CH_(4)在日尺度和季节尺度上因冒泡和扩散排放方式不同对其通量的影响,探究影响湖泊CH_(4)通量的因素。结果表明:(1)在日尺度上,四季24 h内CH_(4)均呈排放状态,受白天冒泡影响,四季CH_(4)总通量均存在白天高于夜间的日变化特征。(2)在季节尺度上,莫愁湖CH_(4)排放通量呈现显著的时空异质性,受冒泡通量的影响夏季CH_(4)通量明显高于春、秋、冬三季;B区的CH_(4)总通量(6.04 nmol/(m^(2)·s))显著高于A区(3.82 nmol/(m^(2)·s)),水体的营养化程度和离岸距离是空间变化的主要影响因素。A、B两区CH_(4)排放夏季以冒泡排放为主,春、秋、冬以扩散排放为主。(3)在日尺度上,CH_(4)通量受气温、水温、辐射和风速等气象要素影响,与水质参数间的关系不显著;在季节尺度上,CH_(4)通量与温度(气温、水温)、水体营养盐水平、叶绿素a浓度及富营养化程度的时间变化相一致,也随着水体透明度、pH和氧化还原电位的减小而呈增加的趋势。本研究为准确估算城市湖泊CH_(4)排放量提供重要的数据基础。

我国东部典型内源和外源性静态水体N_(2)O排放与生态系统呼吸的关系初探

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸指标进行测定,结合贝叶斯方法初步探讨了水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸之间的关系。结果表明:外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸均显著高于内源性水体(P<0.05),水体N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量和BOD5均呈显著正相关关系(P<0.05)。通过贝叶斯方法构建了水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸(CO_(2)和BOD_(5))之间的数学模型,可解释水体N_(2)O排放通量变异性的61%~71%,并且明确了模拟结果的不确定性。此外,本研究进一步区分了内源性水体与外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸的关系,在内源性水体中,N_(2)O的产生受碳源限制的影响大于氮源限制,而在外源性水体中N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量的耦合关系大于内源性水体。研究表明,生态系统呼吸与水体N_(2)O排放通量间有很强的响应关系,本研究为区域水体N_(2)O排放通量估算方法和生态系统呼吸耦合机制研究提供了基础。

典型西南岩溶地下水抗生素污染指示因子识别

我国南方岩溶地区是全球三大岩溶集中分布区之一,由于岩溶地区独特的含水层结构,其地下水极易受到地表污染。为了探明岩溶地下水中抗生素污染空间分布的主控因素,厘清抗生素浓度与水化学参数的相关关系,进而识别岩溶地区水环境中抗生素污染的指示因子,以西南典型岩溶地下河系统为研究对象,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析了35种抗生素浓度。结果表明:研究区共检出了30种抗生素,包括3种四环素类(<检出限(MDL)~421 ng/L)、5种大环内酯类(28.3~884 ng/L)、9种磺胺类(2.50~30 ng/L)和13种喹诺酮类(19.5~1807 ng/L)。其中,大环内酯类和喹诺酮类抗生素是研究区检出的主要抗生素,其空间分布特征主要受污染源和稀释作用控制。研究区水化学类型包括HCO_(3)-Ca·Mg型和HCO_(3)-Ca·Na·Mg型,抗生素浓度在不同的水化学类型中存在显著差异,HCO_(3)-Ca·Na·Mg型水样中抗生素浓度显著高于HCO_(3)-Ca·Mg型(2~10倍)(Mann-Whitney检验,p<0.05)。同时,Pearson相关性分析结果表明,三氮(硝氮、亚硝氮与氨氮浓度之和)、总有机碳(TOC)、Na^(+)、Cl^(-)浓度与单一抗生素浓度、不同种类抗生素浓度、抗生素总浓度均呈显著正相关(r=0.81~0.99,p<0.05,N=7~8)。相比三氮、TOC和Na^(+),Cl^(-)在环境中性质更稳定,是岩溶地区地下水系统中更可靠的抗生素污染指示因子。本研究为受县级污水处理厂和农村生活废水排放影响的岩溶地区抗生素污染识别与污染预测提供了理论依据。

青藏高原不同水体氢氧稳定同位素特征

为揭示青藏高原区域水文循环机制和促进水资源合理利用,基于氢氧稳定同位素技术分析不同水体氢氧稳定同位素特征和转化关系,应用端元混合径流分割模型和IsoSource软件进行流域水源解析。结果表明:区域大气降水δ(^(18)O)值2—5月上升、5—10月下降;氘盈余值冬季高夏季低;δ(^(18)O)在青藏高原北部地区表现出“逆海拔效应”,区域内其他地区“海拔效应”明显。河水、湖水、地下水的平均蒸发损失量分别为20.8%、30.9%、23.6%。河水氢氧稳定同位素的沿程变化受补给水源和蒸发作用影响,降水补给使得河水δ(^(18)O)减小,重同位素相对富集的地下水补给导致河水δ(^(18)O)增大,蒸发作用使得河水δ(^(18)O)增大,蒸发效应使得湖水重同位素富集,湖水注入河道后导致河水δ(^(18)O)增大。降水是拉萨河流域的最主要补给水源,而对于疏勒河流域的补给水源来说,降水和地下水平均贡献率相近,岷江流域则以地下水补给居多。那曲河流域下游受错那湖调节,随着沿程距离的增加,湖水补给贡献率呈下降趋势。

澜沧江梯级水库CO_(2)和CH_(4)排放通量研究

温室效应已成为重要的全球气候问题,而内陆水体是温室气体(CO_(2)和CH_(4))的重要排放源,更有研究发现筑坝蓄水可能引起河流水体CO_(2)和CH_(4)排放的增多。为积极响应国家“双碳”目标,使用水库温室气体净排放通量评估模型G-res Tool,利用流域基本信息及水库特征数据,对澜沧江干流已建成的10座梯级水库温室气体(CO_(2)和CH_(4))进行模拟计算,10座水库蓄水后温室气体(CO_(2)和CH_(4))年排放通量平均值为162.81 g CO_(2)e/(m^(2)·a),远低于全球水库平均水平,均表现为温室气体的“源”,从上游至下游整体呈增加趋势,且排放以CO_(2)为主,全年CO_(2)排放通量为CH_(4)的36倍。考虑了水库蓄水前的温室气体排放及其他非相关人类活动的影响后,得到澜沧江水库温室气体(CO_(2)和CH_(4))年净排放通量平均值为225.70 g CO_(2)e/(m^(2)·a),表明筑坝增加了库区水体温室气体排放,但和火力发电相比,仍属于相对清洁能源。

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。