基于五元引力减法集对势的溃坝环境影响评价

分析水库溃坝风险的综合影响,诊断识别溃坝环境影响的脆弱性指标。在集对分析原理的基础上,通过改进五元隶属度函数的构造方式,结合五元引力减法集对势及级别特征值,构建了基于五元引力减法集对势的溃坝环境影响评价模型,应用于沙河集水库并进行分析和论证。结果表明,该模型在水库溃坝环境影响中评价结果相比其他评价方法更为合理可靠,且评价结果是一实数值,具有一定的精确性。对评价指标进行诊断识别,其中河道形态、植被覆盖、土壤环境、污染工业4个评价指标是影响沙河集水库溃坝环境评价结果的主要因素。五元引力减法集对势的溃坝环境影响评价模型可为水库溃坝环境影响评价提供一种新的思路。

考虑大气沉降的湖库分区动态水环境容量精细解析

针对面源污染为主的湖库型流域,为建立水质目标管理与污染总量控制之间更精准的响应关系,借鉴日最大负荷总量模式,基于物质量平衡原理提出考虑径流丰枯变化、不均匀混合、大气沉降等影响因素的湖库分区动态水环境容量精细解析方法,包括污染混合区设置、代表水文系列确定、逐日分区水量水质计算。以沙河水库为例,分别以全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类作为水质管理目标,采用2010—2015年代表水文系列对总氮动态水环境容量进行精细解析。结果表明:全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类水质管理目标下沙河水库总氮水环境容量的多年均值分别为36.7 t和99.43 t,若不考虑湖滨混合区,全湖Ⅱ类水质目标下总氮的年水环境容量计算值偏大66.43%;实施水质目标管理的水域面积越大,大气沉降对水环境容量的影响越大;径流年际及年内丰枯变化对水环境容量的影响显著;各分区总氮控制总量占全流域总量的比例与面积比基本一致。湖库分区动态水环境容量精细解析可量化不同因素对水环境容量计算结果的影响,科学解析面源输入型湖库水环境容量的时空结构特征,实现水质目标管理与污染总量分区管控的有机联动,更好地支撑流域水环境的精细化管理。

河道生态修复监测指标评价研究

河流生态修复是维持健康河流的重要举措,而生态修复系统评价是生态修复治理效果的重要考核依据。以北京市沙河水库上游生态流域修复治理工程为例,基于现状生态修复效果评价相关研究,选取多元评价指标,增加工程修复前后指标监测,运用数理统计等方法,对监测数据进行评价分析,综合评估沙河水库上游小流域的生态修复效果,分析结果表明,经生态治理修复后的流域,水质有了明显改善,生境种类增多,入沙河水库生态基流量得到保障。该研究方法可为今后生态修复相关研究工作提供参考。

太湖流域水库型水源地硅藻水华发生特征及对策分析

基于溧阳市天目湖沙河水库2009—2014年的硅藻群落结构及水质调查,以及宜兴横山水库等硅藻水华期藻类和水质调查数据,分析了太湖流域水库中硅藻水华群落结构特征及受气温、水位、营养盐等环境条件的影响.结果表明,太湖流域硅藻水华的主要发生期为5—7月,快速生长期发生在气温为16-26℃期间,当气温超过26℃时,硅藻的生物量开始下降.硅藻的优势属包括针杆藻、曲壳藻、小环藻和颗粒直链藻.其中沙河水库和横山水库中针杆藻是主要危害,其生物量主导了硅藻总生物量.大溪水库有时以针杆藻为主,有时以颗粒直链藻为主.当总氮浓度低于1.0 mg/L的Ⅲ类水上限时,水体氮浓度能大大限制硅藻生物量,当总磷浓度低于0.025 mg/L的Ⅱ类水上限时,也可能对硅藻生物量产生限制.高于此营养水平,硅藻水华的严重程度主要受气温、降雨等因素影响.研究表明,对于处于中营养水平的太湖流域水库而言,硅藻生物量既受气温、降雨、水位等气象水文条件的控制,又受氮、磷、硅等营养盐供给的影响.硅藻水华的防控既要关注气候和气象条件,也要尽量削减氮、磷营养盐入湖通量,维持较低营养盐水平是确保硅藻水华不形成危害的关键.

天目湖沙河水库水质对流域开发与保护的响应

利用长期水质监测资料,对苏南地区天目湖沙河水库十多年来的开发与保护工作的水库水质影响情况进行了分析.结果发现:大规模放养鳙鱼等不合理的渔业开发对水库硅藻、蓝藻等浮游植物异常增殖有较大的促进作用;在营养盐处于中富营养水平下,利用不同食性鱼类的组合调控,能够较快地抑制浮游植物的异常增殖,但当浮游植物生物量下降到一定程度以后,其控制能力下降,营养盐和气候因子的影响变得更为重要;流域的旅游开发和农业开发都对水库营养盐、透明度等水质指标产生较大影响,特别是坡地大规模茶叶种植等农业开发对水库氮的影响十分明显;春季少雨等气候变化因子对水库氮等营养盐浓度影响较大,但影响是短时段的.研究表明,合理调控水库渔业养殖,控制流域农业、旅游等开发活动强度,减少农业化肥施用量,恢复和扩大湿地等流域营养盐削减途径,是沙河水库水质保护的关键,也对同类水库水质保护具有示范价值.

基于湖库水质目标的流域氮、磷减排与分区管理——以天目湖沙河水库为例

湖库水环境保护在保障生产与生活用水、维系生态平衡、发展旅游等方面发挥着重要的作用.水质目标管理是保护湖库水质的最佳管理办法.本文以天目湖地区沙河水库及其流域为研究区域,建立模型模拟沙河水库流域的水文与水质,评估入库污染通量和主要来源;依据水质目标测算氮、磷污染的容量和减排量,结合土地的生态保护与开发适宜性评估,提出氮、磷污染分区减排和土地管控的对策和措施.研究结果表明,沙河水库氮、磷污染物入库通量分别为206.01和3.29 t/a,面源总氮和总磷分别占总入库量的85.7%和67.5%.不同土地利用类型氮、磷输出强度有显著差异,总氮输出强度依次为茶园>耕地>建筑用地>裸地>草地>退耕地>林地>河湖漫滩,总磷输出强度与地表覆盖度有关,依次为裸地>建筑用地>茶园>耕地>草地>退耕地>林地和河湖漫滩.从氮、磷输移过程来看,沙河水库流域总氮排放量为321.64 t/a,进入河流的为255.53 t/a,在河道输送过程中损失19.4%,最终有206.01 t/a进入水库;沙河水库流域总磷排放量为13.42 t/a,进入河流的为7.90 t/a,在河道输送过程中损失58.3%,最终有3.29 t/a进入水库.不同分区河流氮、磷滞留降解率有很大的差异,中田河总氮、总磷滞留降解能力最强,分别为34.71%和84.31%.2009年的通量计算结果显示,沙河水库总氮达到Ⅳ类水质目标需要的入湖减少量为32.01 t/a,入湖削减比例为15.50%,总氮达到Ⅲ类水质目标需要的入湖减少量为59.66 t/a,入湖削减比例为29.00%;总磷达到Ⅲ类水需要的入湖减少量为0.682 t/a,入湖削减比例为20.70%,总磷达到Ⅱ类水需要的入湖减少量为1.479 t/a,入湖削减比例为44.90%.为了实现基于土地利用的面源污染减排管控,选定植被覆盖度、水源涵养能力、地形坡度、土地利用、氮磷分区贡献量、与道路和村落距离等指标综合评估生态保护价值和开发适宜性,并划定禁止开发区、限制开发区和保护性开发区3个管理分区,最终确定各分区的开发强度限制和管控方式.

天目湖沙河水库溶解氧分层的季节变化及其对水环境影响的模拟

溶解氧（D0）是水体能否维持生态平衡的重要指标,是湖泊初级生产力与水动力条件的综合反映.研究DO及其分层的季节变化对认识湖库的富营养化过程有重要意义.本研究以天目湖沙河水库为例,运用西澳大学开发的三维水动力-水质模型-ELCOM-CAEDYM对天目湖的水温、DO和总磷（TP）进行了为期1年的数值模拟.结果表明,模型较好地模拟出了水体温度和DO分层过程以及TP的时空分布,3个指标在水体表层、中层和底层的模拟值与实测值拟合良好,均方根误差分别在1.8℃、1.8 mg/L和0.003 mg/L以内,Nash-Sutcliffe有效性系数均在0.7以上,相对误差均低于10％.沙河水库不同季节的DO垂向分层与温跃层协同变化：冬季垂向混合;春季（4月）温跃层开始发育,底部出现氧不足;夏季（7月）温跃层位于4～10m之间,同时底部低氧区（DO ＜2 mg/L）面积达35％;秋季（9月末）低氧区随着温跃层的消失而消失;冬季再次垂向混合.全湖DO和TP的时空分布表明,南半库区磷的来源主要是外源输入,而北半库区磷的来源主要是由水体底部低氧导致的磷内源释放.DO季节分层还有可能通过影响藻类活动而对水环境造成影响.

基于SWAT模型的北京沙河水库流域非点源污染模拟

该文应用分布式水文模型SWAT,以北京昌平沙河水库流域为典型区开展研究,通过对流域非点源污染的调查、监测和模拟,定量计算和分析了非点源污染时空分布规律。结果表明:该模型在研究区适用性较好(月径流率定期R2=0.85,Nash-Sutcliffe效率系数为0.64;验证期R2=0.77,Nash-Sutcliffe效率系数为0.60),非点源污染占污染负荷总量的30～50%,汛期集中了全年泥沙、总磷流失量的70%和总氮流失量的50%,南沙河子流域是污染负荷的关键区。通过研究不同水文条件、土地利用和管理措施对流域非点源污染的影响,得出结论:非点源污染负荷贡献率随降雨量增加而增加,其偏枯水年贡献率为27.4%,平水年36.7%,丰水年52.3%。若全部排污口实施达标排放、流域内全部农田改为林地,径流量、氮磷负荷量均会减少40%～50%;若实施化肥施用量减半,氮磷负荷可降低20%左右。氮元素不同土地利用单位面积负荷由高到低依次为:果园>农田>草地>林地>城镇用地,研究成果将为流域水资源保护规划提供科学依据。

天目湖沙河水库水质时空分布特征及其与浮游植物群落的关系

基于2012年天目湖沙河水库逐月水质及浮游植物群落结构的监测,采用主成分分析及典范对应分析,对沙河水库水质时空分布特征及其对浮游植物群落演替的影响进行了分析。结果表明,沙河水库透明度(SD)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(CODMn)、叶绿素a(Chl a)、总磷(TP)、总氮(TN)等主要水质因子既有明显的季节变化,也存在显著的空间分布差异,浮游植物生物量和群落结构也表现出显著的季节演替。从丰度上看,蓝藻门的席藻全年都是优势种,但冬、春季节硅藻门和隐藻门藻类丰度显著增高。从生物量上看,春季的优势种为硅藻门的针杆藻,是沙河水库水体透明度的主要影响因子。主成分分析表明,沙河水库的氮和磷具有明显不同的时间变化规律。典范对应分析表明,水温、pH、溶解性总氮、SD与藻类生物量的季节演替关系密切,蓝藻、硅藻生物量与水温、溶解性总磷呈正相关,与硝态氮浓度呈负相关。研究结果表明,天目湖沙河水库水质时空差异与浮游植物种群结构的时空分布关系密切,降低氮、磷浓度对沙河水库富营养化控制及水质的保护都非常重要,但在不同季节氮、磷的相对重要性不同。农业活动,如茶园的大面积开发及旅游业活动是影响天目湖水质的两个重要因素。

北京市沙河水库沉积物重金属分布特征及扩散通量估算

对北运河上游沙河水库沉积物中典型重金属元素的污染特征进行了分析,采用Lars H¨okanson潜在生态风险指数评价了重金属的污染程度和环境风险,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)估算了微量重金属在沉积物-水界面的扩散通量。结果表明,沙河水库沉积物重金属质量比随深度增加均呈现明显下降趋势,以库心区最明显。沉积物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的平均质量比分别为49.8 mg/kg、42.8 mg/kg、42.9 mg/kg、18.3 mg/kg、167.9 mg/kg,除Pb外均超过北京市土壤自然重金属质量比近2倍。库心区重金属污染最为严重,表层沉积物中Cr、Cu、Ni、Zn质量比分别超过北京市土壤自然背景值2.8、4.3、2.6、5.9倍。各采样点综合潜在生态风险指数(RI)以库心区最大,为49.9,但所有样点RI及均值都低于150,处于低潜在生态风险状态。随深度增加沉积物孔隙水中Cr质量浓度基本保持恒定;As质量浓度呈明显增加趋势,即存在孔隙水中As向上覆水释放;Zn、Ni和Cu质量浓度随深度增加呈下降趋势,并逐渐趋于稳定。Cr、Zn、As、Ni、Cu在沉积物-水界面的扩散通量分别为13.05μg/(m2·d)、-20.89μg/(m2·d)、108.4μg/(m2·d)、-35.67μg/(m2·d)、-5.11μg/(m2·d)。

天目湖沙河水库尿素含量及其时空分布特征分析

为探索尿素在淡水生态系统中的作用,于2013年3月—2014年2月调查了江苏溧阳天目湖沙河水库及中田河入库河口中,尿素氮和不同形态氮素的含量和分布特征.结果表明,沙河水库中尿素普遍存在,全库年平均尿素氮浓度为0.016 mg·L-1(0.007—0.029 mg·L-1);河、库尿素氮含量在不同月份波动较大,施肥期的2月、6月、11月含量较高,而在非施肥期含量较低,且河、库含量更加接近;沙河水库尿素氮的空间分布随季节变化而变化,一般在下游旅游集中区和上游靠近农业区出现尿素氮含量高值.此外,沙河水库溶解性氮以无机氮库为主,有机氮占29.09%,硝态氮是库体的主要氮形态;其中尿素氮占总氮、溶解性总氮、溶解性有机氮和生物可利用氮的年平均百分比分别为1.80%、2.21%、8.31%、3.54%.相关分析表明,沙河水库尿素含量与溶解氧含量呈显著负相关,与溶解性有机氮呈显著正相关.研究表明,天目湖沙河水库尿素含量的时空变化主要受外源输入(人类活动)的影响,其时间变化规律与农业活动密切相关,空间分布差异主要受污染源(河道入库口、农业、旅游业和养殖业)分布及其活动的影响.

溧阳市沙河水库东副坝溃坝生命损失估算

应用溃坝洪水软件BREACH和FLDWAV分析溧阳市沙河水库东副坝在100年一遇设计洪水位23.17 m时下游坡高程点8.40 m处管涌诱发溃坝的洪水状况,确定大致的淹没范围,计算了溃坝洪水的严重性,估算了风险人口,应用Graham法定量地估算了生命损失,重点研究了生命损失与警报时间的关系,提出了确保2 h警报时间的建议,加强非工程措施,避免生命损失。

水库环保疏浚及板框脱水工程中余水水质及变化规律

湖泊、水库、河流污染后实施底泥环保疏浚工程的实例很多,但如何处理疏浚余水以及处理尾水排放应该执行什么样的控制标准,是一个没有解决的问题.针对这一问题,本文以溧阳市沙河水库环保疏浚以及配套的泥浆板框压滤脱水工程为例,研究了余水发生后的水质以及在各处理环节中的变化规律,基于这一规律探讨了疏浚尾水的排放标准.结果表明疏浚余水经过一级絮凝处理后大部分污染物可以去除,悬浮物、总氮、总磷、COD分别可去除73%~99%、21%~72%、69%~96%、32%~48%,但后续的生态处理并没有体现出明显的效果.通过处理后尾水基本上能够达到《污水综合排放标准》(GB 89781996)一级排放标准,如需进一步提升排放标准,尾水中的氨氮成为制约性指标.

沙河水库水环境质量的调查与评价

对饮用水源地沙河水库水质进行调查和评价。结果表明,挥发酚、氨氮、总氮、总磷、粪大肠菌群、COD、高锰酸盐指数均有超标现象,其中总磷严重超标。沙河水库上游入库口那京河口污染最为严重。

沙河水库水质规划研究

沙河水库是两院居民主要的饮用水水源地,位于海南省。在管理不当的情况下,各种污染源排放的污染物会通过各种方式进入沙河水库中,最终对两院居民饮用水造成安全隐患。为此,制定和实施“沙河水库水体生态环境保护规划研究”是非常必要的。列出了沙河水库水质改善规划原则、规划范围与规划期、规划目标及规划具体实施措施。

饮用水源地沙河水库污染源调查与保护研究

通过对沙河水库水环境污染状况调查结果表明,沙河水库的主要污染为农业面源污染,在保护水库水生态环境的基础上,从政策法规、生态保护和污染治理等方面探讨了饮用水源地污染治理措施,指出制定水源地保护规划的重要意义,并对加强饮用水源地的环境管理提出建议。

沙河水库水环境污染源现状研究

通过对沙河水库流域污染源进行调查研究后得出,沙河水库流域污染源包括农业面源污染、生活污染(包括旅游污染)、畜禽及水产养殖污染。其中农业面源污染、生活污染是流域的主要污染源。

古湖泊水介质条件对混积岩相组合沉积的控制作用——以渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段为例

渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段浊积岩油藏是重要的油气增储领域,由于沉积期水体富灰特征明显,从而严重影响了地球物理预测精度及储层的品质。基于沉积水介质与富灰混积岩相组合具有一定成因联系,综合利用井孔、地震以及岩心的古生物、微量元素、粘土矿物、碳氧同位素等多种测试分析,在岩相组合划分及其水介质环境解剖基础上,综合多种方法量化恢复古湖盆水介质(盐度、水深)条件,从而探讨水介质条件对混积岩相组合的控制机理。研究表明,东营凹陷沙三段岩相组合可划分为7种,其中含灰混积类型有5种;古气候、古物源及深部流体直接控制着陆相湖盆的古水介质条件,碳酸盐含量受控于湖盆水体的盐度,富灰区主要分布于坨-胜断裂区、草北地区、中央背斜带及斜坡带地区,贫灰区主要分布于淡水物源注入区及深洼区。因此,浊积岩下一步勘探的重点方向为前三角洲附近的淡水影响区和洼陷中心的淡水稀释区。

北运河流域沙河水库水质时空变化特征

于2018年3—11月对北京市沙河水库开展水质监测,分析水环境质量现状,并结合非参数检验、聚类分析等多元统计分析方法识别水质时空变化特征.非参数Kruskal-Wallis H检验结果表明,沙河水库化学需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、硝酸盐氮(NO-3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)均呈现显著的月份变化,但各污染指标在样点间无显著差异.整体看来,沙河水库为我国《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅳ—劣Ⅴ类标准,总氮是现阶段的主要污染物.月份聚类分析将10个月份分为3个聚类组,分别为春季、夏季和秋季,相似性百分比分析显示导致聚类组差异的主要水质指标为CODCr、TP、NH3-N,与底泥污染物的释放密切相关.沙河水库出库断面水质优于南沙河、北沙河入库水质,表明沙河水库存在一定的自净能力.

基于磷负荷削减的沙河水库流域生态修复措施配置研究

水体磷浓度增加易导致水体中藻类大量繁殖等生态问题,磷负荷削减一直都是水环境治理的重点工作。以磷负荷削减为重点,以北京城市副中心上游沙河水库流域为研究对象,采用SWAT模型对4类24种源头控制—过程拦截生态修复措施进行分析模拟,评价生态修复措施对磷负荷的削减情况。结果表明:(1)对总磷的削减效率依次为退出畜禽养殖>分散污水处理>生态护岸>植草沟、植被缓冲带>城镇径流控制>节药节肥、林下结构提升,退出畜禽养殖、分散污水处理等源头控制措施效益十分显著。(2)针对农业面源污染,建议采取5 m宽生态沟渠,果园∶过滤带面积比为10∶1的植被过滤带,不使用除草剂,果园减少50%有机肥施用量,100%养殖废弃物资源化利用并减少30%污水量5项措施,削减农业生产过程产生的磷负荷;城镇建议采取提高20%透水铺装率和提升40%分散污染处理率2项措施;河道推荐采用高覆盖度生态护岸和布设5 m宽河道缓冲带。(3)空间上削减农业—城镇—河道磷负荷,要素上针对山水林田湖草生态要素进行系统治理,措施实施后总磷负荷削减率可达53%,总磷达到IV类标准的流域面积增加8.6%,效果尤为显著。研究成果为山水林田湖草系统治理措施布局提供了参考。