妫水河流域水化学和同位素特征及其指示意义

为研究北京妫水河流域河水和地下水的水化学成因以及相互关系,文章采用Piper三线图、Gibbs图、多元统计分析和模糊综合评价等方法对妫水河流域2019年采集到的河水、浅层地下水和深层地下水水样进行分析。结果表明,妫水河流域河水和地下水均属于弱碱性水;硝态氮是水体中氮素的主要存在形态;河水、浅层地下水和深层地下水的优势阴离子均为HCO_(3)^(-),河水和浅层地下水的优势阳离子为Ca^(2+),而深层地下水的优势阳离子为Na^(+)和Ca^(2+);水质整体较好,Ⅰ类水占比均超70%。流域水体氢氧同位素(δD、δ^(18)O和δ^(17)O)特征深度变化明显,因河水受较强烈的蒸发作用,自地表往下同位素逐渐相对贫化。岩石风化是流域水体溶质的主要来源,蒸发盐岩、碳酸盐岩和硅酸盐岩占主导作用;另外,区域内农业活动也是水体溶质的重要影响因素。

基于RUSLE模型的妫水河流域土壤侵蚀时空变化特征

[目的]为揭示流域土壤侵蚀时空变化特征并开展可持续流域治理工作。[方法]基于妫水河流域1995—2018年降雨、土壤、数字高程模型及土地利用数据,采用GIS技术与RUSLE模型的方法定量分析妫水河流域土壤侵蚀时空特征,并对流域土壤稳定性进行评价。[结果](1)1995—2018年,流域内林地和草地面积均呈下降的趋势,2018年林地和草地面积分别为4.41×10^(4),0.84×10^(4)hm^(2),较1995年分别下降13.52%和10.61%。耕地面积由1995年的3.53×10^(4)hm^(2)增加至2018年的4.07×10^(4)hm^(2)。建筑用地面积逐渐增加,由1995年的0.59×10^(4)hm^(2)增加到2018年的1.90×10^(4)hm^(2)。(2)妫水河流域内土壤侵蚀模数呈波动性变化,由1995年的8.71 t/(hm^(2)·a)降至4.56 t/(hm^(2)·a)后,于2018年升至11.07 t/(hm^(2)·a)。(3)妫水河流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,1995—2015年,土壤侵蚀强度逐渐降低并保持稳定,中度及以上土壤侵蚀面积比例由4.95%降至3.05%,2018年后升至7.42%。(4)妫水河流域在研究时段内土壤稳定性降低,不稳定土壤面积升高。[结论]妫水河流域城市化的进程中,林草覆盖度略有降低;土壤侵蚀强度整体下降,但在后期略有提高;不稳定土壤所占面积较少。研究结果可为妫水河流域综合治理及土地利用规划提供依据。

妫水河流域不同植被覆盖条件下土壤入渗及模型的比较分析

为恢复官厅水库库区植被提供科学依据 ,在官厅库区妫水河流域内延庆县大榆树镇上辛庄小流域试验区 ,进行了不同植被覆盖条件下的土壤积水入渗试验 ,并用 4种入渗公式进行了拟合。通过分析比较 ,得出了不同植被覆盖条件下的土壤入渗规律 ,并对采用考斯恰可夫、Horton、通用经验公式以及Philip入渗模型时的适用性和准确性进行了评价。

妫水河流域土壤斥水性分布与影响因素研究

为了研究我国北方土石山区流域土壤斥水性影响因素及其分布规律,以妫水河流域为例开展了野外调查和室内研究。对流域内9种植被类型共385个土壤样本的滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)与土壤有机质含量、p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积进行统计分析。研究表明:WDPT由大到小依次为有林地、灌木林、疏林地、果园、高覆盖度草地、旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、滩地。有林地和灌木林为强烈斥水性,疏林地和果园为轻微斥水性,高覆盖度草地无斥水性,旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地和滩地为亲水性;土壤斥水性在流域的空间分布上表现为西北部、东北部和东南部山区斥水性较大,中部盆地斥水性较小;在垂向分布上表现为表层最大、中层次之、深层最小;WDPT与土壤有机质含量呈正相关性,与p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积呈负相关性;土壤p H值和有机质含量是斥水性的主要影响因素,质量分形维数、土壤颗粒比表面积是次要因素。

妫水河流域水源涵养林时空动态格局研究

分析官厅水库上游妫水河流域20多年水源涵养林分布格局的动态变化。结果表明:妫水河流域的森林覆盖率一直呈上升状态,从1975年的10.96%,已上升到46.61%;经济林面积增长迅速,每年约增长150 hm2;树种组成正在向多样性转化,从1975年以4个主要树种为主,到1995年已形成8个树种的格局。因此认为妫水河流域水源涵养林总体状况正在好转,但还存在经济林面积增加过快,可能引起环境污染和森林植被类型结构不合理等问题。

基于妫水河水体水质净化的浮水植物优选

为构建高效净化妫水河水体水质的水生植物系统提供基础数据,研究了水鳖(Hydrocharis dubia)、槐叶萍(Salvinia natans)、浮叶眼子菜(Jussiaea stipulacea Ohwi)、黄花水龙(Azoila imbricata)、荇菜(Potamogeton natans)、耐寒睡莲(Nymphaea tetragona Georg)、满江红(Nymphoides peltatum) 7种不同的浮水植物的净化效果。结果表明,在劣Ⅴ类水体水质(即NH4+-N、TP、COD质量浓度分别为2. 2 mg/L、0. 4 mg/L、45 mg/L)条件下,黄花水龙、耐寒睡莲、荇菜、水鳖对水体水质净化效果较好,净化后水质可达地表Ⅱ~Ⅲ类水质标准。其中,水鳖、黄花水龙对NH4+-N和TP均具有良好的去除效果,NH4+-N去除率可达93. 64%和96. 31%,TP去除率可达90. 41%和95. 17%;荇菜、耐寒睡莲对COD去除率较高,分别为78. 28%、75. 02%,且这4种植物在水体中生长状况良好。水体pH值变化(pH=6~8)对黄花水龙、水鳖去除NH4+-N和TP的影响很小,荇菜对COD的去除率随水质pH值升高有所下降,而耐寒睡莲则相反。经比较分析和在天然水体下进行验证,水鳖、黄花水龙可作为妫水河水体修复的浮水植物。

妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

以北京市延庆区妫水河为例,使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型对妫水河流域进行月尺度水文模拟,使用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法分析参数的敏感性,依据SWAT-CUP自动率定得到P因子和R因子分析模型的不确定性,从而完成本流域分布式水文模型的构建。率定结果显示,率定期确定系数R 2为0.65,效率系数NSE为0.61;验证期确定系数R 2为0.89,效率系数NSE为0.88;不确定性分析结果中P-factor均大于0.5,R-factor均小于0.3。通过以上分析可得该模型对妫水河流域的水文模拟有良好的效果。

妫水河流域农业非点源污染负荷估算与分析

本文利用改进的输出系数模型对妫水河流域农业非点源污染负荷进行了估算,并且分别通过三分法,即分区、分类、分期的方法对结果进行了分析。结果表明:(1)2017年妫水河流域农业非点源污染物TN和TP的负荷量分别为1402214.9 kg/a,279629.1 kg/a;(2)流域内各乡镇TN和TP的负荷量差异较大,旧县镇、永宁镇所贡献的TN、TP负荷量最多且单位负荷强度最大,属于重点治理区域;(3)流域内对TN的贡献最大的污染源为农业种植,对TP的贡献最大的污染源为农村生活污染,这两个污染源属于优先控制的污染源;(4)TN、TP负荷与降雨量呈现正相关关系,降雨冲刷是导致的污染物负荷增加的一个主要因素。农业非点源污染的三分研究结果为妫水河流域非点源污染治理与农业结构调整提供了科学依据。

北京妫水河湿地植物多样性调查与评价研究

为探究北方缺水地区湿地植物物种多样性变化,选取北京市延庆区妫水河为研究区,采用物种丰富度(R),Shannon-Wiener指数(H),Simpson指数(D)和Peilou均匀度指数(J)作为植物群落多样性指标,使用方差法和典型对应分析(CCA)对不同河段和区域间湿地植物物种分布与环境因子之间的响应关系进行研究。研究结果表明:研究区现有湿地植物93种,隶属于44科76属,优势科有菊科(Asteraceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Fabaceae)和莎草科(Cyperaceae);93种植物的Shannon-Wiener指数(H)小于3,Simpson指数(D)和Peilou均匀度指数(J)介于0.5~0.75之间,物种数量总体不多,但分布较均匀,处于中等水平;对湿地植物群落形成及生长影响较大的水质因子依次为全氮(TN)、pH和化学需氧量(COD)。

妫水河流域未来气候变化下的水文响应研究

通过HadCM3降尺度数据与HSPF水文模型耦合,探讨了未来气候变化情景下妫水河流域日最高、最低气温与降水量的变化情况。基于统计降尺度模型SDSM,将1961—2099年数据降尺度到各站点,生成了两种气候变化情景下的日最高气温(T max)、最低气温(T min)和降水量(P)数据。同时,构建了HSPF水文模型,分别用2005—2006年、2007—2008年数据进行了有效率定和验证,模拟了该流域在未来气候变化下的水文响应。结果表明:妫水河流域未来90 a的气温总体呈升高趋势,而降水量和地表流量呈减小趋势;高温室气体排放情景下日最高气温、最低气温、降水量和地表流量的10 a变化率分别为0.462℃、0.453℃、-0.010 mm、-0.051 m3/s,低温室气体排放情境下分别为0.263℃、0.264℃、-0.014 mm、-0.044 m3/s,流域干旱加剧的可能性进一步加大。

北方缺水河流生境质量评价研究——以妫水河为例

北方地区由于缺水干旱、城市化进程发展和人为活动等影响导致河流生境退化严重,现有评价体系和方法不能很好地反映河流生境状况,基于此,构建了包括河流形态结构、水质水量、河岸带状况、景观环境、水生生物5个方面共13项指标的北方河流生境质量评价指标体系,确定了各指标的等级划分及生境质量综合指数计算方法。结合北京市延庆区妫水河生境调查结果,对流域内选取的妫水河干流及3条支流按照河流河段尺度分为缓坡型、山区型和城区型河段,并利用构建的评价体系和方法开展具体评价。结果表明:(1)研究区域13个样点的河流生境质量状况差异显著,约46.2%的样点河流生境质量处于好等级,约15.4%的样点为较好等级,约7.7%的样点为一般等级,约23.1%样点为较差等级,约7.7%的样点为最差等级。(2)缓坡型河段的生境质量明显优于山区型河段和城区型河段,其生境等级为"好",山区型和城区型河段的生境等级均为"较差",表明河流水量和人类负面干扰对河流生境影响较大。(3)该评价指标体系适合北方缺水干旱的特殊生境状况,其评价结果较为直观的反映了河流生境现状,兼备科学性和可操作性。

妫水河流域山水林田湖草空间格局与生态过程分析

妫水河流域是北京地区重要生态屏障,同时作为2019年世园会和2022年冬奥会的举办地,对其生态环境质量提出了更高的要求。基于妫水河流域2008、2013和2017年土地利用数据与数字高程影像,构建山水林田湖草空间信息图谱,采用空间自相关分析方法探究其时空演变特征,并结合植被覆盖度,揭示研究区不同山水林田湖草空间格局下的生态变化过程,实现对妫水河流域山水林田湖草空间格局的定量化分析。结果表明:1)低山丘陵和山前台地中山田面积持续减少,空间集聚程度也随之下降,但其植被覆盖度呈现稳步上升趋势;2)山区内山林、山草的空间复合结构较少,山林格局表现出较强的空间集聚性,但面积和空间集聚程度均不断下降,其植被覆盖度也呈现持续退化趋势;而山草的空间集聚度随面积增加总体呈增加趋势,整体波动幅度较小,其植被覆盖度总体是降低的,建议形成“山林 山草”复合格局;3)山水的面积在不同的地貌类型中基本呈现萎缩状态,且植被覆盖度均维持在相对较低的状态,河流生态退化较严重。研究结果将为改善妫水河流域的生态格局和生态环境质量提供重要的参考信息。

基于SWAT模型的妫水河流域径流空间分布特征

水资源短缺已成为全球性的环境问题,妫水河作为官厅水库的主要入库河流,其径流量会对库区产生直接影响,研究其径流空间分布特征具有重要的理论和现实意义。以妫水河流域为研究对象,基于2006~2016年的气象和水文数据,使用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,研究该流域的径流空间分布特征。结果表明:(1)SWAT模型模拟结果为R2=0.62,Ens=0.61,校准期和验证期结果均满足R2>0.60,Ens>0.50。(2)流域内径流量分布呈现东西两侧大、中间小的规律,与地势两侧高中间低、坡度和降雨两侧大中间小的规律相符,林地产流较大。(3)径流深最大的子流域位于流域上游的东北部,降雨量大,坡度大,林地为主。径流深最小的子流域位于流域中部,降雨量小,耕地为主,地势平坦。流域内径流空间分布受坡度和降雨的影响较大;该模型在妫水河流域的水文模拟效果较好,未来可以此模型为基础进一步研究该流域的产沙和污染物空间分布特征。

妫水河流域植被覆盖变化对土壤侵蚀控制效率的影响

妫水河流域是北京市重要水源涵养区和生态屏障地,也是2022年冬奥会举办地之一,开展妫水河流域植被覆盖变化对土壤侵蚀影响的研究,对有效控制水土流失、改善生态环境与保障冬奥会顺利筹办具有重要现实意义。基于RUSLE模型估算妫水河流域2000—2018年土壤侵蚀强度和土壤侵蚀控制指数,揭示妫水河流域植被覆盖变化对土壤侵蚀控制效率的影响规律。结果显示:1)妫水河流域土壤侵蚀控制效率较高,土壤侵蚀控制指数均值均>0.92,2000—2013年呈现上升趋势,2018年下降,其中,流域西北部山区与中部平原地区控制效率较高,其他地区控制效率较低;2)植被覆盖度对土壤侵蚀控制效率影响显著,二者除在少数耕林、耕草转化区为负相关,其余大部分区域均呈现显著正相关关系;当林地覆盖度在30%~70%,草地覆盖度在20%~50%,耕地和园地覆盖度在25%~50%时,二次函数能够较好的拟合二者关系,控制效率随植被盖度的增加而升高。

北京市妫水河浮游动物群落结构与水质评价

由于浮游动物对水体环境变化敏感,可表征水体污染程度,因此在2017年对妫水河浮游动物群落结构进行调查研究,分析了浮游动物群落结构时空变化特征及其与环境因子的关系,并利用生物学评价方法对水质进行评价。结果表明:妫水河浮游动物有4门22属88种,其中原生动物种类最多,为42种,主要以轮虫和原生动物为主,浮游动物平均细胞密度和生物量分别为5041.58个/L和2.88 mg/L。浮游动物群落结构与环境因子的CCA分析显示,水温、pH、DO和氨氮是影响妫水河浮游动物群落结构变化的重要因素,其中裂痕龟纹轮虫、冠饰异尾轮虫和螺形龟甲轮虫等对水体中氮磷的相关性极为显著,具有富营养化指示作用,可作为监测水质的指示生物。妫水河浮游动物多样性指数H、均匀度指数J和丰富度指数D全年平均值分别为0.43、0.31和0.41,整体评价结果显示,妫水河水体处于中到富营养型水平,尤其是下段城区段污染严重,表明妫水河水体生态功能遭到破坏,水质还需进一步改善和治理。本研究结果可为妫水河水质评价、水环境监测及水污染治理提供基础数据资料和理论依据。

北京市妫水河底泥微生物群落结构特征

微生物对外界环境变化较为敏感,常被作为指示生物用于监测和反映水质情况。为满足延庆世园会和冬奥会举办对妫水河水质的调控要求,探讨妫水河底泥微生物群落结构特征及环境因子对其分布的影响。基于妫水河12个不同断面的水样和底泥样品,进行了水质、底泥理化性质分析,并对底泥的微生物群落结构特征进行了研究。结果表明,妫水河中、下游水体水质COD、NH+4 N、TN超标,其中上覆水TN含量与底泥TN含量呈极显著正相关(P=0.914);MiSeq高通量测序发现,妫水河底泥微生物共检出70门228纲1168属,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是妫水河底泥微生物群落结构中的主要菌门,在各个样品中相对丰度之和均占84%以上,其中变形菌门为第一优势门,占比达到45.3%—69.1%,而不同断面样品的优势菌属有所不同。妫水河底泥微生物群落丰度总体较高,多样性也相对较高,其中世园段D7点Ace丰富度指数和Shannon多样性指数均较其他点位低,分别为2673和6.56。RDA(redundancy analysis)分析表明,底泥氨氮和温度是影响其微生物群落结构的主要因子(F=2.92,P=0.038;F=2.81,P=0.014),妫水河底泥的优势反硝化菌属为脱氮单孢菌属和硫杆状菌属,其丰度与NH4^+ N、水温呈正相关,同时与DO呈负相关。研究结果对妫水河水生态环境保护和水质管理提供数据支撑及理论指导意义。

北京妫水河水生植物群落调查与水质响应关系研究

作为典型的北方缺水河流,妫水河生境脆弱,特别是城区段受人为干扰强烈,水生植物群落退化严重。通过开展妫水河水生植物群落实地调查和水质监测,摸清不同河段水生植物群落分布与水质之间的响应关系,有利于区域水生植物群落的重新构建。妫水河现有水生植物12科12属14种,其中,挺水植物6种(42.9%),沉水植物6种(42.9%),浮叶植物1种(7.1%),漂浮植物1种(7.1%)。不同河段水生植物群落结构存在显著差异,在水质较好的山区型河段(古城河和妫水河干流龙顺路附近)主要分布有以沉水植物为主的菹草+水毛茛+金鱼藻群落和浮萍﹣金鱼藻群落;在水质较差的城区型河段(三里河)主要分布有耐污性较强的香蒲+菖蒲群落、菰+芦苇+水芹﹣菹草群落;在缓坡型河段(蔡家河和妫水河干环湖南路附近)分布有以挺水植物为主的芦苇+香蒲﹣狸藻﹣荇菜群落和菰+香蒲﹣眼子菜群落。以群落分布规律为依据,可为妫水河生态修复提供思路和设计参考。

北京市妫水河水质现状评价

2017年分3个时期(丰水期、平水期、枯水期)采集妫水河及其支流12个断面表层水样,分析了COD、氨氮、TP、DO、pH值等水质指标,采用单因子评价法、水污染指数法、主成分分析法和模糊综合评价法对水质进行评价,根据4种水质评价方法的评价结果,分析4种方法在小流域河流评价中的适用性。结果表明:目前妫水河12个断面中S2、S10和Z2 3个断面水质较差,基本属于地表Ⅴ类水,污染程度为重度污染;其他9个断面水质等级为地表Ⅳ类水,污染程度为中度污染;中段世园会段水质较好,优于上段和下段,主要污染指标为COD;妫水河主要污染源于农业和生活,枯水期水质优于平水期和丰水期。水污染指数法更适合小流域水体水质的定性定量评价,且计算方便简单。

京包线妫水河大桥冰作用力计算

介绍京包线妫水河既有桥、新建桥概况及新建桥所采用的冰作用力计算公式、计算取值等。

不同温度条件下妫水河底泥氮磷释放规律研究

本文以妫水河底泥和上覆水为受试对象,通过室内模拟试验,分析不同温度条件下底泥氮磷释放规律。结果表明:温度升高,底泥总氮总磷释放强度均加强。本试验研究结果对于河流水体富营养化的控制具有一定的指导意义。