山地城市河流健康内涵及评价

山地城市河流健康评价是实现山地城市河流可持续控制的重要工具。对河流健康内涵及山地城市河流特点进行了概要分析,认为山地城市河流健康应以山地河流生态系统为基本单元,并具有4个方面的内涵:河流内部的生态完整性、弹性和恢复力、河流与城市空间景观格局的安全性、河流与城市人群关系的和谐性,以及河流上述关系在时间上的可持续性。在此基础上提出了山地城市河流健康评价的指标体系,作为山地城市河流健康评价的重要工具,并认为评价时应利用地理信息系统工具加强空间景观格局的分析。

生态补水对山地城市河流水环境的改善效果

调水引流、生态补水已成为改善河流水质常采用的手段,但调水引流后水质改善程度仍需要科学量化以对补水方案作出科学决策。以重庆市长寿区桃花溪为研究对象,基于MIKE11构建桃花溪河流水文、水动力、水质耦合模型,模拟桃花溪水质演变规律。在此基础上计算不同补水方案下河流COD、NH3-N、TP浓度的削减情况,定量分析生态补水对山地城市河流水环境的改善效果。通过模型计算得出:桃花溪平均补水量为0.38 m^(3)/s时,对水质改善效果均值为15.4%;平均补水量为0.96 m^(3)/s时,对水质改善效果均值为29.4%。通过数值模拟计算手段,科学量化山地城市河流生态补水效果,以期为山地城市河流水环境改善指引新方向。

典型山地城市河流营养元素空间分布特征及影响因素分析:以重庆市清水溪为例

城市地表水水环境问题严重制约城市的进一步发展和市民对美好生活的向往,因此广受社会各方关注.由于地形特殊,与平原城市相比,山地城市地表水水环境特征及污染问题有其自身特点.在2019年8月和10月两次通过采集位于重庆市主城区典型山地城市河流——清水溪干支流地表水和干流河底沉积物,并监测地表水、沉积物样品中碳、氮和磷等营养元素以及其它基本理化指标.结果表明,现阶段清水溪地表水属劣Ⅴ类,在综合污染指数评价体系中属严重污染级别.在所有水质指标中,NH_(4)^(+)和TP超标最为严重.清水溪地表水水质呈现出支流优于干流、降雨期优于非降雨期的时空分布特征.污染源、尾水/支流汇入和河流自净能力共同决定了营养元素在清水溪干流地表水中的空间分布规律.源头污水直排和中下游的污水溢流等点源污染是清水溪干流地表水最主要的污染源,面源污染对水质的影响有限,河底沉积物在河流处于不同的水量条件下会发生营养元素“汇”与“源”间的相互转化,体现出内源污染的复杂性.支流/污水处理站尾水汇入的稀释作用,以及由于山地河流地表水中高DO导致其较高的自净能力,使得干流地表水水质向下游有逐步改善的趋势.综上所述,建议通过在重点区域市政管网的布设减少点源污染的输入,对污水处理站提标改造为河流提供更低营养元素浓度的水源,在DO较低河段进行河道清淤等多种方式,对清水溪进行水环境综合整治.

典型山地城市河流沉积物重金属生态风险评价及来源解析

富集在沉积物中的重金属是长期影响城市河流地表水生态的潜在威胁。通过采集位于重庆主城区的典型山地城市河流——清水溪干流河底沉积物,监测各点位沉积物样品中的重金属含量以及附近地表水环境指标,并利用多种评价方法和统计学手段来评判清水溪干流沉积物重金属的生态风险和来源解析。结果表明,清水溪干流沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn均值含量分别为7.55±8.25、0.238±0.056、86.43±5.14、78.21±18.22、2.49±2.00、33.86±5.29、42.99±9.21和198.71±43.55 mg·kg^(-1)。地累积指数(I_(geo))评价体系中,Hg达到了重度污染水平,Cu、Zn、Cd和Pb也有轻度污染。大部分点位沉积物重金属含量超过现行的农用地土壤污染风险管控标准,建议清淤淤泥需谨慎用于农用地。沉积物潜在生态风险指数(RI)均值为1984.54±1515.92,Hg对RI的贡献度达到了90.78%,清水溪干流沉积物存在着极大的生态风险。重金属外源输入的主要区域集中于河流源头,加之上游地表水较高的pH,共同导致重金属(除As和Ni外)含量从上游至下游逐渐减小的趋势。由于山地河流源头较高的比降,在源头输入的外源污染对干流中上游沉积物中的重金属含量均造成一定影响。通过主成分分析和聚类分析表明,沉积物中Cr、Cu、Hg、Pb和Zn主要源于源头工业点源污染,并存在3种细分类型,应源于不同的行业类型;As和Ni主要源于污水处理站/城市面源污染;上述两种来源均对Cd有显著贡献。

梯级拦河堰对典型山地城市河流重金属元素的滞留效应:以重庆市梁滩河为例

梯级拦河堰通过改变水力条件的方式将大量重金属元素滞留到河底沉积物中,滞留在沉积物中的重金属会长期影响地表水质和水生态.在2020年5月采集位于重庆市主城区、布设有梯级拦河堰的典型山地城市河流——梁滩河干流河底沉积物,并监测各河段内沉积物累积量和样品中重金属元素含量以及其它基本理化指标.结果表明,梁滩河干流沉积物ω(As)、ω(Cd)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)和ω(Pb)均值分别为(4.66±4.78)、(0.361±0.256)、(32.30±14.38)、(0.069±0.039)、(33.47±15.37)和(26.34±11.52)mg·kg^(-1),由于污染源空间分布不均和梯级拦河堰对河流连通性的破坏,各点位沉积物重金属含量有着较大的空间变异系数.改进的地累积指数(I_(m))显示,Cd是沉积物中污染水平最高的重金属元素;有12.50%的监测点位处于偏中度或中度污染水平,污染主要分布于建设用地集中的上下游区域.潜在生态风险评价指数法(RI)和沉积物质量基准法(SQGs)显示,除污染水平较高、毒性强的Cd和Hg外,流域内背景值含量较高的Ni也对地表水生态风险形成威胁.在梯级拦河堰的影响下,干流沉积物中滞留As、Cd、Cu、Hg、Ni和Pb总量分别为446.10、47.28、4997.80、10.81、5135.68和4048.16 kg,其中Cd、Ni和Pb会长期威胁地表水生态安全.由于较高的重金属滞留总量和更易形成厌氧环境,各级拦河堰上游附近河段也是重金属内源释放所需关注的重点区域.利用主成分分析和聚类分析解析沉积物中重金属元素来源:Cd、Cu和Pb主要源于居民/工业点源污染;Hg主要源于农业面源污染;As和Ni主要源于自然土壤侵蚀.

山地城市小型季节性河流雨洪淹没的数值模拟

为预测伏牛溪中下游河段沿岸工程设施在流域暴雨期的潜在淹没危险性,利用MIKE11模型模拟了不同重现期暴雨和长江洪水发生时,伏牛溪中下游河段淹没深度及淹没范围。结果表明:50年及100年一遇暴雨发生时,伏牛溪中游河段的平均淹没深度分别为4.9 m和5.7 m,淹没面积分别为40 542 m2和41 980 m2,鳌山综合市场处居民生活用地会被淹没;50年及100年一遇长江洪水倒灌发生时,下游河段平均淹没深度分别为7.5 m和8.9 m,淹没面积分别为9 890 m2和10 931 m2;50年及100年一遇暴雨和长江洪水同时发生时,下游河段平均淹没深度分别达到9.4 m和10.1 m,淹没面积分别为14 559 m2和16 987 m2,下游污水处理装置会被淹没,部分居民建筑物地基受到威胁。模拟结果为伏牛溪流域的防洪规划和工程设施建设提供了参考。