珠江河网密刺苦草种群衰退的表观性状特征指示

探讨珠江河网密刺苦草现存种群衰退特征及其主要影响因素,可为珠江河网水草床种群复建,珠江河网水生态功能和渔业资源持续利用和发展提供基础依据。于2017-2019年对珠江河网水草床及其中外海(S3)、小塘(S5)和榄核(S8)的密刺苦草开展调查,利用冗余分析(RDA)和主成分分析(PCA)等。多元统计方法分析密刺苦草的株高、株重、叶片指标等参数与环境因子关系,并结合2019年该区域密刺苦草种群急剧衰退情况探讨其衰退前的表观性状特征指示意义。结果显示,珠江河网密刺苦草衰退前一年度种群表观性状时空分布特征差异明显,S3和S8站位密刺苦草株高、株重等在2月、8月至12月期间呈现先增加后下降的趋势,而S5站位密刺苦草上述指标持续增加;12月,不同站位密刺苦草种群出现生长特征分化,S5站位密刺苦草进入花果期,而S3和S8站位密刺苦草则开始衰退。RDA结果显示,密刺苦草株高主要受水深、沉积物中粒径组分及沉积物总磷含量等影响,株重主要受沉积物总磷含量影响,不同站位群丛受到不同环境因子的影响制约。PCA结果显示,密刺苦草的9种表观性状可表征其克隆生长力、有性繁殖力和多年生长力,并决定其种群维持策略:一种以S5站位为代表,种群越冬期保持持续生长力,并进行有性繁殖资源分配,能适应环境变化,种群在次年得以维持和延续;另一种以S3和S8为代表,种群在越冬期生长力减弱,无有性繁殖资源分配,未能有效应对不利环境条件,最终导致两站位种群在次年急剧退化甚至消失。

珠江河网水产品中菊酯类农药残留调查及健康风险评价

2012年8月在珠江河网采集水产品样品(13种鱼,4种虾和2种贝),采用超声波提取-气相色谱法对样品中菊酯类农药(PYRs)进行残留检测,并对鱼类PYRs暴露水平进行健康风险评价。结果显示,鱼类肌肉、虾类和贝类中PYRs质量分数分别介于ND^3.05μg·kg-1、0.05~1.13μg·kg-1和0.69~1.20μg·kg-1(ND为未检出,以湿重计),平均值分别为0.90μg·kg-1、0.41μg·kg-1和0.99μg·kg-1。虾类和贝类中PYRs的检出率均很高,除联苯菊酯在虾类体内检出率为75%外,其他菊酯均为100%,鱼类肌肉中氯菊酯检出率最高,达到100%。氯菊酯在鱼类肌肉和贝类中的检出量最高,分别占总菊酯质量分数的52.2%和55.4%,溴氰菊酯在虾类中检出量最高,分别占总菊酯质量分数的33.0%;对居民通过食物摄入的PYRs进行食用暴露风险评估,结果表明,珠江河网水产品中PYRs人体健康危害的年总风险评价介于3.96×10-13~1.21×10-10a-1,水产品的安全消费量为5.54×104kg·d-1,水产品中的PYRs的健康危险风险很小。

珠江河网淡水鱼、虾和河蚬重金属污染特性及安全性评价

为了全面评价珠江河网水产品重金属残留及食用安全风险,对鱼、虾和河蚬重金属的含量进行了检测分析,同时采用单因子污染指数(Pi)、综合污染指数(MPI)和健康风险评价模型对其污染程度、食用致癌和非致癌风险进行了评价。结果表明,水产品中重金属的含量(以鲜质量计)范围(均值)分别为Cr 0.031~0.264(0.131)mg·kg^-1、Ni 0.077~0.742(0.170)mg·kg^-1、Cu 0.199~22.575(2.318)mg·kg^-1、Zn 3.422~36.764(7.939)mg·kg^-1、As 0.112~4.192(0.339)mg·kg^-1、Cd 0.004~1.269(0.095)mg·kg^-1、Hg 0.012~0.048(0.026)mg·kg^-1、Pb 0.028~0.253(0.096)mg·kg^-1。鱼类和虾样品重金属残留均在安全值以内,但河蚬As和Cd残留略超标准值。水产品重金属污染程度评价结果表明,单因子污染指数排序为Cd>As>Pb>Hg>Cr>Zn>Cu。MPI值表明,不同水产品的污染程度依次为贝类(1.038)>虾类(0.353)>鱼类(0.101~0.292)。不同水产品重金属残留量的差异主要与它们不同的摄食习性、生活环境和对特定重金属的富集能力有关。健康风险评价结果表明,水产品复合重金属总目标危害系数(TTHQ)的高低顺序依次为河蚬>虾>鳢>鲶鱼>鲫鱼>翘嘴红鲌>鲈鱼>麦鲮>鲤鱼>餐条>罗非鱼>鲢鱼>广东鲂>鲮鱼>草鱼>赤眼鳟>鳙鱼。复合重金属TTHQ大于1,其中As的贡献比例最高,平均贡献率为51.7%。研究表明,当地居民若长期食用河蚬存在一定致癌风险。

珠江河网分形机理研究

以不同时期珠江网河历史地图及遥感影像为基础,进行了河网分形计算,并从河道发育、人为活动等多个角度分析了珠江网河分形机理。在发育过程中,1883-2001年间河网分维值逐渐减小;在空间上,正干水道中潮道分维值大于分汊河道。分析认为,人为活动是导致珠江网河分形变化的主要因素:联围筑闸消灭横向支汊、口门整治及河道固化减小了河道冲决的几率、河道挖沙引起的水沙分流比变化改变了河道冲淤特性。

风暴潮极值状态下珠江河网白坭水道内的不稳定流动

利用1999年洪季和9316号台风风暴潮的实测资料,通过ECOMSED数学模型对珠江河网广州区域进行数值模拟计算.计算结果显示,在99年洪季时,河网内白坭水道流动为通常的往复流动;但在风暴潮极值状态下,由于受极值流速及地形的影响,流动在白坭水道中弯曲扭摆,呈现出流动不稳定现象.

珠江河网1822号台风“山竹”期间风暴增水模拟及特性分析

基于ADCIRC模式和Holland台风模型,建立精细化珠江口风暴潮数学模型。针对2018年台风“山竹”在该区域的灾难性影响,模拟其在珠江河网引起的风暴增水过程,并着重分析了八大口门水道增水的时空分布特征和成因。结果表明:珠江口外海最大增水和2 m以上增水整体由外海向口门、东南向西北增大,最大增水范围为0.5~3.0 m;八大口门水道均出现超2.3 m的风暴增水,且在虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门等口门及水道出现超百年一遇增水;2 m以上增水历时0~5 h以上,由口门向西北干流递增;最大增水出现时间由口门向西北干流为台风登陆前2 h至登陆后10 h不等;河道口门走势和台风期径流对河网增水影响显著,在河网风暴潮预报和工程设计中应给予考虑。

珠江河网冬季浮游细菌群落结构及其影响因素

为了解珠江河网冬季浮游细菌群落结构,探讨影响其群落结构的环境因素,于2017年11月和2018年1月在珠江河网(112.18°E～113.51°E,22.38°N～23.17°N)采集表层水样,借助IlluminaMiSeq高通量测序平台,运用16S rDNA扩增子技术研究珠江河网冬季浮游细菌群落结构,使用R(3.5.2)软件包以及SPSS进行统计分析及作图。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)是珠江河网丰度较高的门类,细菌群落优势种群依次为γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria)。珠江河网冬季浮游细菌具有较高的菌群多样性(两次样品的Shannon指数分别为6.78±0.29、6.23±0.71), NMDS分析表明,浮游细菌群落结构之间不存在显著的地域差异。Pearson相关性分析表明,温度与γ-变形菌纲(P<0.05)、放线菌纲(P<0.05)以及α-变形菌纲(P<0.01)的丰度显著正相关,pH与放线菌纲(P<0.05)、α-变形菌纲(P<0.01)的丰度以及多样性指数(Shannon:P<0.01; Simpson:P<0.01)显著负相关,溶解氧与α-变形菌纲的丰度显著负相关(P<0.05)。冗余分析(RDA)结果显示,温度、pH是影响浮游细菌群落的主要因子。

基于一维盐度模型的珠江河网咸潮上溯距离分析

建立珠江三角洲河网整体一维水动力、盐度数值计算模型,此模型涵盖了整个珠江三角洲河网区,验证结果良好。在此模型基础上,对2001年枯季和2005年枯季珠江三角洲咸潮上溯情况进行模拟计算,模拟结果表明,0.5‰盐度线在整个河网区域呈现出向右倾斜的"S"形,2005年枯季咸潮平均上溯距离达到了32.4 km,这几乎是2001年枯季的2倍。进一步利用模型模拟4种不同来水情况下的咸潮上溯距离的变化情况,对4种来水流量下的咸潮上溯距离进行分析,发现当上游来水平均流量减少将近0.5倍时,下游8大口门处咸潮上溯平均距离将增加1倍左右。

珠江三角洲河网区极端水位事件风险传递规律

为研究珠江三角洲河网区极端水位事件的风险传递规律,基于13个水位站点1957—2016年的月水位资料,利用pair-copula结构构建珠三角河网区水位的风险传递模型,分析不同情景下极端水位在空间上的风险传递机制及其时间变化规律。结果表明:在低降水量条件下,珠三角河网区低水位风险顺向(上游至下游)和逆向(下游至上游)传递的概率均显著增大;高降水量条件下夏季丰水期的高水位顺向传递风险更高,低降水量条件下冬季枯水期的低水位顺向和逆向传递风险均较高;受人类活动影响,在高降水量条件下,1987—2016年夏季丰水期的高水位顺向传递风险比1957—1986年显著增强;在低降水量条件下,1987—2016年冬季枯水期低水位的顺向和逆向传递风险比1957—1986年显著增强。

基于pair-copula结构的珠江三角洲河网区水位空间依赖性分析

基于1957—2016年珠江三角洲河网区15个水文站月平均水位资料,利用pair-copula结构构建水位空间依赖性模型生成样本数据,并采用F-madogram方法定量评估不同时期、不同时间尺度和不同距离范围内珠江三角洲河网区的水位空间依赖性。结果表明:珠江三角洲河网横向发育区域比东南45°方向发育区域水位空间依赖性弱;夏季丰水期水位空间依赖性比冬季枯水期水位空间依赖性显著增强,且季节尺度下水位空间依赖性比全年尺度下水位空间依赖性弱;受人类活动影响,在远距离情况下夏季丰水期1987—2016年的水位空间依赖性比1957—1986年显著增强;在较小距离范围内年极小月水位1987—2016年的空间依赖性比1957—1986年显著减弱,在远距离情况下年极大月水位1987—2016年的空间依赖性比1957—1986年显著增强。

珠江三角洲一维河网非恒定流悬沙预测模拟

在河网水流三级联合解法的基础上,利用“节点含沙量控制法”,假设节点处冲刷和淤积较小,所有节点的含沙量控制方程可以通过输沙量守恒方程用矩阵形式写出,求解该不规则的稀疏矩阵方程组,得到所有节点处的含沙量;单一河道断面处的含沙量通过单一河流悬沙输运的求解方法获得,从而建立珠江三角洲全流域悬沙预测模型,并用实测资料对该模型进行了率定和验证,验证结果良好.

广州珠江感潮河网水流泥沙数值模拟

基于EFDC模型,构建了广州珠江河网三维水动力与泥沙数学模型。通过1999年7月和2001年2月典型洪、枯季实例验证,表明模型能够较好地反映广州珠江河网水流及泥沙输运过程。输沙过程模拟结果表明,平洲水道至后航道是悬浮泥沙输移的主要路径;冲淤模拟结果表明,21世纪初期广州珠江河网主要表现为"枯冲洪淤"特点,并且河网呈缓慢淤积趋势,年均速率约为2.0 cm/a。各河段中,南航道、沥滘水道是主要的淤积河段,而沙贝海、前航道上段及新造水道是主要冲刷河段。

长时间尺度珠江口河网水下地形演变过程三维可视化实现及分析

阐述了长时间尺度珠江口河网水下地形演变过程中的三维可视化实现过程及空间分析方法,进一步揭示了珠江口河网水下地形演变机理。将收集的地形图进行数字化,建立不规则三角网,实现三维可视化,并在此基础上进行剖面分析,为不同年份的地形比较从而揭示珠江河网水下地形演化过程奠定基础。针对遇到的高程值转换问题,介绍了零值线法,采用点射线法作为判断依据达到高程转换的目的,同时针对该方法工作量大等不足,提出了字段标识法这一行之有效的方法。

模拟珠江河网的污染物通量及外源输入对入河口通量的贡献

基于一维河网与三维河口耦合水质模型,模拟计算了2000年珠江上游输入河网以及河网输入河口的碳质生化需氧量(CBOD)、氨氮(NH4)、硝态氮与亚硝态氮(NO3)和无机磷(IP)等污染物通量,并结合数值实验,量化了外源输入(包括入河网污染物通量与河网污染负荷)对入河口污染物通量对河网区的贡献.研究结果表明,河网区的污染物通量由入河网通量与河网污染负荷共同控制,通量分配具有显著的空间差异;上游各水系中,以西江的通量最大,约占入河网通量的71%～81%;8个入海口门中,以虎门、磨刀门的通量最大,两者共承接超过一半的入河口通量.此外,数值实验表明,入河网通量与河网污染负荷对CBOD、氨氮的入河口通量均有显著贡献,而硝态氮与亚硝态氮、IP的入河口通量则主要来自入河网通量;磨刀门、虎门分别是入河网通量、河网污染负荷最主要的输出口门.基于模型,亦针对入河口CBOD、氨氮通量对河网污染负荷的响应关系进行了探讨.

基于SOM模型的珠江河口河网铊生态风险评估

珠江三角洲地区铊浓度的研究对粤港澳大湾区水资源保障具有重大意义。本研究在珠江河口河网选取了11个断面,分别于枯水期和丰水期的大小潮四个水文时段对其表、中、底层进行同步采样和监测。分析了珠江河口与河网中铊的暴露情况以及其时间和空间的分布,采用自组织映射神经网络(self-organizingmaps,SOM)基因表达聚类分析的方法对528个铊浓度监测数据进行拟合。此外,本研究基于潜在生态风险评价方法,选取相应的系数,运用SOM模型,对珠江河口河网铊的潜在生态风险进行评估。结果表明,珠江河口与河网铊的暴露水平整体上较低,铊的浓度在空间上呈现为磨刀门>石龙>马口>伶仃洋>虎门>三水,而在时间上则表现为丰水期小潮>丰水期大潮>枯水期大潮>枯水期小潮。SOM聚类分析结果表明,珠江河口河网整体上潜在生态风险属于较低水平,各断面的潜在生态风险程度从高到低依次为磨刀门>马口>石龙>伶仃洋>虎门>三水。本研究表明SOM聚类分析方法适合于重金属污染物聚类分析。

珠江河口河网咸潮上溯机制的数值模拟

随着全球变暖导致海平面上升和人类活动的加剧,珠江三角洲的咸潮灾害日趋严重,分析咸潮上溯主要动力因素及响应趋势非常必要。构建珠江河口河网一、三维耦合水流盐度模型,对地形、上游主要节点流量以及海平面上升高度进行敏感性试验,利用通量机制分解方法分析不同情况下西江、北江干流的沿程盐通量,探讨河口河网咸潮上溯对主要动力因素变化的响应规律。结果表明,各口门的盐通量均以平流运输项为主导;地形变化与上游径流量对盐通量影响远大于海平面上升;上游主要节点的径流量在大潮时主要控制平流运输项和剪切扩散项来调节盐通量,小潮时潮泵运输项变化相对较大;海平面上升对潮控口门(如洪奇门)的影响大于径控口门(如磨刀门),但短期内影响相对较小。

珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区,同步采集现场光谱及水质数据,研究受测水体的高光谱反射率特征,并分析非光学活性参数中化学需氧量(CODCr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示,各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响;在500~680nm波段范围内,水体光谱反射率大小与CODCr、TP浓度呈负相关关系;与单波段相比,特定波段的反射率比值与CODCr、TP浓度值的相关性较高,与CODCr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R675/R794、R690/R815。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度,模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%,表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数CODCr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。

珠江三角洲河网流量的时空变化及影响因素

珠江三角洲河网形势复杂,水沙分配变化多样。本文研究珠江三角洲河网间隔近20年(1999—2017)的16站位的同步洪枯季径流分配格局变化和原因,为防洪减灾、航道输运等河口工程和管理提供重要参考。采用洪季(1999年7月、2017年7月)与枯季(2001年2月、2016年12月)珠江河网16个重点测站同步径流量观测数据进行流量分配变化研究。结果显示:洪季河网上游流量约为30 000 m^(3)/s,是20年前的0.92倍,主要受降雨量减少的影响;枯季珠江河网上游流量为7 500 m^(3)/s,是20年前的2.3倍,主要是由于上游水库建设,对洪枯季入网流量进行调节的结果。1999—2017年马口站分流比变化不显著,但呈现增长趋势(洪、枯季分别增长2%、7%),主要由于1999年后西江河道下切更为严重造成,但仍小于20世纪90年代以前。20年来洪、枯季流量最大的三个入海通道一直为磨刀门、虎门和洪奇沥。对于整个河网来说,马口、三水以及其他各分汊节点分流比虽有所改变,但相对稳定,入海通道也保持不变,说明珠江三角洲近20年来保持径流分配以及入海通道流量的相对稳定性。

珠江三角洲典型河网区水资源调度策略与技术研究

珠江三角洲河网区河涌密布、闸泵众多,水动力条件复杂;受排污和咸潮影响,珠江三角洲局部地区水环境和供水安全问题突出。珠江三角洲河网区开展了一系列水资源调度实践,实践证明,利用闸泵-河库联合调度改善水环境和保障供水安全是一项行之有效的重要措施。分析了珠江三角洲河网区的水资源问题,将珠江三角洲河网区分为受排污影响和受咸潮影响两类典型河网区,针对典型河网区水资源调度需求,分别提出了改善水环境和保障供水安全的调度策略,探讨了典型河网区水资源调度模型技术,选择中珠联围进行了实证分析。结果表明,采用推荐调度方案可缩短中珠联围枯水期水体置换时间,有效地提高抢淡效率,提高供水保障程度。

珠江三角洲河网思贤滘、天河节点分流比规律探讨

思贤滘是西、北江三角洲河网顶点分流节点,其分流比对河网基本格局至关重要,天河节点控制着西江主干的基本规模,深入探讨两个节点分流比规律性非常必要。以高要、石角来流为上游控制流量,利用大范围河网数值模型,模拟计算节点洪水分流比变化与上游来流的相关性。经分析得到:恒定流条件下,思贤滘节点左右汊道分流比与上游西、北江组合洪峰流量有着较好的相关性,但当节点分流比受下游潮流影响会变得复杂与不确定;思贤滘节点分流比取决于西、北江洪水组合规模与相对强弱,存在临界分流特征数;下游口门潮位起伏变动对节点分流具有较强的牵引调节作用,会明显增大过滘流量。天河节点分流比较为稳定,受上游洪水组合规模及下游口门潮位变动影响规律不明显。