汉江中下游藻华暴发特征及生态流量阈值

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类水华主要发生在枯水期,枯水期藻类优势种群为硅藻,小环藻为优势种,丰水期绿藻门和硅藻门是优势种群,小球藻为优势种.流速是影响汉江藻类生长的主控因子,当流速超过0.462m/s时,流速继续增大将抑制藻类生长.汉江中下游枯水期控制藻类水华的生态流量:沙洋断面流量为890m^(3)/s,潜江断面流量为918m^(3)/s,仙桃断面流量为953m^(3)/s,汉川断面流量为1075m^(3)/s.

汉江下游硅藻水华调查及影响因素分析

2015年春季,汉江下游潜江至武汉段发生硅藻水华现象。监测结果表明,本次水华为轻度硅藻水华,优势种为小环藻,共持续10 d。其间,汉江流量明显高于历史水华年份,因此水文条件不是本次水华的主要原因。研究表明,异常高的气温条件是水华的重要诱发因素。水利工程的兴建可以降低水华发生率,但汉江中游亦存在暴发水华的可能,仍需要加强研究和监测。

汉江中下游水华发展新形势及治理对策分析

随着汉江沿岸经济社会的快速发展以及梯级水利枢纽的相继建成运行,汉江水环境和水动力条件也发生了较大变化,汉江中下游“水华”暴发频率不断增加,给区域水安全保障带来严峻挑战。2022年夏季,在长江流域“汛期反枯”的极端水文条件下,汉江中下游首次发现了蓝藻水华。依托长江流域水质监测中心现有监测站网及时开展了水华应急监测,对监测资料进行了综合分析,结合以往研究成果,初步分析2022年夏季水华成因,提出相应对策及建议。结果表明:①流域水体高营养盐水平仍是本次夏季水华发生的前提条件,高温、强辐射、高pH值是诱发因子,河道水量偏少是外部驱动条件。②汉江水华的时空分布和影响范围有扩大趋势,水体富营养化程度有加重趋势;加强水工程联合运用,改善水动力条件,调节环境容量,是缓减汉江中下游水华问题的最直接途径。③提出了优化综合站网布局、强化全要素动态监测、加强水华基础研究、建立水华防控协同机制等对策建议。

汉江中下游水华防控生态调度研究

汉江中下游1992—2021年冬春季节共计暴发了十余次大规模水华事件,水生态安全和饮用水安全频繁受到威胁.基于历次水华发生情况,分析总结了汉江中下游水华特征和暴发成因,根据水华与水文过程响应关系研究提出了抑制水华的关键指标及其调控阈值,构建了汉江中下游水利工程联合生态调度方案,明确了抑制水华的生态调度方式和调度持续时间,并结合2021年1月下旬抑制水华生态调度实践分析了调度效果.研究表明:(1)汉江中下游水华暴发时间主要集中在1—3月份,兴隆水库修建后水华发生河段已经从潜江以下向上游扩展至兴隆库区;(2)发生水华年份汉江下游流量明显小于不发生水华年份,兴隆库区河段和仙桃自然河段抑制水华的临界流速(流量)存在差异,分别为0.20 m/s(1160 m^(3)/s)和0.67 m/s(1040~1200 m^(3)/s);(3)丹江口水库加大下泄流量和兴隆水库水位波动式调节是抑制水华的关键调度方式,联合生态调度适合以5 d为一个调度周期.

汉江水华硅藻生物学特性初步研究

为探寻汉江中下游早春硅藻水华频繁暴发的原因,于2010年早春硅藻水华暴发的前期,对取自汉江的原水样,从水流速度、光照强度和水体温度3个方面研究了水华硅藻——汉斯冠盘藻(Stephanodiscus hantzschii)的生物学特性。研究结果表明:在试验设定的流速范围内(0～0.5 m/s),汉江水华硅藻生长状况良好,在2℃环境条件下长势较好;15μE/(m2.s)和25μE/(m2.s)两组光强条件下培养的冠盘藻密度没有显著性差异,表明春季汉江流速偏低和适宜的气候条件是汉江早春硅藻水华频繁暴发的主要诱发因子;汉江水体中的营养盐浓度足以满足硅藻快速增殖的需要而形成水华,显示了汉江近年来污染负荷较重。

南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响及对策研究(Ⅰ)——汉江水华发生的关键因子分析

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,在广泛现场监测、资料收集、调查论证工作的基础上,应用水动力学模型和富营养化动力学模型对汉江水华发生的成因和关键因子进行了分析。汉江水华发生的主要原因有3个:汉江中游进入城区的排污量日趋增大,藻类等生物所需的氮、磷等营养物质严重过量(此乃根本原因);汉江水枯同时长江水位增高使汉江流速变缓,产生类似于湖泊的水流特性;春季气温偏高。在已满足藻类生长需求的营养条件下,流量和流速是制约汉江水华发生的关键(敏感)因子,南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响将主要体现在水文因子上。

汉江水华水文因素作用机理——基于藻类生长动力学的研究

在相关文献的基础上总结影响汉江水华的水文因素包括流量、流速和水面比降,根据河流动力学理论,讨论了它们之间的内在联系。在此基础上,从生物生长动力学的角度,将连续流反应器原理应用于汉江水华现象,提出了汉江连续流生物反应器模型,并根据Monod方程分析,认为汉江中的藻类浓度与水流速度应成指数关系。由此,建立了汉江藻类浓度与水流速度关系数学模型a=mexp(k/ν)。利用汉江1992年至2000年实测资料,通过回归分析进一步确定了汉江的藻类浓度与水流速度函数关系中的常数m=8.9759、k=0.9054,相关系数r=0.9244。最后,对流速、流量和长江水位对汉江水华的作用机理进行了分析,揭示了水文因素影响汉江水华的作用机理。

2018年汉江下游硅藻水华成因分析

针对2018年初春发生于汉江下游的严重硅藻水华事件,根据2018年2～3月水文水质监测数据,从营养盐、水温、流量、河口水位、流速等方面分析了水华发生期间各因子的浮动范围。结果表明,汉江下游氮、磷浓度分别大于1.5、0.1mg/L,水温为8.4～17.7℃,水华发生期间流量大于700m^3/s,水华消退时流量大于1000m^3/s,仙桃与河口水位分别高于、低于历史水华发生年份对应的水位,兴隆库区平均流速为0.15m/s,兴隆下游平均流速为0.44m/s。与历史数据对比,发现2018年汉江下游严重硅藻水华发生的根本原因是氮磷营养盐水平较高和过低的流速条件。研究成果可为汉江下游硅藻水华防治提供参考。

南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响及对策研究(Ⅱ)——汉江水华发生的概率分析与防治对策

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,根据汉江水华发生的成因和关键因子的分析结果,对汉江水华发生的概率进行了定性分析;应用水动力学模型和富营养化动力学模型以及随机模拟法对汉江水华发生的概率进行了定量计算,并提出了相应的防治对策。结果表明熏南水北调中线工程145×108m3方案实施后将增加汉江水华发生的概率,而引江济汉工程的兴建将极大地减少汉江水华发生的概率。汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施。丹江口水库增加枯水期下泄流量和三峡电站减少枯水期下泄流量的联合调度将减小汉江水华发生的概率。

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量(1961—2015年)下降、气温(1961—2012年)显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992—2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008—2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004—2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ(COD Mn)和ρ(TP)明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬—3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.

汉江中下游水质现状及污染趋势分析

通过对1992,1998,2000,2003年汉江4次暴发严重"水华"事件的成因分析,表明汉江中下游频发"水华"的最根本、最直接原因是水体中N,P等营养物含量偏高,是水质恶化与水流、气象等因素共同作用的结果。在对近20年汉江中下游水质监测资料的统计分析基础上,研究了汉江中下游水质污染的现状、特点及变化发展趋势,并对南水北调中线工程实施调水后可能对汉江中下游水环境的影响进行了预测,提出了保护汉江中下游水环境、促进水资源可持续利用的对策措施。

汉江中下游硅藻水华形成条件及其防治对策

文章总结了汉江中下游五次硅藻水华开始发生的时间、地点及范围、持续时间、浮游植物最高密度以及浮游植物群落结构特点,1992-2000年汉江中下游硅藻水华呈现加重趋势,2000年以后,硅藻水华发生范围有所减小,但发生频度明显增加。在对历次硅藻水华形成的气象条件、水文条件、营养条件和生物条件进行分析的基础上,从控制汉江污染途径、提高汉江中下游硅藻水华预警时效和生态调水方式等方面,提出了防治汉江中下游硅藻水华对策。

南水北调中线不同调水方案下的汉江水华发生概率分析

为评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,从汉江水华的成因机理分析入手,提出了汉江水华发生概率的计算模型.该模型由河流一维水动力学模型、水体富营养化模型以及随机数生成模型组成,它不仅可以模拟汉江水华的发生机理,而且可以对诱发水华的各种因子进行随机抽样组合,从而求出中线调水不同方案实施后汉江水华的发生概率.计算结果表明,在现状情况下汉江水华的发生概率为9·2%,南水北调中线各调水方案(无引江济汉工程)实施后,汉江水华发生的概率将有一定程度的增加,而如果调水方案与引江济汉工程同时兴建将大大减少汉江水华发生的概率.最后提出建议,汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施,而丹江口水库和引江济汉工程的联合调度将会减小汉江水华发生的概率.

南水北调中线不同调水方案对汉江中下游水华的影响

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,根据汉江水华发生的成因和关键因子的分析结果,对汉江水华发生的概率进行了定性分析;应用富营养化动力学模型以及随机模拟法对汉江水华发生的概率进行了定量计算。结果表明南水北调中线工程82亿m3和145亿m3方案实施后将增加汉江水华发生的概率。而引江济汉工程的兴建将极大地减少汉江水华发生的概率。汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施。丹江口水库增加枯水期下泄流量和三峡电站减少枯水期下泄流量的联合调度将减小汉江水华发生的概率。

2015-2016年汉江中下游硅藻水华发生成因分析

为了探究汉江中下游多年春季易发生硅藻水华的成因,2015年和2016年早春水华发生期在汉江干流布设8个点位(黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、兴隆闸、泽口、仙桃、蔡甸),进行密集的浮游植物定性定量监测,同时监测总氮、总磷、硅酸盐、水温、p H和溶解氧等水质理化指标,并搜集水华期汉江中下游干流各水文站的流量数据,分析理化指标与水华细胞密度之间的相关性以及流量与水华细胞密度之间的关系。结果表明,自皇庄以下,水华发生期浮游植物密度高于107个/L,优势种为冠盘藻属(Stephanodiscus),达总生物量的95%以上;各样点浮游植物细胞密度与硅酸盐浓度、硅氮比均呈显著正相关(P<0.01);在考虑上下游点位距离和时间推移的交互作用下,通过逐步向前回归方法拟合多元线性回归模型,发现采样时间和采样点位间距与细胞密度呈极其强烈的显著正相关(P<0.001),流量与细胞密度呈极其强烈的显著负相关(P<0.001)。适宜的早春气候条件、较高的硅氮比、低流量是汉江中下游硅藻水华发生的原因。建议在控源截污的基础上,应注意早春时节对重要站点的流量监控,适时增加下泄流量以防控硅藻水华的发生。

南水北调中线工程不同调水方案下的汉江水华发生概率计算模型

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,在汉江水华发生成因机理分析结果的基础上,对汉江水华发生的概率进行了定性分析;提出汉江水华发生概率的计算模型,并对汉江水华发生的概率进行了定量计算。该模型由水体富营养化模型、河流一维水动力学模型以及随机数生成模型组成,它不仅可以模拟汉江水华发生的机理,而且可以对诱发水华的各种因子进行随机抽样组合,从而求出各方案实施后汉江水华的发生概率。计算结果表明南水北调中线工程调水方案实施后将增加汉江水华发生的概率,而引江济汉工程的兴建将大大减少汉江水华发生的概率。汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施。

汉江中下游硅藻水华研究进展与展望

汉江中下游1992年首次暴发水华,至2018年已累计发生10余次。汉江水华的优势藻种为硅藻,暴发时间主要集中在春季1-3月,水华发生河段主要分布在皇庄水文站以下的汉江下游,丹江口至皇庄区间的汉江中游河段水华发生频次较少。从汉江水华优势藻种及其生物学特性、水华暴发特征与成因、水华的预测与调控等方面对目前的研究成果进行系统总结。汉江中下游水华防控面临新的挑战,未来仍需在环境因子对硅藻水华生消的影响机理、水华预测模型与方法、水华预警和抑制水华生态调度技术等方面继续深入研究。

控制汉江中下游春季硅藻水华的关键水文阈值及调度策略

导致汉江水华暴发的主要因素为高营养盐负荷、缓慢的流速、较小的流量、晴好的气候条件等原因。对水华暴发期间的汉江中下游主要水文站点的水文学特性进行了分析,研究提出了汉江中下游春季水华暴发的关键水文阈值,并提出了控制汉江中下游春季硅藻水华暴发的生态调度策略,研究结果可为南水北调中线工程的科学调度提供依据和参考。

南水北调中线工程对汉江中下游水质的影响

为更好地开展南水北调中线工程对汉江中下游水华生态环境问题影响的量化研究,分析了调水工程对汉江中下游水质的影响。基于龙王庙断面的水质序列,假设污染物通量不变,推算调水后断面水质数据并评价其水质类别。结果表明,调水工程对汉江中下游水质有明显影响。调水后,无引江济汉工程情形下,各时期水质超标率均增加;有引江济汉工程补偿作用下,枯水期、丰水期的水质超标率降低,但仍大幅高于调水前,而平水期水质超标率低于调水前。调水后,有、无引江济汉工程两种情形下均枯水期水质超标率最大,这表明调水工程对枯水期的水质影响最明显。汉江水华暴发期集中在枯水期,调水工程对汉江中下游枯水期水质的影响对水华暴发起促进作用。