基于流域尺度的水环境分区识别与评价——以辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程为例

以“辽河流域(浑太水系)山水林田湖草沙一体化保护和修复工程”项目为依托,针对浑太水系流域上游修复区,建立了主成分分析、层次聚类、水质标识指数与反距离权重插值法相结合的水环境评价体系。利用主成分分析法进行指标降维筛选,对所选指标进行方差检验,通过聚类分析以及差异化将173个监测点分组,利用水质标识指数法对分组后的均值进行评价,再将结果分配到对应监测点。基于流域尺度与行政区划相结合的方法进行水环境评价分区,对研究区进行分区反距离插值,得到浑太水系流域上游的水环境状况。结果表明:173个监测点共分为14组,一组处于Ⅳ类水质,一组处于劣Ⅴ类水质,剩余12组均为Ⅲ类水质。以浑河流域和太子河流域为大界限,浑河流域被划分为5个评价区,太子河流域被划分为4个评价区,其中有6个分区整体处于Ⅲ类水平;浑太流域上游水质状况较好,仅太子河流域中的清河、浑河流域中的大柳河为Ⅳ类,以及浑河流域内的李石河和古城子河流域为劣Ⅴ类,其余均为Ⅲ类;清河和大柳河主要为五日生化需氧量(BOD 5)超标,李石河和古城子河均为金属镉超标。进行流域尺度的水环境分区识别与评价,可打破以往水环境评价中的行政区域界限,从而以中小流域为单位,统筹把握流域水环境状况。研究成果可为浑太流域上游水环境治理提供依据,建立的研究思路和结果也可为其他流域的水环境评价工作提供参考与借鉴。

浑太河上游流域河岸缓冲区景观格局对水质的影响

以浑太河上游流域31个采样点上游水系为中心,生成5种尺度的河岸缓冲区,采用Fragstats软件计算类型水平和景观水平上的8个景观指数。分别从景观数量组成和景观空间格局2个方面,采用空间分析、相关分析和冗余分析等方法,识别不同宽度河岸缓冲区景观格局与水质的相关关系。结果表明:景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质具有不同的效应。300 m宽度河岸缓冲区景观格局具有最大的水质空间分异解释能力,可解释48.5%的水质变异。对于50和100 m宽度河岸缓冲区,景观数量组成指标较景观空间格局指标对水质空间分异的解释能力强,景观数量组成指标分别解释水质空间分异的16%和18%,景观空间格局指标分别解释水质空间分异的11%和6%。其中,旱地的解释能力最强,分别为13%和12%,因为≤100 m宽度河岸缓冲区内旱地是优势景观类型。对于300、500和1 000 m宽度河岸缓冲区,景观空间格局指标较景观数量组成指标对水质空间分异的解释能力强,景观空间格局指标可分别解释水质空间分异的25%、20%和23%,景观数量组成指标分别解释水质空间分异的10%、11.3%和14.3%。当缓冲区宽度≥300 m时,景观空间格局指标对水质的解释能力随缓冲区宽度的增加而逐渐增强,解释能力显著的景观空间格局指标包括景观尺度上的斑块密度、蔓延度指数、多样性指数和均匀性指数以及类型水平上的林地破碎度指数。

浑太河流域氮磷空间异质性及其对土地利用结构的响应

利用2009年8月和2010年6月浑太河流域河流水体采样数据,结合GIS技术和地统计学方法,分析了汛期TN(总氮)、NH4+-N(氨氮)、NO3--N(硝酸盐氮)、TP(总磷)和PO43-(磷酸盐)在地表水体中的空间变异特征,并探讨了流域尺度上土地利用对氮磷营养物质的影响.结果表明:NH4+-N、PO43-和TN均受到结构性因素的影响,表现出一定空间相关性变异特征;NO3--N和TP主要受到随机性因素的影响,表现出极弱的空间相关性变异特征.汛期流域林地、农田和居民用地比例与氮素呈显著相关,农田和草地用地比例与氮磷均呈显著相关.可以初步推测,林地、农田和居民用地是控制氮素空间分异特征的结构性因素,农田和草地是控制磷素空间分异特征的结构性因素.

水环境容量计算中设计流量的选择与应用

在水环境容量计算中,设计水文条件是主要影响因素。目前国内水文条件计算方法各异,且对各种方法的适用性研究也十分欠缺,导致环境容量计算结果相差巨大。在介绍国内外河流设计流量研究进展的基础上,比较了常见设计流量计算方法,并对不同计算方法的适用性进行了分析。以浑太河流域为例,利用流域内15个水文站20 a逐日平均流量数据,计算各测站的设计流量。研究结果表明,各测站应选用相应的设计流量来计算水环境容量,才能更符合实际情况。

浑太河流域水环境质量综合分析与评价

以浑太河流域为研究对象,选取流域88个监测站点,在2009,2010,2012年对河流高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷等9项指标进行监测,并对河流水质的时空异质性进行了分析。选择高锰酸盐指数、总氮、氨氮和总磷作为主要评价因子,采用单因子和综合水质标识指数法对该地区主要河流水污染特征进行分析及评价。结果表明,水质因子具有明显的时空异质性。单因子评价结果表明,非汛期总氮和氨氮为主要污染物,汛期总磷和总氮为主要污染物,非汛期的水质状况较汛期好,说明非点源是造成其污染的主要原因。河流水质综合评价中,小汤河上游、太子河南支、太子河北支所有点位的水质评价结果均为最好。所有站点中,海城河的支流(五道里河、运梁河、南沙河下游)区域的水质最差,达到劣Ⅴ类水质,且出现黑臭现象。研究结果对指导浑太河流域水污染防治及水资源管理具有重要意义。

水量水质联合配置方案评价指标体系研究

在阐述水量水质联合配置方案评价内涵基础上,给出了水量水质联合配置方案评价操作流程。利用层次分析法构建以经济社会、生态环境、水资源系统为评价准则,以流域缺水率、新增投资额、水功能区个数达标率、生态用水比例、人均水资源量、水资源开发利用程度和万元GDP耗水量为具体指标的方案评价体系。以分区协调性指标和方案公平性指标为核心,在合理确定指标权重的基础上,选取浑太河流域进行评价体系的可行性验证,结果表明,构建的水量水质联合配置方案评价指标体系切实可行。

基于MIKE11的浑太河水动力水质模型研究

基于MIKE11构建了浑太河流域主干河流—浑河、太子河水动力水质数值模型,并对浑河闸、葠窝水库两座大型水利工程进行概化处理,利用长序列逐日水文资料对模型参数进行率定与验证。研究结果表明,水动力、水质及可控制水工建筑物模拟精度高、拟合效果好,能够充分反映研究河段水动力及水质特征,可为水质预测、水质水量联合调度等水利工程相关研究提供模拟响应工具。

浑太河流域水环境容量计算设计流量研究

水环境容量计算的影响因素主要包括设计水文条件、水功能区水质保护目标、污染物种类特性及排放方式,断面设计流量与流速、水位间具有相关性,合理确定断面的设计流量成为进行水环境容量计算的关键。为体现水环境容量的时间动态变化特性,提出分期设计流量的原则,以浑太河流域为典型区进行设计流量的确定,给出基于典型年设计流量、分期设计流量、冰期非冰期设计流量的集成方案。

浑太流域水质演变特征及污染源解析

利用10年间浑太流域26个监测断面8项水质指标的监测数据,全面分析流域的水质时空演变特征,得出其水质变化情况。通过主成分分析法,针对近期的水质污染情况进行了污染源解析,确定浑太流域的主要污染源为城镇污水排放、工业生产污染和部分气象因素的影响。并利用绝对主成分多元线性回归分析法计算各指标的相应污染贡献率,为后期有效地进行流域水污染治理提供对策和依据。