北京市凉水河污灌区土壤重金属累积和形态分析

采用野外定点连续采样和室内分析相结合的方法,对北京市凉水河污灌区土壤中Cu、Zn、Cr、Pb、Ni等重金属在土壤中的累积及其化学形态进行了系统研究。结果表明,①凉水河污灌区土壤中重金属的质量分数均高于北京地区的土壤背景值,特别是Cu和Pb分别达到北京市土壤环境背景值的3.47倍和4.53倍,凉水河污灌区土壤已经发生明显的重金属累积。②土壤重金属元素之间相关分析表明研究地区存在重金属复合污染,土壤有机质与土壤重金属显著相关表明污灌可能是导致土壤重金属富集的重要原因;土壤各理化性质与土壤重金属相关性表现不一致,土壤重金属富集与迁移的影响因素复杂多样。③Tessier连续提取法测定土壤5种重金属的形态分布规律均为:残渣态>铁锰结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态,铁锰结合态含量较高与污水中铁锰含量较高具有一定的关系;凉水河污灌区重金属潜在迁移能力顺序为:Cu>Zn>Pb>Ni>Cr。④综合分析各土壤重金属富集状况、形态分布及其生态毒性,Cu和Pb是凉水河污灌区土壤中需要优先控制的重金属。

北京市凉水河表层沉积物不同粒径重金属形态分布特征及生态风险

河流沉积物是污染物的储存库之一,研究沉积物中粒径及不同粒径中重金属形态分布特征对于明晰河流污染生态风险具有重要意义。运用Hakanson潜在生态风险指数法和BCR法,以北京市凉水河为研究对象,用ICP-AES测定沉积物样品,研究了表层沉积物重金属形态、空间分布、来源、生态风险及闸坝影响,研究结果表明:沿河流流向,沉积物总体呈现出细化的趋势;大红门闸、马驹桥闸及张采路橡胶坝、吴营村橡胶坝上下粒径由746.70、113.10、137.80μm和88.63μm降至475.20、59.05、53.77μm和53.89μm,闸坝对凉水河沉积物的细化作用显著;凉水河沉积物中,重金属形态含量大致为残渣态>>可氧化态>弱酸可提取态>可还原态;在所测位点中,综合风险指数RI最高为311.75,最低为442.90,处于较高生态风险水平,且Cd的单一风险指数Eir最大,为225.46~309.10,Zn的风险指数最小,为0.25~0.61,对综合生态风险指数的贡献大,贡献率超过60%;形态含量表现出粒度效应,在粒径<0.2 mm时,Cr、Cd、Zn非稳态含量与粒径大小呈显著负相关,重金属毒性随粒径降低而升高;Cd在上游和中游河段的富集系数(EF)达到1.65和1.59,高于1.5,存在明显的人为输入。

再生水补给型城市河流水质改善效果模拟

再生水是干旱和半干旱地区河流重要生态水源之一,但其高营养盐含量极易导致河流发生富营养化,严重影响河流水生态安全。以再生水补给型城市河流北京市凉水河为例,构建基于MIKE11的水动力水质耦合模型,应用实测水文水质数据率定和验证河流水质模型参数。结合区域污染源特征设定不同情境方案,并通过模型模拟分析不同方案下水质改善效果响应关系。结果表明:点源污染截流是改善凉水河水质的关键,可降低大红门闸断面氨氮浓度51.8%、TP浓度43.3%,其次为污水处理厂系统完善、生态河道建设和降雨面源控制。该研究提出在包括上述4项在内综合治理措施下,水质改善效果最为显著,大红门闸断面氨氮和TP年均浓度分别为0.969 mg/L和0.214 mg/L,满足地表水Ⅳ类水体标准。

凉水河污染对土壤和地下水的影响

在凉水河下游取河床底泥及河床下部土样,分析其NH3-N、磷和有机物的变化,发现底泥对NH3-N和磷的去除发挥了很大作用,分别是下部土壤吸附量的10倍和1倍多;土中5种氯代烃均有检出,是河水长期渗漏积累的结果。凉水河流域内的野外试验结果表明,凉水河对地下水存在污染,污染组分主要是CODCr,NH3-N也有一定污染,其他无机污染组分如NO3-N,Cr6+,TP和Pb2+对地下水的影响较小,氯代烃对地下水也有一定影响。据推测,凉水河污染对地下水的影响范围大概在河两侧80 m范围内。

北京市凉水河干流阻水桥梁防洪影响分析

凉水河是北京市南分洪重要排洪河道,经过多次治理仍存在多座阻水桥梁易形成卡口,影响汛期行洪安全。基于MIKE11模型对柳广线万泉寺桥、永丰线凉水河桥两座阻水桥梁的防洪影响进行分析。分析结果表明,万泉寺桥、永丰线凉水河桥阻水比分别为29.2%、23.4%,上游最大壅水高度分别为0.206 m和0.726 m,壅水长度分别为3498 m和5136 m,桥梁壅水范围内对沿岸雨水排出有一定的影响。壅水造成开阳路桥梁底净空不足,汛期河道行洪影响桥梁安全。同时阻水桥梁断面平均流速增加0.23~0.84 m/s,导致桥墩附近河槽、岸坡冲刷加剧,影响河岸稳定。

北京市凉水河非汛期闸坝控制水位研究及效益分析

凉水河既是北京市"南分洪"重要排洪河道,又是重要的景观河道。随着水生态环境改善和居民亲水需求增长,凉水河功能逐渐由单一的防洪排涝向"防洪、生态、景观、休闲"等多功能综合利用转变。基于MIKE11模型,以不淹没两岸服务通道及壅水不影响上游闸坝调度为原则,经模拟计算提出了主要闸坝非汛期控制运用水位要求,并进行了蓄水效益分析。分析结果表明,洋桥橡胶坝、大红门闸、马驹桥闸、新河闸、张家湾闸非汛期推荐的控制运用水位分别为35.22 m、32.25 m、23.85 m、18.96 m和17.05 m;与敞泄运行相比,可增加蓄水量共约68万m3,增加水面面积2.3万m2,生态环境效益显著。

北京市凉水河物理栖息地完整性评价

针对城市河流强人为干扰特征,从横向完整性、纵向完整性和垂向完整性3个维度选择了10个评价指标,引入信息熵对传统的灰色聚类评价方法进行改进,构建城市河流物理完整性评价指标体系。利用该方法对北京市凉水河物理栖息地完整性开展了评价,结果表明在监测的21个采样点中评价结果为好、较好、一般和较差的比例分别为19.1%、23.8%、33.3%和23.8%,造成凉水河物理栖息地完整性较差的指标依次为生态流量满足率、纵向连通性指数和河流蜿蜒度。导致凉水河物理栖息地完整性较差的突出原因为生态流量满足率低、闸坝较多及土地利用不合理,其中闸坝出现的周期性与物理栖息地变差的周期性相一致。

基于流域尺度的城市河流治理技术体系——以凉水河为例

城市河流作为城市的重要组成部分,对城市经济发展、市民安居有着巨大影响,但相当一部分城市河流或河段因遭受重污染,黑臭问题严重。河流治理领域自19世纪至今已有长足发展,治理理念从单纯的"水利工程治理"到"近自然河道治理工程"再向"基于流域管理的治理"转变。基于流域尺度的河流治理是复杂的系统工程,包括多方面内容,以凉水河流域为例加以阐述,其治理技术包含了高品质再生水处理技术、河道污水口除臭技术、促流净水技术和河坡植生增绿技术等。

凉水河北京南站段壅水特性数值模拟研究

北京南站改扩建工程跨凉水河桥在200m长河道上共布置桥梁18座,桥梁处于河道弯道处,桥墩的阻水影响加大了水头损失,造成河渠壅水。因此,有必要对扩建工程造成凉水河壅水影响进行评价,探索河道平面形态桥间距等因素对壅水高度的影响规律,确保河流和建设工程的正常运行。本次利用平面二维k-ε双方程紊流模型,结合自由表面模拟技术,采用清华大学CREST模型,考虑凉水河现状、规划情况及桥梁设计要求,选取4个断面,按不同流量对北京南站改扩建工程对凉水河壅水影响进行评价计算。计算结果表明:200m长河道范围内出现了不同程度的壅水,桥梁壅水的累积作用明显,凸岸的壅水高度和壅水影响明显大于凹岸。研究结果对凉水河防洪所采取的措施有实际意义,对北京南站改扩建工程的设计起技术指导作用。

城市流域极端降雨条件下的产汇流规律——以北京市凉水河流域为例

以凉水河流域为研究区,对比2012年7月21日(短历时双峰型)和2016年7月20日(长历时双峰型降雨)两场典型暴雨洪水过程,分析其降雨-径流关系。结果表明:凉水河流域上游较高的不透水面积比例,加快了区域产汇流速度,使得径流对暴雨的响应更为敏感,洪水过程随暴雨过程陡涨陡落;流域下游不透水面积比较低,汇流面积增加和河道行洪过程中的坦化综合作用削弱了降雨-径流序列的一致性。两场暴雨洪水过程上游和下游径流系数对比发现,在流域上游由于不透水面积比较高,重现期为10~20年一遇场次暴雨径流系数为0.35~0.5;而在流域下游由于降雨入渗补给条件较好,流域下游径流系数仅为上游径流系数的1/3,全流域径流系数减小为上游径流系数的1/2。

北京市发现白化小䴙䴘

2021年1月10日,在北京市城区南部凉水河亦庄段进行鸟类多样性调查,发现1只小䴙䴘白化个体,该鸟体羽完全白化,与其他小䴙䴘正常个体混杂在一起游泳、觅食,白化小䴙䴘所在河面分布有大量越冬水鸟。根据后续观察及目击者证实,该个体已连续3年来此处越冬,其躲避天敌、觅食行为、冬季集群行为及反映出来的生理机能与正常小䴙䴘均无明显差别。

北京凉水河暴雨洪水特征规律研究

应用径流系数、基尼系数及马斯京根分段演算法,系统分析2016年"7·20"与2012年"7·21"北京遭遇的两场典型暴雨中凉水河降雨径流特征规律,认为凉水河流域暴雨洪水呈现出强烈的城市化特点,降雨序列基尼系数和洛伦茨不对称系数相对较大,洪水序列峰型系数较小,大红门以上流域汇流时间仅为2小时,大红门演进洪峰约占张家湾洪峰的56%。通过研究提出从精细化模型构建、管理体制理顺、"互联网+"技术应用、海绵城市建设等方面的应对措施和建议。

湿地生态恢复对策研究——以辽宁省朝阳市凉水河湿地生态恢复为例

以辽宁省朝阳市凉水河湿地生态恢复为例,在遵循湿地生态恢复地域性、生态学、最小风险性和最大效益、优先性原则前提下,着重从水体生态恢复、湿地植物生态恢复、生境栖息地生态恢复阐述了自然湿地生态恢复对策;从工艺流程、湿地基质和人工湿地植物选择分析阐述了人工湿地生态恢复对策。

凉水河景观生态河道建设中硬质护坡绿化的应用

近年来,我国河道建设不仅重视以优美的河道吸引两岸居民和游客停留、游览,也使空间实现多向使用,特别是在建设方面开始关注景观效果提升、生态环境修复.为提升河道生态服务功能,我国河道建设越来越注重打造以游憩、健身锻炼、亲水为目标,实现一段一景,并将景观节点串联,进而营造"春赏花,夏纳凉、秋观叶、冬探松"的景观河道,改善生态环境,吸引游人前来,提高河道空间层面的有效利用率,使河道的生态效益得以发挥.随着北京市经济的不断发展和可持续发展战略的逐步深入,人们对生活环境的关注度不断提升,对城市的环境保护和生态愈发重视.这就需要摸索出一条社会发展与生态环境和谐发展的模式道路,而景观生态河道是城市的重要组成部分.本文以凉水河硬质护坡绿化工程为依托,对河道硬质护坡绿化和生态治理进行思考,为景观生态河道建设工作的开展提供参考,从而促进凉水河景观生态河道建设的深入发展.

北京市凉水河“23·7”暴雨洪水过程分析及应对措施

受2023年第5号台风“杜苏芮”减弱后的低压气旋影响,2023年7月29日至8月2日,北京市出现极端强降雨天气,对凉水河安全行洪造成了极大考验。基于凉水河干流水文实测数据,对本次降雨及洪水过程进行统计分析,揭示了降雨分布规律,复盘了洪水演进过程,构建模型演算现状水面线与河道设计数据对比,评估了河道行洪能力变化程度,剖析了可能出现洪涝灾害的风险,并提出加快蓄滞洪区建设等相关方面建议,为今后防御洪水提供参考。

快速城市化对产汇流影响的研究:以凉水河流域为例

快速城市化所引发的产汇流改变,使城市区域洪涝灾害进一步加剧。针对北京凉水河流域内城市化所引起的不透水面积增加、河网结构形态改变、城市分洪和排水管网铺设等人类活动,选取流域内大红门排水区为研究对象,根据遥感影像和实地调研,分别构建城市开发前、后两种情景的暴雨洪水管理模型(SWMM),并采用流域出口断面实测流量率定模型参数。通过设置不同重现期暴雨情景,定量分析城市开发前后洪水特征的变化。研究结果表明:SWMM模型在城市开发前后两种情景都具有较好的适用性。城市化后大红门排水区地表径流量是城市化前约3.5倍,径流系数从城市化前的0.12提高到城市化后的0.41,下渗量是城市化前的2/3;城市化后排水区坡面汇流速度加快,河道汇流时间降低,峰现时间无明显变化。城市化前百年一遇24 h洪峰流量低于城市化后20年一遇洪峰流量。本文的研究成果可为流域尺度雨洪综合管理和低影响开发提供技术支撑。

典型城市河流(凉水河)表层沉积物中重金属赋存形态特征

采集海河流域典型城市河流(凉水河)表层沉积物,利用BCR三步提取法分析沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的赋存形态特征,分析环境因子与重金属形态的相关性,并利用风险评估指数法(RAC)评价重金属的生态风险.结果表明,Cd以弱酸溶解态(B_1态)为主,平均含量为0.27 mg·kg^(-1);Cr、Ni和Zn以残渣态(B4态)为主,平均含量分别为55.50、17.41和51.84 mg·kg^(-1);Cu以可还原态(B_2态)和B_4态为主,平均含量分别为19.73和19.25 mg·kg^(-1);Pb以B_2态为主,平均含量为14.96 mg·kg^(-1).此外,在凉水河表层沉积物中,B_1态Cr与粒径中值呈正相关(p≤0.05),而B_1态Zn与有机质呈显著正相关(p≤0.01),且Cd为高风险(B_1态占总量比例为40.51%).

典型城市河流表层沉积物中汞污染特征与生态风险

以北京市凉水河为研究对象,研究了典型城市河流表层沉积物中汞污染特征与生态风险.采用王水水浴消解法和BCR三步提取法分析沉积物中汞总量及其赋存形态特征,并利用潜在生态风险指数法和风险评估指数法评价汞的生态风险.结果表明,凉水河表层沉积物中总汞含量范围是0.018~3.48 mg·kg^(-1),平均值是0.974 mg·kg^(-1),多数样点高于北京市土壤背景值;表层沉积物中汞主要以残渣态(B4态)存在,平均含量为0.841 mg·kg^(-1),各形态汞所占比例顺序为:残渣态(B4态)>可氧化态(B3态)>可还原态(B2态)>弱酸可溶解态(B1态),其中生物有效态汞占总汞的比例为23.21%.基于汞总量的潜在生态风险评价可知,凉水河各个河段表层沉积物中汞的潜在生态风险程度都处于很高水平(Ei平均值为565);但基于汞形态的生态风险评价可知,汞的生态风险都处于较低水平(B1所占比例平均值为4.80%).

基于主成分分析法的再生水补给河道水质评价

为研究再生水补给河道的水质状况及污染分布特征,以凉水河为研究对象,选取10个监测点于2019年6—12月进行水质指标监测。利用SPSS软件和主成分分析法,从NH_(3)-N、DO、TN、TP、COD及BOD5等6个水质指标中降维得出影响水质的2个主成分,根据主成分的方差贡献率和综合得分可知,上、中、下游综合得分分别为1.684、-0.852及-0.526,上游受污染最严重,主要受再生水厂尾水影响;中游水质优于上、下游,可能是地铁施工地下水抽排和河道中的沉水植物对水质的净化作用;下游受人类活动影响较大,有机污染较严重。通过主成分分析法对凉水河水质进行评价,为凉水河的污染治理提供技术参考,对再生水补水型河道的水质管理具有重要意义。

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术-原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中NH4^+-N、NO^3--N、TN、PO4^3--P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明:洗脱组释放第30天时,NH4+-N由底泥向上覆水中平均NH4^+-N平均浓度为0.52 mg·L^-1,较对照组下降了89.4%;PO4^3--P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L^-1,较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中NH4^+-N、PO4^3--P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。