Developing a comprehensive evaluation method for Interconnected River System Network assessment:A case study in Tangxun Lake group

The Interconnected River System Network (IRSN) plays a crucial role in water resource allocation, water ecological restoration and water quality improvement. It has become a key part of the urban lake management. An evaluation methodology system for IRSN project can provide important guidance for the selection of different water diversion schemes. However, few if any comprehensive evaluation systems have been developed to evaluate the hydrodynamics and water quality of connected lakes. This study developed a comprehensive evaluation system based on multi-indexes including aspects of water hydrodynamics, water quality and socioeconomics. A two-dimensional (2-D) mathematical hydrodynamics and water quality model was built, using NH3-N, TN and TP as water quality index. The IRSN project in Tangxun Lake group was used as a testbed here, and five water diversion schemes were simulated and evaluated. Results showed that the IRSN project can improve the water fluidity and the water quality obviously after a short time of water diversion, while the improvement rates decreased gradually as the water diversion went on. Among these five schemes, Scheme V showed the most noticeable improvement in hydrodynamics and water quality, and brought the most economic benefits. This comprehensive evaluation method can provide useful reference for the implementation of other similar IRSN projects.

汤逊湖水体叶绿素浓度遥感估测研究

内陆水体叶绿素浓度遥感监测的各种经验模型在模型的方法和参数上都有一定的时空限制。为了实现武汉汤逊湖叶绿素浓度的遥感监测,利用同步实测的光谱数据和水质数据进行了该湖泊叶绿素浓度的遥感定量反演研究。首先分析了汤逊湖水体的反射率光谱曲线;其次通过相关分析的方法,发现了汤逊湖水体反射率在单波段法、一阶微分法和比值法建模中的最优波段或组合,并进行了一元线性建模;最后对3种模型的反演精度进行了比较分析。结果表明,对于汤逊湖叶绿素浓度遥感反演,一阶微分法和比值法优于单波段法,一阶微分法的最优波段在446.9 nm附近,比值法的最优波段组合为R861.1/R865.7,二者回归R2都在0.86以上。本项研究可为汤逊湖叶绿素浓度的遥感估测提供了参考。

武汉汤逊湖未来水环境演变趋势的模拟

以流域为基本单元进行水质水量耦合,构建武汉汤逊湖水环境演变模型(TXHwater);借助MonteCarlo分析方法,对未来汤逊湖的水环境演变趋势进行了分析.结果表明,来水不确定条件下,COD模拟结果的不确定性较大,NH3-N和TN的不确定性中等,TP的不确定性最小.来水不确定性对流域汇流、巡司河入流过程影响较大,主要体现在汛期的5～9月份.如按现有规划,不考虑对污染物指标的削减,到2010年和2020年该湖未来水环境形势严峻,水质将演变为劣V类,主要控制指标为TN和TP,汛期6～8月浓度达到峰值.

武汉市汤逊湖沉积物重金属垂向变化的磁响应特征及环境意义

对武汉汤逊湖湖泊沉积物T06—1样芯进行了磁性测量、重金属分析和粒度分析，探讨了利用磁参数追踪、指示城市湖泊重金属污染的可行性。结果表明，低矫顽力的亚铁磁矿物主导了沉积物的磁性特征。磁参数χ，SIRM和ARM与重金属Cr，Zn，Cu和Pb呈现较为一致的垂向变化特征：55cm之下，磁参数值和重金属的含量均较低且稳定；在50～10cm之间，两者基本呈现随深度的减小而增加的趋势，其中在20～10cm区间，出现小范围内波动；而10cm至表层，元素含量和磁参数值随深度减小而急剧增加。选取粘土（〈4μm）对沉积物中Cr,Zn，Cu和Pb进行粒度校正的结果显示：校正后元素的变化趋向于平稳，但在表层的10cm处Cr，Pb，Zn和Cu的含量仍然较高，表明了表层沉积物中金属元素的含量主要受人类活动的影响。相关分析也表明了磁参数χ，SIRM和ARM与重金属Cr，Pb，Zn和Cu之间均呈显著相关关系（0．62≤R≤0．86），表明磁参数可以用于追踪和指示汤逊湖湖泊沉积物重金属污染。

基于情景分析法的污染物排放趋势研究

以武汉市汤逊湖为例,基于情景分析法,选取社会经济发展状况和水污染管理体系的健全程度作为流域污染物排放两大核心影响因素,在此基础上细化为人口、城市化率、经济发展状况、污水处理状况和工业清洁生产水平等五大主要影响因子。通过对不同影响因子的细化与系统组合,构建了四种流域未来污染排放的情景,预测了不同情景下汤逊湖2010年和2020年的主要污染物(COD、NH3-N、TN、TP)排放的定量结果。

武汉市汤逊湖水体富营养化现状及其对策分析

2007年11月至2008年4月,对湖北省武汉市汤逊湖及周边水域进行了为期半年的野外考察,并在四月中旬对汤逊湖11个采样点的水质主要污染指标进行了检测分析。结果发现,由于该湖东西两岸经济发展状况明显不同,水质污染程度和被污染原因也有较大差异,总体污染状况达到V类水质。采用综合营养状态指数法,对湖泊富营养化现状进行了评价,湖泊富营养化状态级别为中度富营养化。根据取样分析的结果,结合周边生态环境,提出汤逊湖水体富营养化控制与改善建议。

架桥后汤逊湖水体水质现状及其治理对策

为了鉴定武汉市汤逊湖桥梁建成后汤逊湖水体水质状况,2010年12月至2011年3月于汤逊湖沿线11个点多次采水样,以水体总氮、总磷、叶绿素a、COD及透明度等为参数,对水体理化因子、水质状态特征、富营养化程度等进行分析,探讨各影响因子对汤逊湖富营养化的影响程度.结果表明,汤逊湖目前处于轻度富营养化状态,工业废水、生活污水及水产养殖是汤逊湖的主要污染源.可通过加强对湖区工业污染源、城市生活污水、农业生产等污染的外源控制以及对湖区内的水产养殖污染的内源控制和科学管理,加强湖泊生态修复工程治理力度等方式进行调控.提出了汤逊湖水质富营养化治理的基本对策.

基于SCS和GIS的不同降雨情景城市内涝过程模拟方法

针对城市暴雨内涝灾害频发的现状,基于城市暴雨强度公式、芝加哥降雨过程线模型、SCS(Soil Conservation Service)产流模型以及基于地理信息系统软件ArcGIS的局部等体积法,提出一种关于城市暴雨内涝过程的模拟方法。选取武汉市内涝灾害严重的汤逊湖流域作为研究对象,使用该方法对流域内多种重现期暴雨内涝量的积水高程和积水淹没范围进行模拟。结果表明:汤逊湖流域内产生的内涝较为严重,10 a一遇的暴雨即可对低洼地区造成轻微内涝;不同重现期暴雨产生的积水区域基本是一致的,但重现期越长的暴雨产生的积水高程越深,淹没范围越广,对周边造成的影响越大。该研究成果对城市暴雨内涝的预防与治理具有借鉴和参考价值。

汤逊湖流域农业面源氮、磷入湖通量计算

该文基于汤逊湖流域的空间和属性数据,应用SWAT模型对其流域农业面源氮、磷入湖通量进行计算分析。结果表明2014年汤逊湖流域农业面源氮、磷年入湖通量分别为490 t/a和31.15 t/a,其氮、磷入湖通量最大的月份均出现在降雨量较大的5月,分别为59 t/月和5.58 t/月;东湖高新区和江夏区的农业面源污染对汤逊湖的贡献最大,应作为重点控制区域。

生态渔业养殖模式下汤逊湖鱼产力估算及对内源污染的影响

通过汤逊湖天然饵料生物量的调查,评估在不投肥、不投饵条件下汤逊湖的鱼产力情况;根据主要鱼产力生长代谢参数评估生态渔业养殖模式下由鱼的排泄和排粪作用产生的污染负荷量及由生长增重存储在鱼体内的营养盐量。结果表明:汤逊湖天然鱼产力约为2975.49 t/a,生态渔业养殖模式下养殖密度可控制在29 g/m^(3)左右;排泄和排粪产生的营养盐氮、磷量分别为309.28、13.06 t/a,其中氮量高于鱼类生长增重存储的营养盐量(73.10 t/a),磷量低于鱼类生长增重存储的营养盐量(15.90 t/a)。生态渔业养殖产生一定量的内源污染物氮,但能削减水体中内源污染物磷,可作为控制湖泊富营养化的措施之一。

汤逊湖浮游生物群落结构变化的现状调查及分析

为掌握武汉市汤逊湖的生态状况以识别主要生态问题,2019年在汤逊湖湖区设置9个点位,监测分析浮游生物的群落结构变化和水质情况。结果表明,汤逊湖水体浮游植物群落总体构成中,鉴定出5门34种藻类,其中硅藻门8种、蓝藻门7种、绿藻门14种、隐藻门2种、裸藻门3种;共检出浮游动物2类14种,其中桡足类8种,枝角类6种。磷是影响汤逊湖浮游植物密度变化的最重要的环境因素。浮游动物对浮游植物的下行效应是影响内汤逊湖浮游植物生长最重要的生物因素。

基于高分遥感卫星影像的汤逊湖水质遥感反演

本文通过对2019年1月、8月高分二号、高分六号影像以及相应时期的实测水质数据,建立水质参数与最佳特征波段或波段组合的回归方程,对武汉汤逊湖的氨氮、总磷和化学需氧量进行遥感反演,并对3种水质参数进行综合评价,探讨各水质参数浓度的影响因素。结果表明:3种水质参数中反演精度高低依次为化学需氧量、总磷、氨氮;从水质综合评价结果来看,汤逊湖2019年1月综合水质状况要优于8月;根据水质参数反演结果,汤逊湖中部的水质状况总体优于沿岸水域。综上所述,通过遥感技术对汤逊湖进行水质反演,获取了相应时期3种水质参数浓度的空间分布数据,可为汤逊湖生态环境保护的研究和决策提供重要科学依据。

武汉市典型湖泊湿地生态系统健康评价——以汤逊湖为例

湿地生态系统健康评价是开展湿地资源保护与修复的重要前提和基础。从水环境、表层沉积物、生物、景观和社会5方面选取13个指标,构建湿地生态系统健康评价指标体系。基于该评价体系,运用遥感信息提取、实地采样、数据统计和问卷调查等手段,对武汉市典型湖泊湿地汤逊湖湿地开展了生态系统健康评价。结果表明,汤逊湖湿地生态系统综合健康指数为4.64,健康等级为中等。汤逊湖湖水总氮、总磷超标严重,湖区西南部及东北部湖汊存在水体多环芳烃中等致癌风险、表层沉积物重金属很强潜在生态风险和多环芳烃中等生态风险,生物多样性较低,上述评价指标受人为因素影响较大。

1980年以来5个时期汤逊湖湿地变化及驱动因素分析

汤逊湖曾是武汉市最大的原生生态湖,由于拦湖筑汊、开发过度、保护不力等因素影响,出现水体污染、环境恶化、功能退化等突出问题。以1980、1990、2000、2009、2019年五个不同年份和1998、2016、2020年三个洪水期的Landsat遥感影像为数据源,运用遥感影像分割、支持向量机提取方法,分析汤逊湖湿地时空分布特征与驱动因素。结果表明,与1980年相比,2019年人工湿地面积增加4.92 km^(2),湖泊湿地和沼泽湿地面积分别减少4.57、6.02 km^(2);人工湿地面积在洪水期减少,湖泊湿地面积在洪水期增加,1998年是三个洪水期(1998、2016、2020年)对汤逊湖湿地影响最大的年份。汤逊湖湿地变化的主要驱动因素为降雨、人口增长、土地利用变化和工程活动。

基于MIKE21模型的汤逊湖水质水量模拟研究

近年来,作为亚洲最大的城中湖的汤逊湖面临着湖内水质急剧恶化的困境,对周边居民生活和城市景观造成了一定负面影响,其水质已不能满足水功能区管理要求,因而,亟需针对汤逊湖流域开展水环境综合治理。调研了汤逊湖污染源现状,对比了汤逊湖水环境容量,并利用MIKE21FM组件进行了汤逊湖的水动力-水质耦合模拟汤逊湖水质现状,在此基础上论证了内水系连通方案下水动力的改善情况,以及实施污染减排方案后从东坝河调水和非调水情景对汤逊湖水质的影响。结果表明:内水系连通对改善湖体水动力有重要作用;仅进行污染物削减对全湖水质提升效果有限,而当从东坝河引水10 m^(3)/s、同步进行内源、外源污染物削减时,全湖Ⅲ类水区域面积显著增加。

武汉汤逊湖污水处理厂岩溶地质灾害的危险性评估

汤逊湖污水处理厂的建设用地从南至北可分为四带:1.裂隙岩溶含水层带;2.隔水层带;3.裂隙岩溶含水层带;4.隔水层带,其中裂隙岩溶含水层带常发育有溶洞,以南部为甚,其地质灾害危险性主要是岩溶和地面塌陷,具有武汉地区的典型特征。钻探和物探相结合是评估这类地质灾害的主要方法。

基于水环境改善的城市湖泊群河湖连通方案研究

河湖水系连通作为水资源调配、水生态修复与改善的重要手段,已成为江河湖泊治理工作的重点之一。河湖水系连通方案的选择和连通效应的评估直接关系到连通工程对湖泊水动力和水环境的改善效果,但目前缺乏对水系连通后河湖水动力和水质的综合评估体系。以汤逊湖湖泊群为研究对象,构建二维水动力水质数学模型,选取NH3-N、TN和TP作为水质指标,模拟不同连通方案下汤逊湖湖泊群的流场及水质变化情况,结合水动力、水质和经济社会三个方面的评价指标建立综合评价体系,对各连通方案下湖泊群的改善效果进行评估。研究结果表明:引水后湖泊水体流动性有了很大的改善,河湖连通工程能够在短时间内达到改善湖泊水质的目的,但随着引水时间的增长,改善率逐渐减小。通过对比五种连通方案发现,方案五对水动力和水质的改善都取得了最显著的效果,且能够带来最大的引水效益。

基于基尼系数的湖泊流域分区水污染物总量分配

从经济、社会和环境系统整体效益出发,将环境基尼系数应用于总量控制分配中,分别以人口和工业增加值等作为湖泊流域内基尼系数分配的指标,建立了一种定性与定量相结合描述湖泊流域分区水污染物排放总量分配的层次结构模型.该模型综合考虑了各项评价指标,以区域允许排污总量为基础,依据环境基尼系数调整各分区允许排污量的权重比,并依此比例在各分区间进行排污总量分配.同时,以汤逊湖流域为例,根据流域内经济、社会和环境系统的实际特点,以工业增加值为主要限制指标,调整分配方案,计算出该流域水污染物排放总量的分配结果.结果表明,本研究提出的分配方法,克服了等比例分配的不公平性,同时又兼顾了各分区间的实际差异,是一种较好的分配方法.

汤逊湖表层沉积物重金属污染与潜在生态风险评价

为了解汤逊湖沉积物重金属的污染特征、空间分布、潜在来源和生态风险,对汤逊湖表层沉积物重金属(As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和Ni)含量进行分析,采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对沉积物重金属污染现状和潜在生态风险程度进行评价,并利用相关性和主成分分析法解析重金属主要污染物的潜在来源.结果表明,除Cr外,其余重金属含量均高于其背景值.重金属含量存在显著性地域差异,湖泊西南角、东北角Hg、Cd、Zn和Cu元素含量较高,可能来自排污口废水排放、渔业和周围工农业活动等复合污染.地累积指数和潜在生态风险表明Hg和Cd处于偏中度污染,Cu、Pb和Zn处于无-轻度污染,As、Cr和Ni处于无污染状态;除Hg和Cd分别存在较重和重度的潜在生态风险外,其余元素均处于低风险水平.汤逊湖表层沉积物重金属整体表现为较重生态风险水平.

武汉市梁子湖-汤逊湖水系连通工程效果分析

为分析河湖水系连通工程的水质改善效果,选取武汉市汤逊湖作为城市浅水湖泊群的代表,以汤逊湖-梁子湖连通工程方案为对象,通过建立湖泊群水量-水质二维水动力水质模型,模拟分析了连通工程下汤逊湖的流场以及NH3-N、TN、TP的浓度空间分布,以探究连通对湖泊群水动力水质影响的规律和效果.结果表明：水量-水质二维模型适用性好,水网连通方案下湖区水体的置换效率高,能有效改善水生态环境,可为武汉市水网连通工程和湖泊生态修复提供决策依据.