巢湖流域杭埠河水量模拟数学模型研究

杭埠河是入巢湖最大河流,掌握其水量变化是巢湖流域综合管理的基础。针对杭埠河复杂的流域地貌和工情特征,采用水文水动力耦合模拟的方法构建了杭埠河水量模拟数学模型。流域产流以陆面下垫面类型为基础逐栅格分布式计算,各单元产流按照流程汇集至子流域出口。河道水流动力演算采用运动波方程来计算,通过源项实现水文过程与水动力的耦合连接。典型洪水年2016年水雨情过程模拟表明,建立的模型能够可靠捕捉河流洪峰过程,复演杭埠河入湖的水量时空动态变化。

城市河流生态补水对水质影响研究

城市河流污染负荷高,枯水期基流短缺问题严重,生态补水是改善其水质的重要手段。为明确城市河道水质提升与生态补水水质水量间的响应关系,文章以南淝河为对象,基于一维水动力-水质耦合模型,提出了采用蒙特卡洛随机采样方法构建多情景工况开展生态补水分析的方法,并用于南淝河干流水质与不同补水工况、上游来水水质和水量的响应关系分析。研究表明:补水引入的优质水源可有效降低南淝河干流及入湖的氮磷浓度。由于下游沿河污染和支流的汇入,补水改善水质的影响从上游向下游逐渐减弱。干流水质浓度与补水水质呈比较一致的线性关系。在后续补水过程中应注重保障进入南淝河的水质。

巢湖流域山水林田湖草生态保护和修复

针对江湖阻隔出现生态退化、围湖造田加快湿地萎缩、山林破损导致生态失衡、农业面源污染加大生态修复压力及城镇扩张威胁水生态安全等生态环境问题,围绕“安澜巢湖、碧水巢湖、生态巢湖、美丽巢湖”的生态保护和修复目标,从巢湖生态系统整体性和流域系统性角度,提出了引调水源和水力调控、退垦还湿和修复湿地、矿山修复和生态涵养林、节水养田和结构调整、治河清源和空间管控等工程措施,以促进流域生态格局不断优化,生态系统服务功能稳步提升,有效保障巢湖水质稳定达到Ⅳ类,营养状态指数小于55,鱼类生物量增加大于10%。巢湖山水林田湖草一体化保护和修复实施方案提出的“污染治理—生态修复—综合管控”技术路线和模式,对于类似湖泊保护和修复在总体推进思路与治理措施优先级安排等方面具有参考和借鉴价值。

2017-2020年巢湖健康状况综合评价研究

开展湖泊生态系统健康状况评价,有助于科学认识湖泊生态系统当前存在的问题与变化趋势,是促进湖泊保护有的放矢的重要手段。本文以我国巢湖为研究对象,在借鉴湖泊健康综合评价相关方法基础之上,结合巢湖特点从物理结构、水环境、水生态、服务功能四个方面构建了巢湖健康状况评价指标体系,评价了2017-2020年巢湖健康状况。结果表明,2017-2020年巢湖物理结构处于健康状况,且有逐年好转的趋势;水环境在波动中有所好转,但均处于亚健康水平,主要因为综合营养状态指数高、底质污染、蓝藻水华频发等;水生态均处于不健康状态,主要影响因素为浮游植物多样性低、水生植物覆盖度低、鱼类保有指数低等;巢湖服务功能为优。巢湖健康状况综合评价为52.5分~56.6分,处于亚健康水平。提升入湖水质达标率、减轻外源输入、控制巢湖底泥内源污染、恢复巢湖水生植被覆盖面积,防控大规模蓝藻水华发生是促进巢湖生态系统健康发展的关键。

巢湖流域氮磷污染研究分析

巢湖流域属长江下游重要水系,是我国重点关注的“三河三湖”之一。自20世纪70年代以来,巢湖的富营养化问题逐渐引起国家和地方政府的关注。经过持续不断的研究治理,20世纪90年代后巢湖水体的氮、磷浓度开始逐步下降。2022年,巢湖湖体平均水质达到Ⅳ类,水质状况为轻度污染,水环境状况进一步好转,但营养盐浓度仍处于较高水平,仍有蓝藻暴发的风险。

安徽省某化工厂土壤重金属污染现状与评价

本研究针对安徽省中南部某化工厂污染现场土壤中重金属的污染情况,采集28个土壤样品,并对其中的汞、砷、铜、镉、铅进行了测定。结果表明,这一遗留地块内土壤重金属中的汞、砷、铜、镉和铅,分别达到平均含量为0.32,11.29,36.25,0.37,27.10 mg·kg^(-1);依据单因子污染指数及内梅罗综合指数分析结果,五类重金属的危害性等级大小顺序为:汞>镉>铜>砷>铅;采用潜在生态风险指数法评价表明:土壤重金属的RI均值441.5,Hg、Cd分别属于较强生态危害、强生态危害,剩下三个则属于轻微生态危害,各重金属的潜在生态风险指数依次为汞>镉>砷>铜>铅,而汞的作用是最主要的。

典型农村小流域磷营养输移模拟研究

磷是湖泊水体富营养化的关键元素之一。农村小流域作为农业生产和生活污水的排放区域,磷的输出过程仍不清晰,难以量化。以直接入巢湖的小流域烔炀河流域为研究对象,结合流域自然汇水特征和行政区划划定了24个子流域网格单元,细化建立了以子流域为基本单元、以水量过程为基础驱动的流域磷营养输移数学模型。基于实测流量和自动站总磷浓度的过程对比检验表明,数学模型可以合理地模拟降水驱动下的小流域水量和磷营养变化过程,为量化流域磷营养的输出负荷、明确其关键来源和路径提供了科学工具。

巢湖流域土地利用动态监测研究

本文基于2010和2019年两期巢湖流域高分遥感影像,开展土地利用动态监测研究,分析巢湖流域土地利用类型变化情况。运用遥感解译技术、土地利用类型转移矩阵和土地利用动态度,将土地利用类型分为耕地、林地、水域、居民点及工矿用地、草地、其他用地六类,研究巢湖流域土地利用结构和变化趋势。研究表明:巢湖流域土地利用类型以耕地、林地为主;从2010—2019年,巢湖流域耕地、居民点及工矿用地变化较大,草地变化较小;从2010—2019年,其他用地动态度变化较大,水域动态度变化较小。

1962—2019年巢湖流域土地利用变化遥感监测及驱动因素分析

为掌握巢湖流域土地利用类型变化及驱动因素,给巢湖流域生态环境保护和产业发展规划提供参考,基于1962—2019年巢湖流域10期遥感影像,解译了耕地、林草及未利用土地、水域、建设用地4种土地利用类型,分析了巢湖流域近60年来土地利用类型变化和转移情况,重点探讨了改革开放后不同年份农业联产承包责任制、城镇化、生态恢复等因素对流域土地利用变化的影响。结果表明:建设用地面积逐年增加,耕地、水域面积逐年减少。城镇扩张、生态恢复、农业开发是影响巢湖流域土地利用变化的3个主要驱动因素。

巢湖后生浮游动物群落及不同湖区营养状态评价

为了给巢湖水质管理及富营养化防治提供科学依据,根据水系特征,在巢湖东、西湖区湖心、裕溪河出湖口、丰乐河、派河和南淝河共设置8个采样点,2013年12月至2014年11月共采样12次,分别代表冬季(12月-次年2月)、春季(3-5月)、夏季(6-8月)和秋季(9-11月),对巢湖水体理化指标和后生浮游动物(枝角类、桡足类、轮虫)群落进行逐月周年调查。基于叶绿素(Chl-a)、总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD_(Mn))、透明度(SD)等水体理化因子,运用综合营养状态指数(TLI)和生物多样性指数,对不同湖区受污染程度和营养状态进行综合评价。结果显示,巢湖共检出后生浮游动物42种(属),优势种矩形龟甲轮虫(Keratella quadrata)、萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)为富营养化水体或有机质较多水体的常见种,不同季节的优势种存在较大差异;总体上,后生浮游动物全年平均丰度371.6个/L(191.5~600.0个/L)和全年平均生物量3.0 mg/L(2.0~4.6 mg/L)均呈现西半湖高于东半湖、夏秋季高于冬春季的时空分布特点;其群落结构也存在显著的季节差异和空间差异,矩形龟甲轮虫、萼花臂尾轮虫等是造成差异的主要种类。水温(WT)和Chl-a是影响枝角类丰度的重要因子,桡足类丰度与WT呈显著正相关,而轮虫丰度受TLI(∑)指数的显著影响。TLI(∑)指数均值为58.41(52.18~66.28),指示巢湖总体处于轻度至中度富营养化状态。Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数表明,巢湖总体处于中度污染状态,不同湖区水体具有明显的不均衡性。

2010—2021年巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及驱动因素分析

为了解巢湖蓝藻水华暴发的动态变化规律及其影响因素,基于2010—2021年巢湖水华暴发面积、频次、藻密度及叶绿体a含量,分析了巢湖近10年蓝藻水华暴发的动态变化规律。结果表明,巢湖蓝藻在每年4—9月增殖较快,巢湖蓝藻水华暴发面积在2010—2018年呈上升趋势,2018年达434 km2,为巢湖蓝藻水华暴发的拐点,此后水华面积下降。2017—2021年巢湖藻密度稳中有降,水华面积呈下降趋势,但水华暴发频次未见减少。基于近10年巢湖营养盐浓度、气温、水位、降雨量、日照时数数据与蓝藻水华暴发面积的相关分析表明,氮、磷营养盐是诱发巢湖藻类增殖的主要原因,气温、降雨量、日照时数、水位等气象水文因子为巢湖蓝藻水华暴发的驱动因素。

基于水量平衡的分洪河流系统治理措施效益评估研究

科学评估中小河流分洪工程系统治理效益至关重要。基于水量平衡原理提出了分洪河流系统治理措施效益评估方法,并以巢湖流域牛屯河为例,分析了2020年梅雨期牛屯河系统治理工程实施前后巢湖流域通过牛屯河有效外排水量变化情况,结合流域经济社会实际情况,估算了工程的抗洪减灾效益。结果显示牛屯河系统治理工程实施后,可减小巢湖闸上、裕溪河流域破圩面积分别为0.27万hm^(2)和0.15万hm^(2),减小洪涝灾害损失约6.57亿元。研究表明,基于增加安全泄量和提高堤防防洪标准的中小河流分洪工程系统治理措施可以有效降低洪水损失,形成良好分洪效益,并为分洪河流系统治理措施研究提供新的思路。

巢湖水体中浊度与营养盐参数的相关性分析

巢湖是典型的浅水型富营养化湖泊,每年4-10月份蓝藻易暴发。巢湖流域夏季常见雷雨大风天气,受台风或台风外围云系影响时,巢湖水体扰动明显,浊度和水质监测数据波动较大。根据水质自动监测及人工监测数据分析,巢湖水体中浊度与高锰酸盐指数及总磷浓度呈明显正相关,与总氮无明显相关性。

浅谈巢湖流域 山水林田湖草沙一体化保护和修复工程

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央系统谋划生态文明体制改革,一体化治理山水林田湖草沙。为落实习近平生态文明思想,推动绿色发展,促进人与自然和谐共生,安徽省人大常委会及时修订了《巢湖流域水污染防治条例》,已于2020年3月1日起施行。2021年2月,财政部办公厅、自然资源部办公厅、生态环境部办公厅印发《关于组织申报中央财政支持山水林田湖草沙一体化保护和修复工程项目的通知》。

巢湖入湖河流不同污染物对降雨的响应关系分析

降雨是河湖水质波动的影响因素之一,为探究长时间干旱少雨情况下,一段时间的持续性降雨对主要入湖河流水质的影响,依据2019年度巢湖主要入湖河流的水质逐月监测数据,选取南淝河与杭埠河两个不同污染结构河流,结合国家水质自动监测站逐日监测数据与雨量站降雨日数均值,通过数据统计图表分析,对巢湖及入湖河流水质进行现状分析。研究结果显示:由于2019年的持续干旱,地表蓄积的氮、磷污染物极易在强降雨冲刷下随径流大量进入湖体,使湖区水质突发性下降和氮磷营养盐升高。降雨对流域内水体总磷的影响较为明显,对总氮的影响不大,但对城市河流的氨氮影响显著。

冬季节制闸调控对巢湖水质影响评估

厘清湖泊大型节制闸工程冬季不同调控对湖泊水质时空分布格局变化的影响,对于科学提升湖泊水环境质量、保障供水安全和提高工程综合效益具有重大意义。利用巢湖数字流场平台,以2020年冬季巢湖高水位为背景,模拟了巢湖闸稳定泄流、分时段泄流和综合泄流三种调控方案下巢湖总氮、总磷、氨氮和藻类生物量的响应特征和后续效应。结果表明:不同泄流方案可降低巢湖全湖氨氮和西半湖总氮、总磷浓度,但会造成中东部湖区总氮和总磷浓度,以及全湖藻类生物量的上升;稳定泄流方案影响最为明显,该方案下全湖氨氮浓度平均下降4.13%,藻类生物量平均上升6.59%。开闸泄流有利于缩减湖体氮、磷、藻的总存量,有利于后期较大水时巢湖总磷、总氮浓度的控制。

中山杉消纳湿地土壤及水体中氮磷的效果分析

为探究中山杉对湿地土壤及水体中氮磷消纳的效果,本研究在C湖湿地中山杉种植区和对照区设置采样点,分别采集土壤、周边水体及中山杉植株样品,测定其氮磷含量,分析植株—土壤—水体系统中氮磷变化规律。结果表明,中山杉对土壤中硝铵态氮和有效磷均具有一定吸收作用,其中种植区土壤中的硝铵态氮和有效磷含量均低于对照区;中山杉对水体中氮磷具有一定消纳作用,其种植区周边水样中总氮、总磷含量呈现波动变化,总体呈逐渐下降趋势;中山杉植株不同部位的总氮、总磷含量存在差异,总体表现为树干>树根>树枝。该研究结果为富营养化湖泊生态环境的治理和改善提供参考。

巢湖蓝藻水华监测预警与模拟分析平台设计与实践

近20年来,巢湖蓝藻水华频繁暴发,对流域内居民生活和社会生产产生了严重影响.由于缺乏蓝藻水华全方位监测、高精度模拟和智能化分析手段,传统方法难以实现“现状掌握、异常识别、原因追溯、未来模拟”的目标,无法满足巢湖蓝藻水华科学防控与应急处置的要求,蓝藻水华引起的突发事件随时可能发生.本文针对巢湖蓝藻水华的全面监测和应急决策问题,整合了卫星遥感、无人机监测、视频监控、浮标监测和人工巡测手段,构建了巢湖水质和水华全方位监测网络;结合巢湖水动力-水质-藻类耦合模拟模型,研制了蓝藻水华预测预警和蓝藻水华暴发应急处置模块,实现了蓝藻水华短期(未来2日逐时)和长期(未来7日逐日)模拟,并实现了未来5日蓝藻水华沿岸堆积模拟.最终,通过集成巢湖水质和水华监测、预测预警、应急处置等模块,研发了巢湖蓝藻水华监测预警与模拟分析平台,实现了全湖水质和水华现状迅速掌握、超标信息自动识别与高精度预测预警、沿岸重点区域水华堆积风险评估等功能,为巢湖蓝藻水华的科学防控和应急处置提供了科学依据和数据支撑.

巢湖典型农村流域面源氮磷污染模拟及来源解析

为探究巢湖典型农村流域面源氮磷污染特征及来源,以巢湖北岸烔炀河流域为对象,基于2018—2020年监测数据和流域污染源调查数据,采用改进的输出系数法,模拟了该典型流域氮磷污染输出时空变化。结果表明:2018—2020年烔炀河流域面源污染氮、磷输出平均值分别为(261.33±173.87)t·a^(-1)和(11.03±9.98)t·a^(-1),水雨情条件大幅改变造成污染输出的年际差异显著。源头子流域为流域面源污染总量的首要贡献者,炀河源头子流域的总氮年均输出[(32.76±21.80)t·a^(-1)]和烔河源头子流域总磷年均输出[(1.81±1.64)t·a^(-1)]最高;生活污水和土地利用的氮磷输出在炀河源头子流域最高,畜禽养殖的最高氮磷输出位于烔河源头子流域。农田对全流域面源总氮和总磷污染输出的贡献分别高达81%和52%,化肥施用强度高依然是农村流域面源污染的核心问题。流域污染组成结构的高度异质性表明农村流域面源污染防控应抓住重点,且分区、分类施策。

GPM IMERGE卫星遥感降水数据在巢湖流域的精度评价

以处于湿润区的巢湖流域为研究区,利用120个地面站点2016年1月至2017年2月的实测降水数据,评估了GPM IMERGE降水数据在研究区的适用性和分布规律。结果显示:(1)GPM产品对巢湖流域降水的估测能力总体较高。日尺度上,GPM产品均表现出较高的线性相关性(R>0.78)和较低的均方根误差(RMSE<8.62 mm),但对降水存在一定程度的高估(BIAS>9.52%)。在季节尺度上,GPM数据与地面站点数据在夏季相关性最高(R>0.8),但均方根误差也最高(RMSE>13.8 mm)。(2)降水强度对GPM产品的探测精度存在影响,降水强度过低(0.1 mm/d)或过高(50 mm/d)对GPM的探测能力均有削弱。(3)流域中部GPM数据和地面站点降水量的相关性较边缘更高;准实时产品在流域西南部绝对误差较大,但经地面站点校正后的GPM-F产品在流域内绝对误差分布较平均;流域内多数站点的GPM数据高估了降水。(4)相比准实时产品,经地面站点校正的GPM-F产品在秋冬季和高强度降水中的精度较准实时GPM-E和GPM-L产品均有提升,但导致了更严重的高估情况。因此,在选择GPM产品进行流域降水分析及水文模拟时,应结合时效性要求、研究的时间尺度和降水强度等条件综合考量,并在研究流域做适当精度评估后选用。