黄河小浪底水库水沙调控对DOC输送的影响

于2011年11月至2012年10月在黄河中游的三门峡、小浪底和花园口3个水文站进行每月1次的周期性采样观测以及在调水调沙期间进行连续采样观测,分析了小浪底水库水沙调控对溶解有机碳(DOC)输送的影响.结果表明,在小浪底水库和三门峡水库正常调度期间,三门峡站、小浪底站和花园口站的DOC含量分别为1.97~2.71 mg·L-1、1.87~2.76 mg·L-1和2.07~2.93 mg·L-1,并且均有明显的季节变化;在调水调沙期间,三门峡站、小浪底站和花园口站的DOC含量分别为2.14~3.32 mg·L-1、2.21~2.84 mg·L-1和2.11~2.84 mg·L-1,并且水库排沙阶段的DOC含量明显高于水库泄水阶段的DOC含量.无论是在水库正常调度期间还是在调水调沙期间,DOC含量与TSS含量及流量均没有表现出显著的相关性,而在水库正常调度期间DOC含量与水温呈现显著的正相关关系.11月~次年3月三门峡站和小浪底站的DOC输送量比较接近,4~7月三门峡的DOC输送量明显低于小浪底站,而8~10月三门峡站的DOC输送量又明显高于小浪底站,表明小浪底水库在8~10月大量拦蓄DOC,而在4~7月又将拦蓄下来的DOC排出水库.三门峡站、小浪底站和花园口站DOC年输送量分别为8.6×1010、9.0×1010和9.7×1010g,其中三门峡站9月DOC输送量最多,约占全年DOC输送量的22.0%,小浪底站6月DOC输送量最多,约占全年DOC输送量的17.6%,花园口站7月DOC输送量最多,约占全年DOC输送量的16.7%.在2012年调水调沙期间小浪底站和花园口站的DOC输送量占全年DOC输送量的比例分别为14.7%和13.8%,而三门峡站DOC输送量仅占全年DOC输送量的3.6%.     

小浪底水库水沙调控影响下的黄河POC输送特征研究

于2011年11月—2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样观测并结合同期水文资料,研究了在小浪底水库水沙调控影响下黄河颗粒有机碳(POC)的输送规律.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站和花园口站POC含量分别为0.37~0.65 mg·L-1和1.88~6.47 mg·L-1,小浪底站POC含量明显低于同期的花园口站.在小浪底水库调水调沙期间,小浪底站和花园口站的POC含量分别为0.43~693.75 mg·L-1和6.97~210.65 mg·L-1,在水库泄水阶段小浪底站POC含量明显低于花园口站,而在水库排沙阶段小浪底站POC含量又明显高于花园口站.小浪底站和花园口站全年POC输送量分别为53.2万t和49.2万t,其中,7—8月POC输送量最多,小浪底站7—8月POC输送量占全年POC输送量的97.5%,花园口站7—8月POC输送量占全年POC输送量的78.2%.小浪底水库"水沙调控"对黄河POC输送的影响明显不同于其他河流上的水库,它不仅拦蓄上游输送的POC,而在特定时间又将拦蓄水库中的POC大量排出水库.     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09~28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb为0.8367~0.8481,²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb为2.0839~2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.     

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09～28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素207Pb/206Pb为0.8367～0.8481,208Pb/206Pb为2.0839～2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.     

调水调沙对黄河下游颗粒有机碳输运的影响

流域内各种自然过程及人为活动对河流有机碳的输运都会产生影响,而正确认识河流有机碳的输运过程是全球碳循环研究的重要方面.于2012年调水调沙期间(6月19日至7月20日)在黄河利津采集了表层悬浮颗粒物,进行了粒度组成、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)及其稳定同位素丰度(δ13C)等参数的分析,用来研究调水调沙期间POC的来源、组成和丰度的变化规律与影响因素.结果表明,2012年黄河调水调沙可以根据径流量和输沙量的变化分为排水和排沙两个阶段,这两个阶段黄河水沙及POC和δ13C的变化,体现了调水调沙对颗粒物及其赋存有机碳来源的影响.排水阶段径流量高达4 270 m3·s-1,下游河道被冲刷,使底层泥沙再悬浮,因此这一阶段颗粒物粒径较粗(平均中值粒径13.9μm),有机碳含量较低(平均0.38%),δ13C偏正且稳定(-24.2‰±0.3‰),可能与底层泥沙中POC年龄较老、降解程度高有关;排沙阶段含沙量大(可达17.8 kg·m-3),颗粒物较细(平均中值粒径5.9μm),有机碳含量较高(平均0.50%),δ13C偏负且波动较大(-24.8‰±0.6‰),这与颗粒物主要来自上游水库和下游暴雨冲刷河岸,POC相对新鲜有关.2012年调水调沙期间POC日通量与输沙量的变化一致,总输送量约为1.13×105t,占全年POC输送量的12%.与往年相比,2012年黄河调水调沙时期径流量增大,但输沙量和POC通量有所减小.由此可见,调水调沙对黄河颗粒有机碳的输运有重要影响,而颗粒有机碳在调水调沙期间不同阶段也有明显不同的来源、组成和输运模式.     

调水调沙对黄河口及邻近海域溶存甲烷的影响

于黄河第9次调水调沙期间在黄河下游垦利站开展调查,分析了调水调沙对黄河溶存甲烷浓度分布及黄河甲烷年入海通量的影响.于2009年6~7月黄河调水调沙前、中、后期对黄河口及邻近海域开展调查,探讨了调水调沙对黄河口甲烷分布的影响.结果表明:调水调沙期间黄河垦利站甲烷浓度变化范围为9.89~205.34nmol/L,与径流量和悬沙含量呈正相关,表明甲烷主要来源于河床底层浮泥的释放.调水调沙期间黄河向渤海输送的甲烷约为2.2×105mol,约占2009年黄河向渤海输送甲烷总量的50%,调水调沙对甲烷输送通量在年内的分配有较大影响.黄河口及其邻近海域的三次调查结果显示甲烷浓度范围为3.71~37.77nmol/L,受黄河冲淡水影响较大.据估算黄河口甲烷的饱和度为(649.7±292.1)%,黄河口及其邻近海域是大气甲烷的净源.     

调水调沙对黄河下游营养盐变化规律的影响

根据黄河首次调水调沙期间(2002年7月)和2002年在黄河利津站对营养盐的月际观测结果,系统分析了2002年黄河首次调水调沙期间黄河利津站和全年溶解无机态营养盐的变化,讨论了营养盐与水情要素之间的相互关系,计算了调水调沙期间及全年营养盐入海通量,并和历史资料作了比较.结果表明,调水调沙期间NO_3~-N、NO_2~--N、NH_4~+-N浓度的变化范围分别为169.3～273.2、 0.08～0.84、 1.39～5.04 μmol·dm~(-3),平均浓度分别为218.6、 0.16、 2.27 μmol·dm~(-3);PO_4~(3-)-P、 SiO_3~(2-)-Si浓度的变化范围为0.36～0.56、 161.4～195.8 μmol·dm～-3,平均浓度分别为0.48、 166.7 μmol·dm~(-3).在调水调沙期间,NO_3~--N浓度与水量无显著相关性,PO_4~(3-)-P浓度与水沙均无显著相关性,而SiO_3~(2-)-Si浓度与沙量呈显著正相关.与历史资料相比,调水调沙对黄河下游溶解态无机营养盐浓度在全年的变化规律并无明显影响.但黄河首次调水调沙短短不到一个月的时间,所输送的营养盐通量便占到当年输送通量的一半左右.调水调沙对营养盐输送通量在年内的分配产生重大影响,使得黄河营养盐向河口的输送非常集中.     

滨河湿地地下水水位变化及其与河水响应关系研究

滨河湿地的发育与退化过程受河流水文过程的显著影响.以黄河湿地国家自然保护区盂津湿地为研究对象,通过滨河湿地地下水位变化(特刖是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了滨河湿地地下水水位与洪水的响应关系.结果表明,滨河湿地地下水位受河水水位影响显著,地下水位的波动幅度与河岸距离之间存在明显的负指数关系,调水期内这...     

2008年调水调沙期间黄河下游悬浮颗粒物中磷的赋存形态

2008年调水调沙期间在黄河利津采集悬浮颗粒物样品,并采用水淘选法对样品进行了粒径分级,应用改进后的SEDEX法对颗粒物中磷的赋存形态进行了分析.结果表明,自生磷灰石磷和有机磷是调水调沙期间黄河悬浮颗粒物中磷的主要赋存形态;调水调沙期间悬浮颗粒物中总磷、弱吸附态磷、有机磷和非活性有机磷的含量低于非调水调沙时期,而碎屑磷...     

长江水体多氯联苯和有机氯农药污染特征与通量研究

河流作为陆源持久性有机污染物(POPs)进入海洋的重要途径,其POPs污染问题备受关注. 为了解我国“十三五”时期长江水体多氯联苯(PCBs)和有机氯农药(OCPs)的污染特征,以2017年11月—2018年11月在长江大通站采集的表层水为研究对象,利用气相色谱-三重四级杆串联质谱仪(GC-MS/MS)测定水体中溶解态、颗粒态PCBs和OCPs的浓度,分析水体中溶解态、颗粒态PCBs和OCPs的污染特征,通过化合物组成特征和比值揭示水体中PCBs、OCPs的来源,估算输出通量,并从污染物浓度、年径流量及输沙量三方面加以比较. 结果表明:大通站水体中溶解态∑₄₁PCBs和∑₉OCPs浓度范围分别为0.059~0.29和0.21~0.52 ng/L,颗粒态∑₄₁PCBs和∑₉OCPs浓度范围分别为0.26~0.88和0.34~0.89 ng/L. 六六六(HCHs)、滴滴涕(DDTs)和氯丹(CHLs)均以历史使用残留为主,而PCBs存在新的输入. PCBs、HCHs和DDTs的总输出通量(溶解态+颗粒态)分别为0.57、0.35和0.29 t/a,远低于其他学者于2009—2015年得到的长江入海PCBs、HCHs和DDTs的年均通量. 研究显示,大通站水体中溶解态、颗粒态PCBs和OCPs的污染特征不同,大通站相对较低的PCBs、HCHs和DDTs的输出通量与长江流域过去10年污染物浓度、年径流量和输沙量的整体降低直接相关,溶解态PCBs、HCHs和DDTs浓度显著降低是重要因素. 研究结果反映了我国“十三五”期间提出的长江经济带“共抓大保护,不搞大开发”和近20年坚持履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的重要成效. 今后应重点关注大通以下至长江河口的污染物跨介质分配和交换通量,以系统揭示长江输出POPs在区域污染物“源汇”关系中扮演的角色.      

基于SCS模型的跨界小流域物质通量估算

为研究无观察资料跨界小流域的降雨－径流过程,物质通量及生态补偿问题,采用SCS(Soil Conservation Service)模型计算东莞石马河流域的月径流量,通过分析不同断面水样化学指标并结合径流量,估算了2012年石马河主要物质通量以及不同行政区污染物贡献百分比.结果表明,石马河流域最大月径流量出现在2008年6月,为9.12×108m3,最小值为8.61×106m3;不同时期的流域水质污染类型差异显著,2012年2月的水样重金属Mn、Zn、Cu和Fe的浓度范围分别为0.38~0.75、0.09~0.49、n.d.~0.09和0.55~9.86mg/L,6和11月则受N和P的污染,TN和TP浓度范围分别为6.66~30.05mg/L和0.05~2.49mg/L;2012年石马河重金属、N和P通量为318.16、12029和203.35t;在3次调查中,行政区对石马河N和P贡献率为惠州(59.78%和45.22%)>东莞(35.50%和38.92%)>深圳(4.71%和15.86%),重金属平均贡献率的排序为东莞(43.90%)>惠州(42.57%)>深圳(13.52%).     

官厅水库沉积物中大量元素的历史分布特征

以官厅水库沉积物为研究对象,建立年代序列,解析有机质及TOC、TN、TS的含量和沉积通量的年变化,探明官厅水库大量元素的历史沉积特征.结果表明:采用210Pb和137Cs测定官厅水库线性沉积速率分别为0.33 cm·a-1和0.32 cm·a-1,累积质量沉积速率从1954年水库建成后缓慢递增到1980年左右的0.156 g·cm-2·a-1,之后递减至当前的0.090 g·cm-2·a-1.沉积物中有机质含量为36.8~100.7 g·kg-1,在水库南部库区略高;有机质沉积通量在时间尺度上随年代呈先增加后减少,与沉积物沉积速率年变化趋势相似.沉积物中TOC含量为1.18%~7.83%,TN含量为0.04%~0.73%,TS含量为0.07%~0.50%.TOC和TN的沉积通量在20世纪90年代左右出现峰值,而TS沉积通量呈逐渐下降趋势.总体而言,官厅水库沉积物中C、N、S等大量元素呈连续分布,其沉积通量主要受沉积速率影响,颗粒物沉积过程可能在污染物迁移转化中扮演重要角色.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

大亚湾滨海湿地沉积物间隙水无机氮分布特征及其沉积物-水界面交换通量

为探讨大亚湾滨海湿地沉积物间隙水中无机氮的时空分布规律及其环境效应,于2017年3月（枯水期）和8月（丰水期）分别采集了大亚湾湿地3个断面的沉积柱,测定了间隙水中无机氮含量并对其在沉积物-水界面交换进行了实验室培养实验。结果发现,滨海湿地近岸上覆水中氮营养盐含量远高于大亚湾水体平均值,说明近岸人类活动对湿地生态系统中氮含量的影响较为严重,河流输送是其来源的主要途径。间隙水中NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均含量分别为:770.60、7.63和7.39 μmol/L,其中NH₄-N是DIN的主要组分,约占DIN的85.82%~99.67%。室内培养实验发现,NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的界面交换通量平均值分别为0.09、-0.18和0.36 mmol/（m2·d）,不同断面下DIN的交换速率存在明显差异。整体上,DIN的交换通量在枯水期约为0.41 mmol/（m2·d）,湿地沉积物表现为上覆水DIN的源;而丰水期沉积物则成为DIN的汇,其平均通量约为-0.23 mmol/（m2·d）。对照实验结果表明,灭菌之后NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均交换通量均有所降低,相比于原始组分别降低了76.5%、23.7%和50.3%,说明微生物在氮的转化中起到了非常重要的作用。     

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.     

高州水库沉积物中总氮与总磷的分布特征研究

为掌握高州水库沉积物中氮磷时空分布特征,于2010年至2012年对高州水库良德和石骨库区及入库河口沉积物TN、TP进行调查与分析,结果表明:高州水库沉积物中TN、TP污染严重且空间分布差异明显,TN含量变化范围为780 mg/kg~2 033 mg/kg,均值为1 392 mg/kg,TP含量变化范围为338 mg/kg~726 mg/kg,均值为492 mg/kg,TN、TP含量分布规律均呈现良德库区石骨库区入库河口,TN、TP垂向分布含量随沉积深度的增加而递减,呈现表层富集现象,TN、TP含量有逐年增加的趋势。