近40年来长江干流水质变化研究

为掌握长江水质状况及其变化趋势,开展1981—2019年长江干流水质变化特征研究.系统总结了39年间长江干流地表水环境监测情况,以COD_Mn、NH₃-N和TP为研究因子,探讨了长江干流水环境质量变化规律;同时,选取有连续监测结果的断面,分析了长江上游、中游和下游不同断面近40年来的水质变化特征.结果表明:①1981—2019年,我国水环境监测迅速发展,长江干流水环境质量监测在监测点位、监测频次、监测项目和水环境质量等方面都发生了较大变化.②长江干流地表水水质总体相对较好,上游水质好于中下游,上游水体中ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均低于中下游.③1981—2005年各江段ρ(COD_Mn)和ρ(NH₃-N)年均值变化特征不同,在2006年之后大体呈逐渐降低的变化趋势.④2006年以来,长江干流水质呈好转态势,水体中ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均呈逐年下降趋势.⑤近年来,长江干流断面中TP的污染程度高于COD_Mn和NH₃-N,应引起重视.研究显示,政府的相关管理措施对长江干流水质改善具有正面推动作用,极大改善了长江流域总体水质,也促进了长江干流水质的进一步好转.      

晋江金鸡闸断面面源污染负荷及水质敏感期的确定

晋江金鸡闸断面是泉州市重要饮用水取水口断面,其水质安全对实现区域经济社会发展具有重要意义. 以晋江金鸡闸断面水文水质监测资料为基础,借助水文统计及降雨径流与面源污染关系分析,提出确定不同水平年典型污染物质量浓度年际及年内变化的方法,进而确定面源污染负荷和水质敏感期. 结果表明:从枯水年到丰水年,COD_Mn、NH₃-N、TP的面源污染贡献率随降雨径流量的增多而增大,分别为30%~74%、53%~61%、39%~62%;ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的年均值随降雨径流量的增大而减小,ρ(COD_Mn)与降雨径流量关系不密切. 在丰水年、偏丰年及平水年ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)、ρ(TP)的年均值变化均较小,而在偏枯年和枯水年变化较大;三者年内变化规律相近,ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的峰值一般出现在3月、4月,并且峰值大小与年降雨径流量呈反势,ρ(COD_Mn)峰值及与年降雨径流量关系不明显. 除3月、4月外,ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)大多达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准限值,而ρ(TP)基本达到Ⅲ类水质标准限值.      

蒲河致嗅类VOSCs污染水平与空间分布及其影响因素

为研究蒲河中致嗅类VOSCs(挥发性有机硫化物)的污染水平、空间分布及其影响因素,采用吹扫捕集(P&T)与气相色谱(GC)/火焰光度检测器(FPD)联用方法,测定水样中14种致嗅类VOSCs的质量浓度,采用相关性分析确定水质因子〔ρ(DO)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Cr)、ρ(BOD₅)〕对ρ(∑VOSCs)空间分布的影响. 结果表明:所调查的27个采样点中各目标化合物均有检出,ρ(∑VOSCs)的范围为85.82~1 766.04 ng/L;DMS(甲硫醚)为最主要的污染物,ρ(DMS)平均值为114.29 ng/L,检出率为96.30%,变异系数为0.42. ρ(DO)与ρ(∑VOSCs)显著相关,Pearson相关系数为-0.751,对ρ(∑VOSCs)的空间分布影响最大;其次是ρ(NH₃-N),Pearson相关系数为0.441;ρ(COD_Cr)和ρ(BOD₅)与ρ(∑VOSCs)不相关.      

丹江口库区土地利用格局与水质响应关系

为探究山地丘陵地区不同土地利用类型对流域水质的影响,利用2014年丹江口库区流域Landsat 8遥感影像数据(分辨率为30 m)和14条入库河流的水质数据,以库区14个小流域为基本研究单元,采用流域分割和多元统计分析相结合的方法研究土地利用类型对入湖河流水质的影响.结果表明:丹江口库区14条直接入库河流ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TP)年均值分别为14.98、4.06、1.32和0.17 mg/L,可将其划分为3组,即清水保育型、轻污染防控型和重污染治理型,各组之间的显著性差异指标为ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TN)和ρ(TP).冗余分析显示,建设用地对14条主要入库河流水质指标的影响最大,尤其是对重污染河流ρ(TN)、ρ(COD_Cr)和ρ(COD_Mn)的影响较大,应划为蓝线优化开发区;耕地对清水保育型和轻污染防控型河流ρ(TN)和ρ(TP)的影响较大,并且对ρ(TN)的影响大于ρ(TP),划为黄线控制区;林地有助于削减水体污染物,是流域主要清水产流区,划为红线保护区.      

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

高原环境下不同填充比对A/O-MBBR工艺脱氮除磷的影响

基于高原环境下,针对A/O-MBBR工艺探究了不同填充比下BOD₅、NH₃-N、TN、TP的去除效果。实验结果表明：填充比为50%时去除效果最佳,BOD₅、NH₃-N、TN、TP的平均去除率分别为88.08%、87.48%、86.03%、80.08%,其中TN出水质量浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B排放标准。同时分析结果表明,高原背景下的温度、溶解氧(DO)也影响A/O-MBBR工艺脱氮除磷的效果。     

汉江中下游干流水质状况时空分布特征及变化规律

汉江是南水北调中线工程的水源区,其中下游水质状况是国家和湖北省政府重点关注的饮用水安全问题.研究南水北调中线工程影响区汉江中下游干流的水质状况和特征,为进一步分析工程运行对汉江中下游水质的影响奠定基础.收集了汉江中下游干流11个水质监测站2011—2014年pH、ρ（DO）、ρ（COD_Mn）、ρ（BOD₅）、ρ（NH₃-N）、ρ（TP）、ρ（TN）等7项水质指标,应用水污染指数法和层次聚类分析法,综合辨识2011—2014年汉江中下游干流的水环境时空变化特征.结果表明:①2011—2014年汉江中下游干流水质整体上为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类~劣Ⅴ类水体,超标指标为ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（BOD₅）,其中ρ（TN）超标最严重.②为深入辨识TN负荷对研究区域水质的影响,通过情景分析发现控制ρ（TN）可有效改善汉江中下游干流水质状况.③汉江中下游干流水质状况层次聚类分析表明,在时间上将研究时段分为2类,基本对应于汉江中下游的汛期和非汛期;在空间上将水质监测断面（沈湾、泽口、新沟、宗关、转斗、皇庄、汉南村、石剅、白家湾、余家湖、罗汉闸）分为3类,其中第3类可细分为3个子类,各子类所对应的水质监测断面与其空间分布基本对应.④汉江中下游干流富营养化严重,其中ρ（TP）和ρ（TN）在非汛期分别呈显著降低和增加趋势,汛期无明显变化.研究显示,江汉中下游污染严重,营养盐尤其丰富且ρ（TN）为主要影响因素.      

曝气时间对美人蕉生态浮床去除水体中营养盐的影响

为有效去除水体中的营养盐,以美人蕉生态浮床为研究对象,将曝气时间设置为0(对照)、4、8、12 h/d,曝气量均为2.4 m3/(m2·d),研究曝气时间对植物生态浮床去除水体中营养盐的影响,在培养的0、3、5、7、18、28 d对美人蕉株高进行测量,同时监测水体中ρ(DO)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N),试验结束后对美人蕉根际细菌总数进行测定. 结果表明:①与对照组相比,曝气4和8 h/d情况下ρ(DO)及TN、TP、NH₃-N、NO₃--N去除率均差异显著;②曝气4 h/d下美人蕉长势最好,并且在试验的第28天美人蕉株高达109 cm;③曝气4 h/d下ρ(DO)最高,并且对水体中营养盐的去除效果最好,试验至第28天,ρ(DO)为11.29 mg/L,TN、TP、COD_Cr、NH₃-N、NO₃--N去除率分别为75.10%、69.32%、65.75%、73.29%、78.79%;④试验至第28天,曝气4 h/d情况下美人蕉根际细菌总数达1.01×106 mL-1,显著高于曝气0、8和12 h/d下的细菌总数(分别为4.12×105、9.07×105、7.77×105 mL-1). 研究显示,该试验条件下,曝气4 h/d对水体中营养盐的去除效果最佳.      

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

洞庭湖表层水和底泥中重金属污染状况及其变化趋势

为评价洞庭湖重金属污染程度,分析了洞庭湖湖区9个采样点表层水及底泥中Hg、Cr、Cd、As、Pb和Cu的浓度水平,并采用地积累指数法和潜在生态风险指数法对底泥中的重金属污染现状进行评价. 结果表明,洞庭湖表层水中重金属质量浓度远低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》一级标准限值,底泥中w(Hg)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Pb)和w(Cu)均高于背景值,其平均值分别为背景值的5.0、3.1、22.7、2.2、2.5和1.9倍. 洞庭湖表层水中ρ(As)与底泥中w(As)呈显著正相关. 近30年来,洞庭湖底泥中除w(Hg)下降外,其他重金属质量分数均有所上升. 地积累指数法评价结果表明,洞庭湖底泥中不同种类的重金属I_geo(地累积指数)表现为Cd＞Hg＞Cr＞As＞Pb＞Cu,Cd和Hg的I_geo分别为3.92和1.73;不同区域的重金属I_tot(综合地积累指数)呈虞公庙>横岭湖>洞庭湖出口>东洞庭湖>蒋家嘴>鹿角>万子湖>南嘴>小河嘴的分布特征,虞公庙和横岭湖的I_tot均大于10.0.潜在生态风险指数法评价结果表明,各污染物对洞庭湖生态风险构成危害的影响程度为Cd＞As＞Cr＞Hg＞Cu＞Pb,整个洞庭湖区的RI(潜在生态风险指数)为99.0~696.7,平均值为281.8,属于中等潜在生态危害,其中南洞庭湖的虞公庙和万子湖的RI分别为696.7和565.9,已成为潜在生态风险区域.      

浏阳河长沙段CODMn、NH3-N和TP综合降解系数研究

采用现场水团追踪法,研究了浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与河段水流流速之间的相关关系,并通过河段历史水文和水质监测数据对所建立的相关方程进行了验证.结果表明,浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与流速之间呈明显的线性相关关系,相关方程形式分别为K（COD_Mn）=0.037+0.635v、K（NH₃-N）=0.059+0.315v和K（TP）=0.004+0.140v.所建立的线性相关方程对研究河段COD_Mn、NH₃-N和TP浓度预测结果的决定系数均大于0.90、相对均方根误差均小于0.10.受风浪作用、紊动水流和弯道环流的影响,当流速小于0.35m/s时,顺直河段的污染物综合降解系数均大于弯曲河段的污染物综合降解系数;当流速大于0.46m/s时,弯曲河段污染物综合降解系数均大于顺直河段的污染物综合降解系数.研究成果对浏阳河长沙段水质管理与水环境保护具有重要的参考价值.     

组合MBR工艺中试系统处理高氨氮生活污水

以低碳氮比〔ρ(BOD₅)/ρ(TN)〕、高氨氮生活污水为研究对象,对强化缺氧/好氧+膜生物反应器(A/O+MBR)组合工艺系统的运行稳定性和处理效果进行中试研究.结果表明:在A/O工艺中引入纤毛填料,强化了组合工艺去除有机物及氨氮的效果,缓解了膜组件污染;根据进水负荷和温度变化,优化了工艺运行参数ρ(MLSS)和混合液回流比,系统稳定运行期间的HRT为6.7～11.9 h,膜通量为11～20 L/(m2·h);处理系统对BOD₅,COD_Cr,氨氮及SS的平均去除率分别达97.4%,87.2%,97.5%和100%,处理水ρ(BOD₅)≤ 6 mg/L,ρ(COD_Cr)≤ 40 mg/L,ρ(氨氮)≤5 mg/L;由于碳源缺乏,组合工艺对TN和TP去除率较低,分别为28.5%和26.8%,但处理水中的TN和TP以硝态氮和溶解性磷酸盐为主,是植物吸收氮源和磷源的主要形式,因此对符合再生水水源要求的处理水可作为城市绿化及农田灌溉用水回用,不仅可补充植物与作物生长必需的氮磷营养元素,而且为城市生活污水资源化提供了一条有效途径.      

基于GAM模型的洞庭湖叶绿素a浓度与环境因子相关性分析

为了解洞庭湖流域水体叶绿素a的时空分布及其与环境因子的关系,于2019年1～12月对洞庭湖进行采样调查分析,运用广义可加模型(GAM)分析了叶绿素a浓度与各环境因子间的关系.结果显示,洞庭湖水体叶绿素a浓度存在较为显著的时空分布差异,其年均值为5.77μg/L,变化范围为1.00～67.33μg/L.叶绿素a浓度变化的...     

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系. 结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108 L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高. 太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46mg/L ,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73mg/L,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高. 太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸. 偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD_Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关. 在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.      

区域水生态承载力多目标优化方法与例证

水生态承载力是指维系水生态系统健康状态下的人类活动阈值,揭示的是某一区域人类活动与水生态系统之间的耦合规律,可为水生态环境保护与经济社会的协调发展提供依据. 基于水生态承载力的概念,构建了区域水生态承载力指标体系,建立了区域水生态承载力多目标优化模型,采用模糊方法进行求解,并采用遗传投影寻踪方法对方案进行优选. 以浙江省湖州市为例进行实证分析,以污染物环境容量利用率作为情景方案设定的依据,分别设定了双指标(COD_Cr、NH₃-N)、三指标(COD_Cr、NH₃-N、TN)、四指标(COD_Cr、NH₃-N、TN、TP)3种控制方案. 结果表明,3种控制方案的优化结果均具有一定的可行性和合理性,并推荐四指标控制方案为优选方案. 四指标控制方案优化结果表明:2020年状态指标水环境容量利用率、生态用水比例分别为99.3%、59.1%;调控指标GDP增长速度、人口增长速度、城镇化率分别控制在7.4%、0.5%、70.3%以下,污水治理资金占GDP的比例为0.9%,第三产业比例为52.1%,化肥施用强度为251.0 kg/hm2;在此基础上,湖州市2020年可承载目标人口总量为350.0×104人,GDP为2 965.4×108元.