暴雨径流潜流过程及其对分层水库水质的影响

为探究汛期暴雨径流潜入演变过程及其对分层水库水质的影响,以西安金盆水库为研究对象,对2015年6月和2017年10月2次暴雨径流过程中各监测点水温、溶解氧、浊度、总氮、总磷和COD_Mn等水质指标进行持续监测.结果表明：径流量在300~400m³/s时,潜流经历全断面径流-底部潜流-中部潜流3个阶段,最终潜入主库区中部水体.暴雨径流的汇入使水库热分层结构稳定性受到一定破坏,中下部水体溶解氧得到补充.暴雨径流携带的大量泥沙及氮、磷营养盐等污染物质会对水库水质造成较大冲击,2015年6月暴雨径流使水库中层水体总氮、总磷、COD_Mn和浊度从1.60,0.021,3.70mg/L和5NTU增大为2.37,0.100,5.80mg/L和93NTU,水质污染特征为短时高污染负荷.     

金盆水库汛期高浊水径流的潜入及热分层水体水质响应

以西安金盆水库为研究对象,在汛期通过对河流区至库区的水温、浊度、DO和营养盐等水质指标进行连续监测,探究降雨径流的潜入规律及热分层水体水质动态响应特性.结果表明:在外界气温变化条件下,水库出现季节性热分层现象.汛期径流的汇入导致下温跃层消亡,热分层稳定性减弱;汛期径流水体携带大量颗粒态营养盐物质和泥沙以异重流形式潜入,其流态从过渡区的底层潜流向主库区间层流转变,潜入初期间层流厚度达20m.降雨早期异重流的潜入导致中下层水体的TN、TP、TOC显著增加,水体平均TN、TP、TOC、浊度最高分别超出平时0.2,2,0.6,16倍,水质呈现短时高污染负荷.底层潜流水体水温较高,大量沉降于沉积物中的颗粒态污染物分解速率加快,內源污染负荷进一步提高,底层水体中TN、TP、TOC浓度高达1.88,0.05,4.6mg/L;汛期可通过分层取水方案和排放高浊水来保障供水安全.     

金盆水库暴雨径流时空演变过程及水质评价

为探究西安金盆水库汛期暴雨径流沿程时空演变过程及库区水质响应,对汛期2019年8月初与9月中旬两场暴雨径流上游河道至库区各断面的水质指标进行持续原位监测,并在垂向上采用单因子污染指数法和综合污染指数法对库区进行水质评价.结果表明：汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况,两次径流初期入流量小,水库潜流均经历全断面径流-底部潜流-间层流的过程,在末期,8月初径流库区间层流位置由初期的545~565 m扩大为535~580 m,9月中旬径流潜流位置由初期540~575 m的间层流演变成575 m以下的底部潜流;连续的入流使库区热分层结构削弱,溶解氧得到补充,同时大量颗粒态污染物汇入库区,营养盐在垂向上表现为中层、底层水体高于表层;单因子污染指数表明径流潜流处总磷和高锰酸盐指数值都有一定的增加,末期均超过地表水Ⅲ类水质标准;综合污染指数表明8月初径流中层水质处于中污染,底层则受厌氧与颗粒沉降的双重影响达到重污染,并且在径流一周后达到峰值,而9月中旬的575 m以下的潜流直接导致中层水体处于重污染,底层由于溶解氧的补充处于中污染;汛期通过泄洪洞的排放与分层取水可以有效地保障供水安全.     

亚热带水库水质特征及沉积物内源污染研究

为探究沉积物内源污染对亚热带分层型水源水库（茜坑水库）夏季水质的影响,采用现场监测和室内模拟相结合的研究手段,于2020年5~9月对茜坑水库深水区水温、溶解氧、氮磷等进行了监测,并采用静态实验模拟法分析了茜坑水库沉积物的耗氧速率及沉积物中氮磷的释放通量.原位监测结果表明,5~9月,茜坑水库水温和溶解氧均处于分层状态,该时期水库底层水体溶解氧含量较低,为沉积物内源污染物的厌氧释放提供了条件;分层期底层水体氨氮和总磷浓度显著高于表层和中层（P<0.01）,相应的表层水体氨氮和总磷平均浓度分别为0.062mg/L和0.033mg/L,中层为0.058mg/L和0.037mg/L,底层为0.242mg/L和0.052mg/L.静态模拟实验结果表明,水体及沉积物耗氧均符合零级反应动力学模型（R²分别为0.987,0.989）,其中沉积物的耗氧速率处于较高水平,为1.03g/（m²·d）,约为水体的1.45倍;沉积物耗氧诱发等温层溶解氧降低并伴随沉积物内源污染释放,其中氨氮的释放极值为0.261mg/L,平均释放通量为7.36mg/（m²·d）,总磷的释放极值为0.108mg/L,平均释放通量为2.20mg/（m²·d）.内源氨氮和总磷的释放对水体贡献率分别可达27.98%和38.92%,沉积物氮磷释放对水库水质影响显著.     

降雨强度和坡度对喀斯特坡耕地产流和氮磷流失的影响

养分流失是造成喀斯特坡耕地土地生产力下降和面源污染的重要因素之一.本研究采用室内模拟降雨,结合模拟喀斯特坡耕地地表、地下二元水文结构,探索在不同降雨强度(30、50、70和90 mm·h^-1)和坡度(5°、10°、15°、20°和25°)下喀斯特地区坡耕地土壤氮、磷流失特征.结果表明：在30 mm·h^-1降雨强度条件下,喀斯特坡耕地产生的径流主要为地下孔(裂)隙径流.随径流从地下孔(裂)隙向下漏失的全氮和全磷流失通量分别为43.36～95.88 mg·m^-2·h^-1和2.24～6.45 mg·m^-2·h^-1.当降雨强度≥50 mm·h^-1时,地表产生径流,在径流的驱动作用下,全氮和全磷从地表发生流失.降雨强度在50～90 mm·h^-1时,随径流从地表流失的全氮和全磷养分流失通量分别为35.86～201.04 mg·m^-2·h^-1和2.26～16.80 mg·m^...     

不同经营方式毛竹林氮流失年动态规律

为研究自然降雨条件下不同经营方式毛竹林径流养分流失的年动态变化规律及其差异,以浙江省杭州市临安区青山毛竹园为试验区,在粗放经营和集约经营区域,设置独立观察站。每次连续降雨后采集沉砂池水样,测定总氮（TN）、总磷（TP）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、磷酸根离子（PO₄^3-）含量,同时在动态观测期中采集坡面土壤样品,测定pH、有机质及有效N、P含量。结果表明：（1）集约经营和粗放经营毛竹林年单位产流量分别为8086.52 m³/hm²、4850.95 m³/hm²。（2）毛竹林径流水氮流失以硝态氮为主。（3）毛竹林集约经营增加了氮磷流失风险,集约经营和粗放经营毛竹林TN年单位流失量分别为45.26 kg/hm²、25.05 kg/hm²,TP年单位流失量分别为0.31 kg/hm²、0.21 kg/hm²,与粗放经营相比,集约经营氮磷流失分别增加了80.68%、47.62%。（4）毛竹林径流水中TN浓度与土壤碱解氮含量成极显著负相关,径流水中TP浓度与土壤有效磷成极显著正相关。     

人工模拟降雨条件下坡面侵蚀特性的模型试验研究

工程斜坡体水土流失主要由水力侵蚀的导致,为研究土壤侵蚀的水动力过程,通过足尺模型试验,人工模拟降雨条件下不同降雨强度和坡度对坡面侵蚀特征的影响。试验结果表明,坡度由15°增大至53°、降雨强度由50 mm/h上升至100 mm/h时:①坡面初始产流时间减小,径流强度曲线以指数型增长,坡度与径流强度成负相关,这是由于雨滴打击作用致使降雨初期径流强度缓慢增长,后快速增大至峰值;②由于径流作用,径流含沙量前阶段出现短时间减小,随后恢复增大趋势,且降雨强度和坡度增幅越明显,径流含沙量越大,两者交互作用大于单指标对径流含沙量的影响程度,这是由于雨滴击溅作用加强了水流对泥沙的迁移能力,进而增大了径流含沙量,且产沙量与径流量的关系密切,径流强度直接影响产沙量的大小,两者的增长趋势成正相关;③坡面侵蚀最先产生细沟,细沟侵蚀导致产沙量快速增加,随着降雨历时的推移,侵蚀类型最终发展为浅沟、切沟,并成为侵蚀产沙的主要方式,这是由于雨滴打击作用促进了侵蚀沟的发育,增强了径流对颗粒的分选能力,从而增加了细粒土的流失。     

坡耕地薄层紫色土-岩石系统中氮磷的迁移特征

于2015年两场代表性降雨事件下研究了紫色土坡耕地(1 500 m~2)水文过程驱动的氮磷地表和地下迁移特征.结果表明:(1)前期土壤水饱和度和降雨量决定地表径流和裂隙潜流的产流深度和胶体浓度的基本水平;降雨强度则控制产流量的变化趋势和胶体浓度的峰值水平.(2)氮素主要以溶解态随裂隙潜流迁移;磷素则主要以细颗粒结合态通过地表径流流失.(3)氮磷迁移过程的水文驱动特征明显,氮素迁移主要受裂隙潜流的驱动作用影响,而磷素迁移则主要受地表径流的驱动作用影响.该研究结果丰富了对坡耕地薄层土壤-裂隙母岩二元系统中氮磷迁移对降雨响应规律的认识,可为农业氮磷非点源污染防治提供可靠的田间数据支持并明确关键的水文调控环节.     

近地表土壤水分条件对黄土坡面溶质径流迁移的影响

近地表土壤水分条件对农田化学物质输出过程和地表水质有很大影响。以黄土区缓坡耕地为研究对象,利用地下供水和前期降雨措施改变坡面近地表土壤水分条件,通过室内模拟降雨试验研究坡面水土流失和土壤溶质（NO₃^-、PO₄^3-、K⁺和Br^-）的迁移特征。结果表明地下供水对土壤溶质迁移影响最大,水土流失量和溶质地表流失量显著高于其它处理。前期降雨处理地表径流量和泥沙量大于对照处理,而径流和泥沙溶质平均浓度相对较低。NO₃^-和Br^-坡面迁移的主要载体是地表径流,PO₄^3-主要随侵蚀泥沙迁移, K⁺两者兼有。地下供水坡地出现明显的土壤侵蚀后,地表径流中PO₄^3-和K⁺的浓度急剧增加。土壤初始含水量较高的地下供水和前期降雨坡地是土壤侵蚀和吸附态溶质流失的敏感区,对应的等效径流迁移深度也较大。     

溶解氧对湖库热分层和富营养化的响应——以枣庄周村水库为例

为研究热分层和富营养化对湖库溶解氧变化特征的影响,于2014年1月~12月对周村水库水温、溶解氧、叶绿素以及初级生产力的季节变化及垂向分布进行了监测.结果表明:水温和溶解氧的分层期均为4~11月份;分层期叶绿素在20~50μg/L之间,初级生产力为2.16~2.23gO₂/(m³·d),光补偿点在1~3m之间;恒温层在5月中旬进入厌氧状态;由于光补偿点位置较高,5~8月份氧跃层位置为1~6m,高于温跃层上界面;而氧跃层位置偏高造成溶解氧在垂向上的极值一般在表层,且变温层溶解氧浓度梯度较大;9~11月份温跃层的下移使得氧跃层和厌氧区界面同时下移,厌氧区界面与温跃层上界面的位置变化始终同步,而氧跃层受水体耗氧作用的影响在热分层结构相对稳定时会再次上移.热分层和水体富营养化均对溶解氧的浓度和分布有重要的影响.     

香溪河库湾水质特征与非回水区水华响应关系

为探究香溪河在受倒灌影响较弱的河段水华暴发征兆及机理,于水华高发期5~8月对香溪河进行监测,分析电导率、水温、叶绿素a（Chl-a）以及流速.结果表明,在6~8月,香溪河倒灌现象于XX05点（峡口镇）处基本结束,XX06~XX09受倒灌来水影响较弱;香溪河于7月暴发水华,各个监测点位上Chl-a含量均值达到100μg/L以上,XX05~XX06与XX07-XX09点位上暴发不同种水华;在水华暴发前后,水体温度无显著变化,且并无明显分层现象,说明水温分层是水华暴发的主要原因这一理论并不能很好的适用于非回水区;通过对电导率数值的研究发现,数值在垂向上出现显著拐点,而拐点出现在临界层与光补偿层之间,同时与叶绿素a含量分布呈现显著负相关性.香溪河总氮（TN）、总磷（TP）平均值为1.849mg/L和0.157mg/L,均超过富营养化的阈值,水体氮磷含量与Chl-a浓度无显著相关性,水体中除N、P营养盐外的其它离子对香溪河水华的暴发起着重要作用.在水华消退后,电导率数值又逐渐恢复表层高底层低的垂向线性分布特性,与水华的暴发、消退有着明显的响应.     

南方泛黑水库Fe、Mn及硫化物的迁移规律研究:以南宁天雹水库为例

Fe和Mn是氧化还原敏感元素，厌氧与有氧均会造成Fe、Mn及硫化物沉积物释放和形态转化，导致水质恶化，目前鲜有研究将泛黑与Fe、Mn及硫化物迁移规律耦合。选取广西壮族自治区南宁天雹水库为研究对象，于2018年3-12月对水库不同深度进行采样，分析水库水质的季节性变化特征以及对Fe、Mn、硫化物迁移转化规律的影响。结果表明:热分层结构主要受气温变化影响，分层期温跃层形成导致垂向理化性质差异，形成底部低温厌氧环境。独特的红土壤结构使Fe和Mn具有更强的内源释放能力，在降雨冲刷及长期厌氧影响下Fe和Mn底层大量释放，浓度达到0.76，1.47 mg/L，高浓度Fe抑制了硫化物释放（0.005 mg/L）。泛黑期分层破坏引发垂向对流混合，复氧使Fe、Mn及硫化物形态转化，向上迁移同步产生FeS、MnS等致黑物质，触发表层产生泛黑现象，后续开展黑水触发机制与物质甄别研究是解决泛黑问题的关键。     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

热排放对水库溶解氧的影响

报道了电厂热排放对水库溶解氧的影响。结果表明,溶解氧含量随水温而变化,建立了T-DO回归方程.除深水库底层外,溶解氧含量通常不小于5.0mg/L.大伙房水库的自然生态环境特征是湖水的季节性分层和夏季底层贫氧.电厂热排放,表层水温增加,使湖水分层更加明显,热成层和化学成层的延长将导致夏季极端气象条件下湖下层氧的耗竭加强.     

三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响

依据实测原型水文序列,在辨析三峡水库运行与四水流域水利工程运行对江湖水文关系演变特征影响的基础上,重点剖析了三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响。结果表明:①在江湖水文关系演变过程中,三峡水库运行对洞庭湖水情演变的影响要大于四水水利工程运行的影响;②洞庭湖区水资源比三峡水库运行前(1951—2002年)类似来水情景下减少了185.60×10⁸ m³;③三峡水库蓄水调度运行期,枯水年、丰水年9月15日至10月31日荆南三口入湖平均径流依次减少67.99×10⁸、23.14×10⁸ m³,补水运行期枯水年、丰水年1—3月三口入湖平均径流依次减少4.93×10⁸、11.51×10⁸ m³;④三峡水库运行对洞庭湖区水资源开发利用影响的地区是澧县、安乡县、沅江市、南县、华容县等县市,影响时间为每年10—12月或1—3月,影响的后果是因季节性和工程性缺水造成该区平均每年经济损失约57 359×10⁴元。     

湖底陷阱捕获内污染技术在浅水湖泊的应用

基于研发的湖底陷阱捕获内污染技术,在巢湖进行应用研究.结果表明,湖底陷阱可有效收集叶绿素a、有机质、总氮和总磷等湖底沉积物中内源污染物.不同位置和季节湖底陷阱收集的沉积物厚度差异显著,西巢湖收集的污染物含量最多,湖心区域收集污染物量最少;夏秋季节淤积较快,冬春季节淤积略慢.单位面积（1m²）湖底陷阱年收集叶绿素a、有机质、总氮和总磷可分别达2.37~15.28g、8.96~21.82kg、0.78~1.88kg和0.30~0.93kg.综合考虑湖流场、风浪场、湖底污染物分布及厚度,巢湖湖体内沿湖流汇集区可布置6条11~33km的湖底陷阱,并在7个主要入河口布置湖底陷阱,同时可利用现有航道,进一步加深后形成湖底陷阱,可为巢湖内源控制提供新的治理手段和管理方法.