三峡水库动态水位下有机锡的多介质归趋模拟

为探究三峡水库（TGR）动态水位下水环境中有机锡（OTs）的多介质迁移与归趋行为,构建了动态水位下OTs的IV级多介质逸度模型,对大气相、水相、沉积物相及鱼相中三丁基锡（TBT）和三苯基锡（TPT）浓度的动态分布进行了模拟,并依据实测值进行了验证,计算了TBT和TPT在各相间的迁移通量（N）和残留质量,探讨了其主要的迁移途径和归趋行为,并进行了参数敏感性和模型不确定性分析.结果表明,实测浓度与模拟浓度的吻合度较高,TGR水环境中OTs浓度受水位变化影响较大.TBT和TPT的N值随水位变化明显,呈现与水位涨落相反的变化趋势,与坝前水位、入库流量和降雨量的变化相关.平流输入输出、沉积物沉降、掩埋、再悬浮、水相降解和平流输入输出、鱼-水两相迁移是TBT和TPT的主要迁移过程,平流输出与降解是两者主要的损失途径.较大的沉积物输入净迁移通量（NN）表明沉积物相是TBT和TPT重要的储藏库,易在鱼相富集也是TPT的重要归宿.模拟期内TBT和TPT在沉积物相的残留质量最高,分别占总残留量的89%和84%,其在沉积物相、水相、鱼相及大气相的分配比例分别为89.17%、10.81%、0.04‰、0.19‰和83.81%、14.51%、1.68%、1.15×10^-5‰.平流输入浓度（COW）和速率（GOW）对4个环境相TBT和TPT的敏感性系数（SC）>0.6,产生显著正影响,TBT和TPT模拟浓度的变异系数（CV）≤0.15,模型模拟的效果较好.     

湖泊和水库中甲基汞行为的多介质模型研究

以QWASI模型为例 ,简介了多介质环境数学模型 ,并运用模型对氯化甲基汞的行为进行了研究。计算结果表明 ,在环境条件满足一定要求的情况下 ,空气是水体中污染物的主要来源相 ,与文献报道一致。证实了多介质环境模型在湖泊和水库体系汞行为模拟中的适用性。通过对多个模型输入参数进行敏感度分析 ,发现污染物在空气中的背景浓度、水体流域面积、水中溶解度、年降雨量等较为重要。针对现有QWASI模型研究水体中汞行为的局限 ,探讨了改进模型的思路和方法     

1950年以来BHC在杭州环境中积累、迁移与残留动态的模拟研究

根据区域环境背景值、BHC施用量及其物化性质参数,以逸度模型为工具,建立了描述BHC在杭州多介质环境中迁移转化的动态模型．通过模拟结果了解各时期BHC在气、水、土壤、沉积物、鱼、植物叶和根等10种环境介质中的积累、迁移和残留情况,并考虑了环境介质物理性质差异、温度对BHC热力学参数的影响,及对其环境行为和归宿的影响．模型模拟了自1952年BHC在研究区域大量施用以来,在环境中逐渐累积并达到稳定,因BHC禁用又逐渐消失的过程中,BHC在各环境介质中的分布、浓度及其在毗邻介质间迁移通量的动态变化．对模拟结果与实测BHC浓度的验证表明二吻合较好．虽然杭州地区有机氯农药用量远高于其它地区,但由于该区温度较高有利于BHC的降解和挥发,目前BHC的浓度和残留量均低于北方地区．该研究的成果可用于有机污染物暴露风险评价,还可为预测其它有机污染物的归宿提供基础数据和模型框架．     

三峡水库蓄水运行初期(2003—2012年)水环境演变特征的“四大效应”

自2003年三峡水库首次蓄水至2012年工程竣工验收启动,针对三峡水库蓄水运行初期的水环境演变研究较多,但整体性、综合性科学认识仍然缺乏.基于水环境多要素跟踪观测研究,综合采用现场观测、室内试验、数理统计、模型模拟、同位素及保守离子示踪等技术手段,系统剖析了特大型、高变幅水位水库运行背景下水动力变异及其所伴生的水环境演变特征,从水动力、水质、水生态、污染物输移角度,提出了三峡水库水环境演变过程中的“四大效应”,主要包括干支流水动力特性的“分化”效应、上游-干流-支流水质演变“同步”效应、水动力变化对藻类水华暴发的“胁迫”效应、水动力变化对同等负荷条件下污染源危害的“迭加”效应等.考虑到大型水库生态系统的演替和稳定是一个长期过程,建议继续强化长江上游梯级水电开发影响下的三峡水库水环境演变跟踪调查研究,适时开展三峡工程对库区水环境影响的后评估.      

基于BPNN的三峡水库神农溪叶绿素α浓度预测

三峡水库自蓄水以来,库区水环境发生了巨大变化,部分支流回水区出现大面积水华。为了有效减小及预防水华带来的影响,收集了三峡水库支流神农溪2013年5-12月的水环境监测数据,运用主成分分析法,分析水华的主要影响因子。以筛选出的8个主要因子加上叶绿素a浓度为模型输入,利用Matlab R2010a软件,建立了基于BP神经网络的水华预测模型。结果显示BP网络模型对未来1周的叶绿素a浓度的预测值与实测值之间的拟合程度良好,相关系数达到0.928。说明BP神经网络模型可以用于神农溪叶绿素a浓度预测,并为神农溪水华治理提供科学依据。     

三峡水库调度对支流水体叶绿素a和环境因子垂向分布的影响

采用2018年三峡水库7～8月(低水位期)和10月(蓄水变动期)对库区支流香溪河和神农溪水文水动力和环境因子的监测数据,分析香溪河和神农溪的叶绿素a等指标在不同调度时期垂向分布特征,讨论不同时期影响其垂向分布的原因.结果表明,低水位期香溪河和神农溪的溶解氧、水温、pH值和叶绿素a垂向分布规律较为一致,各指标在0～10 ...     

长江重庆主城段地表水中有机锡赋存特征、时间变化及风险评估

为了解AFS公约执行10年后长江重庆主城段水环境中有机锡污染情况,以重庆主城段长江及其支流嘉陵江为研究区域,于2020年10月采集重庆主城段各码头水域地表水水样,采用固相微萃取-气相色谱-质谱法测定了地表水中丁基锡和苯基锡浓度,分析了水环境中三丁基锡（TBT）、三苯基锡（TPhT）及其降解产物的组成和分布特征.结果表明：研究区域地表水环境中同时检测到了TBT、TPhT及其降解产物一丁基锡（MBT）、二丁基锡（DBT）、一苯基锡（MPhT）和二苯基锡（DPhT）;长江重庆主城段地表水中有机锡浓度近年来整体呈先下降后趋于平稳的趋势,尽管少数点位仍有新的TBT和TPhT输入,但绝大多数点位的TBT和TPhT已发生降解.生态风险评估结果表明,长江重庆主城段水环境中TBT和TPhT在部分水域可能会对水生生物产生生态风险.     

酸性矿井水运移的动力学预测模型及模型参数分析

分析了酸性矿井水在含水层中运移的规律,充分考虑了地下水密度变化对浓度分布的影响,提出了酸性矿井水迁移转化的动力学环境预测耦合模型,采用Galerkin有限元方法和Picard迭代法相结合对耦合模型进行了离散,并对酸性矿井水迁移问题进行了模拟分析,通过室内土柱实验求得了基本参数,探讨了模型参数的变化对酸性矿井水运移的影响,为定量研究土壤中酸性矿井水在土壤-水环境中分配与去向提供理论依据。     

三峡库区淹没区土壤重金属形态分布及其对水质影响

结合三峡水库调度模式,在汛期及汛后对库区淹没区土壤中重金属Cu,Pb,Cd,Cr的存在形态、迁移转化特征及其对水体水质的影响进行研究.结果表明:不同重金属在库区土壤中存在形态不同,Cu和Cr主要以残渣态存在,w(残渣态Cu)和w(残渣态Cr)平均值为87.41%和96.04%,而w(可提取态Pb)和w(可提取态Cd)较高,平均值为41.95%和88.14%,生态风险相对高于Cu和Cr.在汛期三峡水库低水位运行,水体重金属含量较高,汛期水体ρ(Pb)和ρ(Cd)分布特征与土壤w(Pb)和w(Cd)分布呈显著相关性,而汛后水库首次172 m高水位蓄水,由于水环境因素的改变,水体中重金属含量显著降低,汛后淹没土壤重金属形态含量变化细微,土壤淹没对库区水体水质影响小,不构成汛期、汛后水体重金属含量波动的主因.      

水库中重金属迁移的神经网络模拟

重金属在水环境中的迁移转化是一个多因素影响的复杂过程,快速而准确地模拟水体中重金属的迁移一直是水环境研究领域的焦点。神经网络模型计算迅速、能以较高精度拟合任意非线性函数,在水文水质模拟中已有很多成功的应用,但对重金属的模拟还很少见到。文章以大伙房水库为例,用神经网络模型模拟了重金属镉、铜、汞和锌在水库中的浓度迁移过程。建模时依据水环境中重金属迁移转化机理并借鉴数学建模中边值问题的解决思想,确定了模型的输入和输出因子;对实际监测中重金属浓度低于检测方法的最低检出限的情况,将其浓度以0计算。模型对水库中镉和铜的浓度的模拟值与实测值的最大相对误差分别为17.5%和17.9%,对汞和锌的浓度的模拟值与实测值的确定系数分别为0.741和0.762,而对镉和铜的确定系数更是达到了0.96以上。对各重金属的模拟结果表明用神经网络模拟水环境中的重金属迁移是可行的,能快速得到比较准确的结果。文章建立的模拟大伙房水库重金属浓度迁移的神经网络模型对该水库水环境管理有一定的参考价值。     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

三峡水库典型消落带土壤DOM组分特征及其对有效态镉释放影响

重金属镉（Cd）是三峡水库蓄水后消落带土壤中主要的重金属污染物之一.为研究三峡水库反季节调蓄条件下溶解性有机质（DOM）对有效态Cd在土壤固-液相间释放行为及其再补给过程的影响,以三峡水库香溪河消落带为研究对象,分别于2019年10月和2020年10月采集土壤样品,利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱技术和荧光区域积分法分析土壤DOM光谱特性,同时结合梯度扩散薄膜技术（DGT）和土壤扩散通量模型（DIFS）综合探究土壤有效态Cd及其释放动力学过程.此外,测定了消落带土壤基本理化特性以及土壤中Cd含量和赋存形态.结果表明,研究区土壤DOM以富里酸为主,腐殖质特征较弱,具有陆源为主和内源较弱的混合特征,与2019年相比,2020年土壤DOM中富里酸类物质占比更高;2019年和2020年土壤ω（Cd）平均值分别为（0.474±0.301） mg·kg^-1和（0.249±0.058） mg·kg^-1,土壤中Cd的赋存形态均以非残渣态为主;DGT测定结果显示2020年土壤中有效态Cd含量较2019年呈下降趋势,进一步通过DIFS模型拟合结果表明,土壤中Cd的吸附速率大于解吸速率,土壤对有效态Cd的再补给能力较弱,表明三峡消落带土壤中有效态Cd的潜在释放风险较低,低分子量DOM和DOM中富里酸类物质是抑制土壤中有效态Cd释放的重要因素.研究结果揭示了三峡水库水文情势变化下DOM对重金属Cd环境地球化学行为的影响,为三峡库区重金属污染防治提供科学理论依据.     

新污染物多环芳烃衍生物的来源、分布与光化学行为

环境中多环芳烃衍生物(SPAHs)来源广泛,具有“三致”效应,毒性与PAHs母体相当甚至高于母体,是一类具有较高风险的新型有机污染物.大气和表层水体等环境介质中,光化学降解是其重要的消减方式.在梳理文献的基础上,发现SPAHs在来源、分布、行为和风险研究方面与传统污染物PAHs相比有了新的突破.通过总结新污染物SPAHs的环境分布特征与光化学行为研究的最新进展,介绍了3类SPAHs的来源和形成机制,重点评述了不同环境介质中的存在状况与分布特征,讨论了水、冰等介质中SPAHs光化学转化动力学、反应路径以及影响因素,最后对SPAHs的环境行为和风险研究进行了展望.     

应用三维粒子轨迹跟踪模型模拟香溪河水藻增殖过程

三峡工程建成后将改变库区的水动力条件,会对库区及支流的水生态环境产生重要影响.因此,本文应用三维非结构海洋动力学模型ELcirc,以及考虑营养物质浓度、水温、水下光照强度和流速等因素影响水藻增殖的粒子轨迹跟踪模型模拟三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移.同时,采用室内弯道水槽试验资料对模型进行了验证,计算结果表明,验证后的模型可以较为精确地模拟弯道水流运动特性和弯道水流中的物质输移现象.采用验证后的模型研究了2007年9—10月三峡水库蓄水期香溪库湾的水流及藻类颗粒物质输移,结果表明,长江干流水体倒灌入香溪库湾产生回流,藻类颗粒向上游运动,考虑水藻生长过程的三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水藻颗粒的垂向分布及水藻生长的水华过程.     

三峡水库生态调度试验对四大家鱼产卵的影响分析

2011年以来,三峡水库持续开展了促进长江中游四大家鱼产卵的生态调度试验.采用鱼类早期资源调查方法研究了三峡水库生态调度实施以来四大家鱼自然繁殖、水文环境要素的年际变化特征,采用系统重构方法分析了四大家鱼自然繁殖的关键生态水文要素,提出了宜昌江段涨水过程的生态调度优化条件.结果表明:①2012—2018年三峡水库共开展了11次生态调度试验,生态调度使得宜昌江段持续涨水时间范围为2~9 d,水位日均涨幅范围为0.43~1.83 m,流量日均增幅范围为1 080~5 800 m3/s,起始水温范围为17.5~23.5℃.②沙市江段监测到四大家鱼鱼卵时的水温分布范围为19.2~25.5℃、平均值为22.5℃,流量分布范围为11 000~33 600 m3/s、平均值为16 890 m3/s;水温平均值在各年份间没有显著性差异,流量平均值在各年份间有显著性差异.③沙市江段四大家鱼鱼卵组成以草鱼和鲢为主,二者年均产卵量约占总产卵量的85%,青鱼和鳙年均产卵量约占总产卵量的15%.除2016年外,生态调度期间四大家鱼的产卵量占监测期间四大家鱼总产卵量的比例较大,变动范围为31.90%~66.58%.生态调度期间,四大家鱼自然繁殖性能普遍好于非生态调度时期,表现为产卵持续时间更长、产卵场范围更广、单次洪峰的产卵规模更大,证实了实施生态调度的有效性.④持续涨水天数、初始水位和产卵时序是影响2012—2018年宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量的重要生态水文参数.⑤为增加宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量,宜昌江段需满足的水文条件为断面初始流量达14 000 m3/s,持续涨水4 d以上,水位日涨幅平均大于0.5 m,流量日增幅平均大于2 000 m3/s,与前一次洪峰的间隔时间在5 d以上.研究显示,三峡水库连续实施生态调度对近年来长江中游四大家鱼的种群恢复起到了一定的作用,未来应将建模和监测手段整合到生态调度试验中以分析长期的生态响应,并建立一套科学的生态调度效果评价体系来评价流量调节对四大家鱼产卵活动的影响.      

三峡支流大宁河库湾水质分布变化原因及其生态效应

为探讨三峡支流大宁河库湾水体水质分布变化的原因及其产生的生态效应,从大宁河库湾污染源、三峡干支流水体交换等视角,建立三峡干流与大宁河库湾交换水量的计算公式,监测大宁河库湾表层水样水质的逐月变化情况,重点分析不同调度期三峡干支流水体交换变化驱动下大宁河库湾水质时空分布的响应变化.结果表明:①三峡干流回水倒灌、大宁河上游来流是大宁河库湾水量、TN、TP等的主要来源,干流表层水体EC（电导率）、ρ（TP）和ρ（TN）均高于大宁河上游来流.②蓄水期至高水位期,在干流回水倒灌作用和库湾水量滞留作用的影响下,库湾表层水体EC、ρ（TP）和ρ（TN）高值分布向上延伸至距离入江口0~20 km及以上的库湾水域.泄水期至低水位期,干支流交换水量为负值,表示库湾流出水量高于干流回水倒灌水量.这两个时期库湾表层水体EC、ρ（TP）和ρ（TN）高值分布首先集中于距离入江口0~5 km的库湾水域,随后向库湾中游方向延伸,可能因泄水后期、低水位期仍有少量干流回水从中表层方向倒灌以及库湾中游藻密度高引起.③5-9月距离入江口0~20 km的库湾中游、下游水域藻密度明显高于其他时期其他水域,与水温适宜、非氮非磷限制的营养结构[TN/TP（摩尔比）为30~40]促进藻类生长繁殖有关.研究显示,不同调度期干支流水体交换是驱动大宁河库湾水质分布变化的重要因素,进而库湾水体氮、磷营养结构的时空变化一定程度上影响着浮游藻类生长分布.      

基于SD模型的小江流域协调发展模式研究

三峡水库自蓄水以来水环境安全问题便受到广泛关注。选取三峡水库典型支流小江为研究对象,应用系统动力学(SD)方法和情景分析方法,构建了小江流域环境-社会-经济系统仿真模拟模型,实现了3种发展情景的模拟和分析。研究结果显示:(1)自然发展模式下流域人口、需水量、各产业GDP都实现高速增长,至2025年COD、氨氮、总氮、总磷的负荷分别达到16 796.1 t,9 578.8 t,3 461.8 t以及405.1 t;(2)经济人口调控模式下COD、氨氮负荷分别下降了7.9%和25%;(3)环境社会经济协调发展模式下实现了污染负荷的大幅度削减。结合模拟结果,提出了小江流域环境社会经济持续协调发展的相关建议。