厦门市氮素流动与水环境负荷演变特征

人类活动造成大量氮素在城市生态系统中聚集,从而对水环境质量造成不利影响.作为一个复合生态系统,城市各系统对水环境的影响呈现不同的变化特征及趋势.本研究以厦门市为例,构建了城市氮流动模型,计算了水环境氮负荷,并通过情景分析的方法探讨了减缓城市水环境氮污染的策略.结果表明,1995—2015年厦门市水环境总氮负荷呈现上升-下降-上升式波动变化,总量介于8800～11100 t之间,主要受地表水氮负荷影响显著,而地下水变化相对稳定.在城市化进程中,城市各系统对水环境产生了不同程度的影响,农作物生产系统、污水处理系统及大气氮沉降是水环境氮污染的主要排放源,年均贡献率达69.0%.农作物生产系统和污水处理系统变化较显著,前者对水环境氮负荷的贡献率从1995年的22.3%下降到2015年的7.0%,后者由1995年的9.7%逐渐上升到2015年的40.7%.情景分析可知,提高城市废物、废水的资源化和综合化利用效率是减少城市水环境氮污染的重要途径.     

河流水质模拟及污染源归因分析

针对大连市登沙河流域水环境质量问题,采用输出系数法估算流域内工业点源、农村生活、畜禽养殖、农业种植的氨氮和总磷入河污染负荷,基于QUAL2K水质模型模拟污染物的迁移转化规律,解析各污染源在不同时、空尺度下对河流中、下游水质考核断面的污染负荷贡献.结果表明：畜禽养殖是研究区氨氮污染的主要来源,分别占中游和下游断面氨氮总负荷的56.5%和43.2%;农业种植是总磷污染的主要来源,分别占中游和下游断面总磷总负荷的50.4%和59.1%.此外,由于天然降水及人类活动的季节性特征,各污染源的负荷贡献亦呈现年内变化.基于以上分析,进一步因地制宜地提出研究区水环境治理措施建议,研究可为我国农村地区中小河流水质改善及水环境管理提供示范参考和决策依据.     

赣江上游典型流域水体三氮及重金属空间分布特征与风险评价

论文以赣江上游典型稀土、钨矿区流域-渥江流域为研究对象，沿程设置42个取样点，对水体的pH、氨氮、硝态氮、亚硝态氮以及Cr、Co、Cd、Pb、Hg、Ni、Mn、Cu、Zn、As这10种重金属的含量进行调查分析，同时运用内梅罗综合污染指数法、健康风险评价模型对渥江流域水体污染状况进行评价，运用Pearson相关性分析、主成分分析方法对重金属污染来源进行探究。结果表明：（1）各采样点氨氮、硝态氮、亚硝态氮含量在沿程分布上趋于一致，且与pH呈负相关；（2）渥江流域不同采样点重金属含量存在较大差异，干流重金属含量总体上高于支流，且干流部分河段和支流无重金属污染，而位于流域内稀土矿山和钨矿山附近的采样点目前已表现为轻度和重度重金属污染，主要健康风险来源于致癌重金属As和Cd。（3）各类水质指标、重金属含量具有显著相关性，研究区域水体重金属污染主要来自于周边稀土矿区和钨矿区。     

利用DPeRS模型估算巢湖流域氨氮和化学需氧量的面源污染负荷

巢湖作为安徽省重要的饮用水源,其面源污染问题受到广泛关注.本文利用一种基于遥感分布式面源污染计算模型——DPeRS(Diffuse pollution estimation with remote sensing)模型,估算了巢湖流域2010年氨氮(NH+4-N)和化学需氧量(CODCr)面源污染物负荷,并进行污染特征解析,结果表明:1巢湖流域污染物以耗氧有机物为主,2010年产生NH+4-N 1562 t,进入水体800 t;CODCr9×104t,进入水体5×104t.22010年不同月份面源氨氮和CODCr污染负荷均有显著性差异,其中,7—8月氨氮和CODCr污染产生量较高.3空间分布上,氨氮和CODCr污染物主要集中在巢湖流域西北部地区;从区县角度来看,合肥市市辖区面源污染物产生量及入河排放量最大.4污染类型分析结果表明:城镇径流是氨氮最主要的面源污染源,且氨氮污染负荷与城镇人口密度的相关系数达到0.98,氨氮污染负荷与农田氮平衡的相关系数为0.65;而畜禽养殖是CODCr最主要的面源污染源,且CODCr污染产生负荷与畜禽养殖密度之间有显著的空间关联性,其相关系数达到0.91.     

海岛非点源污染负荷估算方法研究

基于流域单元思想,提出一种非点源污染负荷估算方法：借助GIS提取模拟河网,识别流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域非点源污染的估算提供基础的数据平台.在此基础上,与土地利用专题图叠加,计算各子流域内不同土地利用类型的面积,构建非点源负荷系统,利用各污染排放系数和入海系数,结合多年的降雨量,并引入坡度因子作为限制条件,估算污染负荷总量.结果显示,南长山岛非点源全氮、全磷年负荷量分别为11539kg和2025kg.氮污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 大气沉降> 土地利用> 畜禽养殖;磷污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 土地利用> 大气沉降> 畜禽养殖.基于此,探讨海岛地区非点源污染排放特征及对水环境质量影响,可为海岛地区污染物总量调控和环境健康发展提供一种技术方法.     

沱江流域总氮面源污染负荷时空演变

根据四川省沱江流域水环境受总氮（TN）面源严重污染的现状,采用排污系数法估算2007~2017年该流域来自各面源污染源的TN污染负荷,并利用空间重心统计法和空间分析技术揭示沱江流域TN污染负荷时空分布特征及转移趋势,以期为相关部门精准防控和预警沱江流域面源污染提供理论依据.结果表明,2007~2017年畜禽养殖污染源对整个流域的TN污染负荷贡献率每年均在45%以上,是TN面源污染的主要污染源.农村生活和农村生活垃圾污染源的贡献率呈逐年减少趋势,农田固废和农田径流污染源的贡献率则呈增加趋势.TN总污染负荷总体呈下降趋势,2010年污染负荷最大,达到5.7×10⁴ t,2017年最小,为4.69×10⁴ t.污染负荷在空间上的异质性变化及降雨径流的不均匀分布驱使畜禽养殖、农田固废类和农田径流污染源的TN污染负荷重心由西北向东南方向移动,流域东南部是畜禽养殖、农田固废类和农田径流TN污染的重点防控区域.东南部各区县的农业人口大量向城市人口转化,进而驱动农村生活和农村生活垃圾污染源的TN污染负荷重心由东南向西北方向转移,其转移范围高达66.35 km²,由此确定的最小边界圆是污染源污染负荷变化的重点识别区域,沱江流域西北部则是农村生活和农村生活垃圾TN污染的重点防控区域.本研究拓展了环境科学领域对流域污染负荷时空演变的探究方法,对于改善水环境质量,促进流域经济可持续发展具有重要意义.     

辽宁省辽河流域水质污染特征分析

对辽宁省辽河流域主要污染物的污染特征进行研究,结果表明:监测点位中,45.46％的COD浓度为Ⅴ类或劣Ⅴ类,Ⅳ类水浓度占13.64％,Ⅲ类水为18.18％,其余为Ⅲ类以下,水质超标监测点位多位于辽河一级支流.16.67％的氨氮浓度为Ⅴ类或劣Ⅴ类,Ⅳ类水浓度占8.33％,Ⅲ类水为16.67％,Ⅲ类以下占比为58.33％.总氮监测数据显示,辽河流域58.33％的监测点位超Ⅴ类标准,总磷监测超标率为16.67％.从COD和氨氮污染特征看,支流污染是辽河流域重要的污染来源;总氮、总磷污染的来源主要来自于农业源和城市生活源.基于辽宁省辽河流域水质污染特征,提出流域水环境治理建议.     

基于物质流分析的密云水库上游流域磷循环特征

运用物质流分析方法,对北京市地表饮用水源地--密云水库流域进行了磷循环特征的研究;分析了研究区域内种植业、畜牧业、人口和简单子系统内部及子系统间的磷输入输出状况,以及系统整体的代谢效率特征,讨论了流域水体磷污染负荷的影响因素.研究结果表明:①化肥、饲料添加剂和农药是流域磷输入的主要来源,占直接物质磷输入总量的52.9%;整个系统向环境输入磷2868.44t,其中的26.5%直接进入水体.②在水体磷负荷中,畜牧业系统的贡献最大,为1800.26 t,达到输出总量的82%,其次为种植业系统,占9.4%.③系统整体结构不协调.呈现单向和开放状态.研究区种植业系统运行出现磷亏缺,并具有区域性和不均衡性的特点;而畜牧业系统则出现磷盈余,整体结构不协调;畜禽的排泄物未能得到有效处置和循环再生,其中进入水体的量占畜禽粪尿磷总量的40.9%,从而造成严重的资源浪费和广泛的生态环境影响.④水体污染负荷与城市化率密切相关.     

基于纳污量的流域水环境管理模式——以金华江流域义乌段为例

为解决金华江流域义乌段水质与水功能区要求间失衡的环境问题,建立基于水体纳污能力的流域水环境管理模式.以QUAL2K模型为基础估算了金华江流域义乌段BOD和氨氮纳污能力;建立了同时考虑点源和面源的BOD、氨氮日最大排污量的管理模式.结果表明,流域BOD、氨氮纳污总量分别为4865.5 kg·d-1和431.20 kg·d-1;按照BOD、氨氮现状,其排放量分别削减49.63%和88.71%,才能基本满足流域水环境功能区要求.     

基于同位素示踪方法的东江流域氮素分布特征和来源解析

为了探明东江流域氮素污染现状及氮素污染来源,在东江流域设置31个采样点位,于2020年枯水期（1月）和丰水期（7月）进行水体样品和主要污染源样品的采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,定量分析识别氮素来源,从而对东江流域的氮负荷进行更加有效地控制.结果表明：(1)东江流域氮素污染以支流区最为严重,其次为源头区,这两个区域的水质均达到地表水环境质量标准（GB3838-2002）氨氮浓度的Ⅲ类水平,相比之下,上游区、中游区污染较轻,且氨氮浓度能达到地表水环境质量标准的II类水平.(2)东江流域氮素以硝态氮为主要赋存形态,枯水期、丰水期各研究区域内硝态氮占总氮的比例分别为43.29%～74.83%、65.51%～80.08%.(3)东江流域枯水期生活污水是主要的污染来源,贡献率为44.45%～61.39%,丰水期降雨径流是主要的污染来源,贡献率为36.67%～46.11%,究其原因跟流域内不同水文期降雨量大小和河道水量有关.(4)氮素浓度在丰水期和枯水期之间存在明显差异,且从2009年至今,水体氮素污染程度呈现加重趋势,建...     

上海市水质综合评价方法研究

针对上海市地表水污染特征,提出了一种新的水质综合评价方法--综合水质指数法。方法可对水体进行定性评价和达标判定,并可评价各指标的污染负荷率,筛选主要污染因子。方法选择溶解氧(水温)、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷等5项指标作为评价参数,评价结果能较为合理的反映以氮、磷为主要污染物的城市水环境质量及污染特征。     

三峡水库氮磷污染防治政策建议:生态补偿·污染控制·质量考核

三峡水库是我国重要战略水资源库.三峡水库蓄水后,库区富营养化问题日益凸显,TN、TP成为影响库区水质的主要污染因子,其中80%~85%入库氮、磷污染负荷来自流域上游.受长江富含营养物质水质输入和流域内人类活动面源输入等共同影响,长江中下游超过80%的湖泊发生富营养化,长江口及其毗邻海域赤潮频发.因此,三峡库区及上游流域仅实施国家统一的COD和氨氮水污染物目标总量控制已不能满足流域水环境安全要求.为保障三峡水库、长江中下游湖泊和东海海域环境安全,支撑长江经济带可持续发展,应按照湖泊保护的要求,进一步深化三峡库区及上游流域氮、磷污染控制与治理.新安江是我国第一个跨省流域水质补偿试点,2010-2013年,为加强新安江水污染防治,提高流域生态环境保护水平,中央财政、浙江、安徽两省共拨付资金12.7×108元,试点工作启动后,新安江跨界断面连续3 a水质均符合补偿协议要求,ρ（COD_Mn）、ρ（氨氮）和ρ（TP）均下降,水质恶化趋势得到有效控制.借鉴新安江流域水质补偿试点实施的成功经验,就"十三五"期间继续深化三峡库区及上游流域水污染防治问题,提出以下建议:①国家、下游和上游省（市）政府三方共同出资,建立长江流域水质补偿专项资金;②科学制订三峡水库水污染防治规划,强化三峡库区及上游流域氮、磷污染负荷控制;③建立并实施长江流域跨行政区水环境质量考核制度.      

洞庭湖水环境演变特征及关键影响因素识别

为了更有效地保护洞庭湖水环境,本研究基于1991—2015年流域社会经济发展、水文情势变化与湖泊水环境监测数据,从水质和藻类水华两方面探讨了洞庭湖水环境演变特征,采用主成分分析法筛选确定了主要驱动因素,并通过多元回归分析识别了不同阶段洞庭湖水环境演变的关键影响因素.结果表明:1991—2015年,洞庭湖水环境质量总体呈下降趋势;其中,1991—2002年洞庭湖水质下降较为缓慢,藻类水华程度总体稳定,影响水环境演变的关键影响因素为流域污染负荷输入,其中农业面源贡献相对较大;2003—2015年洞庭湖水质呈加速下降趋势,藻类水华程度也明显加重,局部水域已出现明显藻类水华现象,该阶段水环境演变主要受流域污染负荷输入和水文情势变化共同影响.因此,今后洞庭湖水环境保护不仅要继续加强流域污染控制,有效削减入湖污染负荷,也要密切关注水文情势变化对洞庭湖水环境的不利影响,采取针对性的措施,科学恢复或调整江湖关系,把不利影响降到最低.     

不同植被覆盖情景下景观水体水质改善效果模拟研究

再生水作为城市景观水体生态补水的主要水源,能够改善城市景观水体水污染状况,但水体内较高的氮磷物质易造成水体富营养化爆发水华现象,因此,研究水生植物群落对景观水体水质及水生态系统健康的维持意义重大.镜河是以再生水为补水水源的新建景观河道,为提升水环境质量,以流场、COD、氨氮及硝态氮为指标,应用MIKE 21和ECO L...     

基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一.依据农业污染源主要污染物空间排放特征和排放强度分析,划分农业非点源污染空间管理分区,并研究设计分区污染物总量控制方案,是提高农业非点源污染控制成效的重要途径之一.以湖北省四湖流域为研究案例区,系统开展了流域尺度的农业非点源污染空间排放特征识别与总量控制研究.结果表明,四湖流域水环境COD、总氮、总磷、氨氮负荷主要来自于农业非点源污染,4类非点源污染物分别占到流域污染物排放总量的67.6％、 82.2％、 84.7％和50.9％.对四湖流域非点源污染物空间排放特征分析结果表明,水产和畜禽养殖业发达的洪湖、监利、潜江、沙洋地区是流域非点源污染物的主要贡献源区.根据污染物在流域空间上的排放特征和源强评价结果,将四湖流域划分为3个农业非点源污染管理分区,即长湖上游水产和畜禽养殖污染重点控制区、四湖干渠农村非点源污染综合控制区和洪湖水产养殖污染重点控制区,针对不同管理分区分别提出了污染控制措施.基于水质改善和水体纳污能力综合考虑,设计了针对3个非点源污染管理分区的总量控制方案,分阶段实现监测断面全指标达标和满足水体纳污能力要求.主要污染物中,COD主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域COD削减量的43％和42％;氨氮主要削减区域为四湖干渠区,占到氨氮总削减量的66％;总氮主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域总氮削减量的42％和31％;总磷主要削减区域为四湖干渠区,占到流域总磷削减量的53％.     

松桃河流域氨氮和锰污染特征及生态风险评价

以地处“锰三角”核心区的松桃河流域为研究对象,应用统计学方法对2011~2019年松桃河流域17个监测断面的18个水质指标进行统计分析,重点研究松桃河流域主要污染物氨氮和锰污染特征、时空变异及来源解析,利用商值法、安全阈值法对松桃河流域氨氮和锰的生态风险进行评价.结果表明:松桃河流域主要受到氨氮和锰污染,两者在P<0.0001水平呈显著正相关,具有同源性,主要来源为电解锰企业废水和渣场渗滤液;氨氮和锰的时空变化基本一致,主要污染断面与电解锰企业、渣场分布密切相关;时间上,除支流木池河有污染加重趋势,松桃河流域污染总体呈现逐年降低趋势.水生生物暴露松桃河地表水体时,熵值法评价松桃河流域有氨氮急、慢性毒性效应风险水体分别占10.37%、44.93%,有锰急、慢性毒性效应风险水体分别占69.81%、77.89%;安全阀值法评价松桃河流域有氨氮急、慢性毒性效应风险水体分别占5.6%、24.33%,有锰急、慢性毒性效应风险水体占34%、90%.两种方法评价结果差异明显,商值法较为保守,其评价氨氮急、慢性、锰急性风险水平约为安全阀值法的2倍.松桃河现行标准值高于氨氮和锰慢性毒性安全允许浓度,现行标准对水生生物可能存在“欠保护”.建议开展基于松桃河流域水生生物区系与水体特征的氨氮和锰水质基准及生态风险研究,为制订区域水质标准提供科学依据,以实现差异化风险管理,保障生态水环境安全.     

1980—2010年温榆河的水环境质量时空演变特征

以温榆河流域的主要超标污染物 COD 和氨氮为研究对象,通过历史数据和现场调查,系统研究了1980—2010年间温榆河的水环境质量时空演变特征.结果表明,温榆河流域水环境质量经历了清洁-污染-重度污染-污染遏制的过程,但水质现状均不达标;温榆河流域水环境质量好坏依次是上段>下段,温榆河>坝河>清河,并且Pearson相关分析表明,温榆河下段COD和NH+4-N浓度主要受清河影响;温榆河流域COD污染逐步遏制(超标倍数<1)、NH+4-N污染凸显(超标倍数8～20),耗氧物质处于从COD为主向NH+4-N为主转换的阶段;支流清河和坝河不仅是温榆河干流入河污染负荷的首要输入途径,而且支流上污水集中处理设施的排水是温榆河干流的首要补给来源(70.1%),其运行状况与升级改造对改善温榆河水环境质量至关重要.     

东阳江流域氨氮污染特征分析及水环境容量研究

对东阳江流域的干流及主要支流进行了高密度监测,分析了东阳江流域氨氮污染的特征,并进行东阳江干流氨氮水环境容量的计算。结果表明:东阳江流域的氨氮污染来源有显著的地域特色,干流枯水期的氨氮浓度要大大高于丰、平水期的浓度,基于WASP7.3模型计算的东阳江氨氮全年平均(50%保证率)和枯水期(90%保证率)的环境容量分别为732.7t/a、1447.7t/a。     

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010~2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.     

北海冯家江流域地表水体中氮磷营养盐的时空分布特征

冯家江是广西壮族自治区北海市区重要的生态廊道,查明冯家江流域水体中氮磷的污染特征,对掌握冯家江流域地表水体富营养化现状及污染防控等具有重要的现实意义.分别于2018-2019年夏、冬季测定了冯家江流域地表水体中氮磷营养盐浓度及其形态,采用对数型幂函数普适指数和氮磷比评估了该流域地表水体的富营养化程度.结果 表明:冯家江...