再生水补给城市河湖水生态系统构建及管护技术体系研究应用—以圆明园为例

提出了"再生水水源补给城市河湖水生态系统构建及管护技术体系",并在圆明园开展了推广应用,设计建设了近70 hm2再生水水源补给城市河湖水生态系统构建及管护示范区.结果表明,该技术可有效改善水体景观、水质及水生态状况:浊度明显降低,示范区浊度大多小于3NTU(饮用水浊度国家标准1NTU),感官效果明显优于修复前;总磷平均...     

低污染水生态净化组合技术应用

为有效提升低污染水体环境质量,采用生态净化组合技术,通过对环境基底改造、水质生物强化、水生植物恢复、水景观构建等处理技术的集成与优化,构建以活水为基础、以生态净化为核心、兼顾景观提升的低污染水体水环境组合整治系统. 结果表明,该组合技术成功恢复大型水生植物18种,水生植物覆盖率达90%,形成由挺水植物、浮水植物和沉水植物组成的良性水生态系统. 组合生态净化工程实施后,底泥pH由6.80~7.60升至7.30~7.90,E_h(氧化还原电位)由-210~-150 mV升至-62~31 mV,底质生境得到显著改善;水体透明度由15~35 cm显著升至83~145 cm,下层水体ρ(DO)由0.48~1.03 mg/L升至3.43~15.61 mg/L,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的削减率分别达到76%、85%和92%;水体浮游植物总数和总生物量分别减少了84.0%和90.6%,浮游植物群丛类型由富营养蓝藻(平裂藻)型转变为中-富营养混合型. 因此,水生态净化组合技术可有效净化低污染水的同时,还可提高水生态系统多样性.      

污水厂再生水回用于城市内河的生态修复效果及安全性评价

为降低污水厂再生水回用于城市景观水体时可能出现的生态环境风险,以宁波市某污水厂再生水回用于河道的生态修复段为研究对象,采用生态集成技术对再生水进行净化及自然修复,研究其对再生水常规水质指标、水体综合生物毒性及河道底栖动物群落特征的影响。结果表明:河道生态修复措施对稳定再生水水质的效果明显,主要水质指标保持稳定并达到功能区水质要求,再生水水质毒性降低,河道底栖动物物种丰度及生物密度也均明显增加,有效降低了再生水补水时可能带来的生态风险,对保障城市内河活水流动、生态安全具有重要作用。     

再生水补给型城市河流水质改善效果模拟

再生水是干旱和半干旱地区河流重要生态水源之一,但其高营养盐含量极易导致河流发生富营养化,严重影响河流水生态安全。以再生水补给型城市河流北京市凉水河为例,构建基于MIKE11的水动力水质耦合模型,应用实测水文水质数据率定和验证河流水质模型参数。结合区域污染源特征设定不同情境方案,并通过模型模拟分析不同方案下水质改善效果响应关系。结果表明:点源污染截流是改善凉水河水质的关键,可降低大红门闸断面氨氮浓度51.8%、TP浓度43.3%,其次为污水处理厂系统完善、生态河道建设和降雨面源控制。该研究提出在包括上述4项在内综合治理措施下,水质改善效果最为显著,大红门闸断面氨氮和TP年均浓度分别为0.969 mg/L和0.214 mg/L,满足地表水Ⅳ类水体标准。     

挺水植物浮床对再生水补水景观水体的修复

随着城市水资源短缺现象愈发严重,再生水成为景观水体的重要补水来源。然而再生水所含营养盐浓度普遍高于受纳水体,导致再生水补水景观水体易出现水体富营养化现象。该文利用浮床技术种植4种挺水植物:美人蕉、鸢尾、千屈菜、旱伞草,通过4种植物伸展于水中根部对营养盐的吸收以及其浮床上植株体对营养盐的积累作用,将水体中的氮磷等营养盐迁移转化至植物体内,并以定期收割植物的方式将其与水体分离。通过植物修复,水体水质由Ⅴ类提高到Ⅳ类,除TN外其余指标达到Ⅱ类。水体中TP浓度从0.25 mg/L下降到0.05 mg/L,TN浓度略有下降,保持在0.5 mg/L,浊度由90 NTU降到10 NTU以下,叶绿素含量由原来的10 mg/m~3降低到1 mg/m~3左右。实验结果表明,植物修复能够有效地改善已呈现富营养化的再生水景观水体。     

基于城镇黑臭河道水体的组合型原位生态修复系统的构建与效果：以上海市地区某黑臭河道为例

为促进组合型原位生态修复技术对城镇黑臭河道水体治理效果的工程应用,基于“原位生态修复、截污控源、营造景观、水动力改善、生物多样性”的修复理念,以生物修复方式为主,结合河道黑臭的成因与水质检测分析,构建了“微生物载体缓释+曝气复氧+水生植物+循环泵设备”组合型生态修复系统,对上海市地区某黑臭河道进行工程试验研究。工程实践表明：试验进行56 d时,河道上、中、下游COD、NH₃-N和TP平均去除率分别达到71.25%、84.10%和89.94%,水体黑臭现象基本消除;水体DO质量浓度由1.1 mg/L上升到4.5 mg/L。河道水质修复得到明显改善,符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准。该组合型生态修复系统可以有效消除水体黑臭现象,增加水体溶氧量,有效降解水体中的有机污染物,对城镇黑臭河道生态修复具有较好的净化和景观效果,同时其切实可行的工程技术措施可为类似工程提供良好借鉴。     

非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复专栏序言

沙河水库是北运河上游水系重要的节点和多源污染的重要聚集处.基于国家水专项北运河项目的“源-流-汇”全过程污染防控思路,沙河水库课题以改善水环境质量、提升水生态功能为目标,统筹“水环境、水资源、水生态和水动力”,识别和诊断其主要问题,研发与集成面向沙河水库的水环境质量改善与水生态修复关键技术;通过水位调控和工程示范,形成了适于非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复综合集成技术,支撑了沙河水库水环境质量改善及水生态修复综合示范区建设,促进了沙河水库水质改善和水生态功能提升,并支撑“北京市昌平区沙河湿地公园”项目获得了北京市发展和改革委员会批复立项.     

北京市景观水体嗅味污染特征

以北京市9处典型景观湖泊水体为研究对象,对其嗅味污染特征进行深入分析,并结合相关水质指标对水体嗅味污染特征进行初步解析. 研究发现,北京市景观水体中主要的嗅味污染物为土臭素(geosmin),2-甲基异莰醇(2-methylisoborneol,2-MIB)以及β-紫罗兰酮(β-ionone),其质量浓度平均值分别达613.84,1 319.57和143.00 ng/L. 通过对水质参数进行深入分析发现,北京市主要景观水体富营养化问题严重,TP是北京市景观水体的限制性水质因素,且有机物污染程度较高〔ρ(DOC)≥5.17 mg/L〕. 在研究的景观水体中,玉渊潭、福海和北海嗅味污染较为突出,前海和西海嗅味污染较轻. 北京市主要景观水体中嗅味污染与水中ρ(TP),ρ(DOP)和ρ(DOC)表现出显著相关,说明水体中存在的大量DOP和有机污染物是水体富营养化和嗅味污染的主要原因.      

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 Lab搭建流域二维水动力水质模型,探究水生植被覆盖率为0、30%、50%及70%等4种方案对湖泊水环境质量的改善效果.研究表明:水动力水质模型在研究区具有良好的适应性,水动力模拟精度优良,水位模拟Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）为0.78,相对误差（RE）为5.75%;随着水生植物群落覆盖率增加,水体停留时间延长,有效降低了河道内COD、氨氮、硝态氮等污染物浓度.当植被覆盖率达到70%,水体表面流速速率减缓,整体处于0.15～0.30 cm·s^-1,COD、氨氮、硝态氮污染物浓度降解速率减缓,模拟结果显示最佳的植被覆盖率处于50%～70%.     

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析. 结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前 (1992—2002年平均值) 的5.77、0.19 mg/L和59.90 μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12 μg/L,ρ(COD_Mn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统. 综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日. 因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.      

基于底栖动物群落特征的再生水回用河道环境质量评价

为更加全面地分析污水处理厂再生水回用于城市河道的生态安全性并评价其生境状态,该研究在宁波市某再生水回用河道的生态修复段进行了水质监测和底栖动物采样调查,通过计算Wright指数和综合水质标识指数对研究河段水质状况进行了分级评价。结果表明,再生水输入河道生态修复段后,河道常规水质指标稳定达到水环境功能区目标,Wright指数与其他自然水体相比也无明显差异。底栖动物指数与常规水质指标相结合的评价方法,可为再生水回用于景观河道的生态效应提供更为全面、合理的评价依据。     

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.      

北京市潮白河再生水补水河段水质时空变异

城市河道是城市再生水利用的主要载体,而人工湿地是城市再生水河道补水前主要的水质净化方式.为了解再生水补水与人工湿地对再生水补水段水质的影响,选取北京市潮白河再生水补水河段作为研究对象,利用聚类分析、判别分析及因子分析等方法对不同季节水体的水质情况进行分析.结果表明:研究区内水体氮磷污染严重,其中TN污染表现为NO₃--N、NO₂--N和NH₄+-N的混合型污染.聚类分析结果表明,水质在季节尺度上表现为丰水期（6-9月）和枯水期（2月、3月、5月和12月）两大类;在空间尺度上受再生水补水和湿地净化的影响表现为显著的空间差异性.判别分析结果表明,再生水补给对河道水质的影响无显著季节差异,湿地净化功能在丰水期和枯水期差异较大且丰水期湿地的净化效果最为明显.因子分析结果表明,再生水作为城市河道的补充水源,一方面对河道中的F-、Chl-a等起到稀释作用,另一方面使得水体中的N、P及离子含量增加;丰水期湿地的净化作用使水体中氮磷等有机营养物质含量及ρ（TDS）等显著降低.      

Ecosystem health assessment of urban rivers and lakes-Case study of "the six lakes" in Beijing,China

The assessment of the ecosystem health of urban rivers and lakes is the scientific basis for their management and ecological restoration. This study developed a three-level indicator system for its assessment. The results indicated that: Zhonghai and Nanhai are in the state of transition from unhealthy to critical state and all the other lakes are in unhealthy states. Water environmental quality, structure and function of the aquatic ecosystem, and the structure of waterfront areas were the constraints. Nanhai was ranked as poor and the others were all ranked as very poor. However, the ecological environment of Zhonghai and Nanhai were better than the others, the sums of the degree of membership to the healthy state and critical state were all close to 0.6. and the restorations of these lakes were moderate. The sums of the degree of membership to the healthy state and critical state of the other lakes were under 0.3, as it was difficult to restore these lakes. Some suggestions on scientific management and ecological restoration of the six lakes were proposed: ①To control non-point pollution and to improve the water quality of six lakes and the water entering into these lakes; ②To improve the hydrological conditions of six lakes; ③To rehabilitate the aquatic ecosystem and waterfront areas. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(11): 3019–3027[译自: 生态学报]     

人工湿地在雨水处理与湖泊水质改善中的应用研究

湖泊是城市生态系统重要组成部分,对城市的生态化建设具有特殊的意义。但近年来我国城市湖泊污染严重,水质堪忧。面对城市人工湖泊的水质恶化,水资源短缺等问题,我们对雨水、微污染湖泊进行了研究,结果表明雨水是一种可以利用的资源。文中介绍了雨水利用的重要性、城市雨水污染现状及城市雨水的处理与利用方法和人工湿地净化雨水补充湖水、改善湖水水质的系统设计及湿地植物选择与景观配置。     

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

城市流域降雨径流水质特性及初期冲刷现象

为了解城市流域降雨径流水质特性及其初期冲刷现象,以重庆市盘溪河流域和虎溪流域为研究对象,对6场降雨径流进行监测. 结果表明:各场次降雨中,城市流域降雨径流污染物浓度均呈抛物线型分布;在所监测的6场降雨中,盘溪河流域ρ(TSS)(TSS为总悬浮物)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为2 000、420、13.0、5.7 mg/L,虎溪流域ρ(TSS)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(Fe)、ρ(Zn)、ρ(Pb)、ρ(Cd)的平均值分别为33、38、2.6、0.7、1.1、0.1、2.1、0.2、0.6、0.06 mg/L. 在盘溪河流域和虎溪流域降雨径流中,磷均以颗粒态为主(分别占56%和87%),氮均以无机氮为主(分别占72%和82%). 盘溪河流域未发现明显的初期冲刷现象,虎溪流域初期40%的径流携带了50%~80%的污染负荷. 降雨径流流量分析表明,单峰降雨事件的峰值流量取决于且滞后于峰值雨强,多峰降雨事则件往往导致多峰流量响应.      

丹江口水库水体氮的时空分布及入库通量

为解析丹江口水库水体氮的时空分布特征及主要污染来源,以丹江口库区及主要入库河流为研究对象,分析了水体氮的空间分布、季节及年际变化;利用回归分析,解析了氮污染驱动因素;并估算了入库河流氮通量及对库区氮污染负荷的贡献率. 结果表明:研究区水体ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)分别在0.07~16.73和0.01~10.65 mg/L之间,年均值分别为2.34和0.71 mg/L,空间分布呈入库河流高于库区的趋势;季节特征表现为春季、冬季>秋季>夏季. 2005—2014年库区水体ρ(TN)整体呈先升后降的趋势,其中取水口陶岔断面ρ(TN)上升较快,2012年较2007年增加了1.5倍,2013年开始ρ(TN)有所下降,但仍然维持在较高水平. 近10年来库区水体ρ(NH₄+-N)始终维持在较低水平. 神定河、犟河、泗河、剑河等环库支流河口氮污染最严重,城镇化是造成流域水体氮污染的主要驱动力. 汉江TN入库量贡献最大,占63.0%,其中境外来水TN入库量占总量的59.2%,为达到丹江口水库生态环境保护要求的Ⅲ类水质(GB 3838—2002《地表水环境质量标准》)目标,汉江TN需削减量为16 715.0 t/a. 境内河流中,环库河流的TN入库量最大,其中泗河、老灌河、神定河、金钱河、犟河和天河等TN入库量较大,TN需削减量分别为 2 286.7、2 197.7、1 493.6、1 106.9、979.1和728.9 t/a.      

江西定南县离子型稀土尾矿周边水体氮污染状况与分布特征

为探究"稀土王国"江西省赣南地区离子型稀土矿对周边水体环境的影响,以离子型稀土矿分布密集区定南县濂江月子河流域和龙迳河龙头流域为研究对象,综合分析研究区特征污染物ρ（NH₄+-N）空间分布特征,采用相关性分析和主成分分析揭示其主要污染来源及影响因素.结果表明:①离子型稀土矿停产整顿半年后,濂江月子河流域和龙迳河龙头流域ρ（NH₄+-N）超过1.00和2.00 mg/L的采样点分别达72%和68%;pH范围为2.95~7.66,平均值分别为6.23和5.53,水体总体上偏酸性;ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、EC与ρ（NO₃--N）变异系数较大,均介于0.80~1.50之间.②相关性分析结果显示,ρ（NH₄+-N）与ρ（TN）、EC均呈极显著正相关（P < 0.01）;ρ（NH₄+-N）与pH呈显著负相关（P < 0.05）.③流经稀土尾矿区的水体中ρ（NH₄+-N）随距离增加呈现明显的空间梯度分布特征,即距稀土矿区边界200 m处水体中ρ（NH₄+-N）最高（12.20~200.00 mg/L）,其次为1.15 km内（3.69~11.80 mg/L）及3.5 km以上水体（0.80~1.51 mg/L）,矿区周边未受到采矿活动影响的水体中ρ（NH₄+-N）最低（0.03~0.15 mg/L）.④PCA结果表明,2条河流的主要环境影响因子为ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、pH和EC,主要受到周边稀土矿山尾矿的强烈影响.研究显示,离子型稀土矿原位浸矿开采停产半年后,重点小流域水体中ρ（NH₄+-N）高概率超标的现状仍然存在,受稀土开采活动影响较大.建议进一步开展重点小流域NH₄+-N剩余"库容"精算和矿山周边地表水定期监测.