河岸植被土壤系统对面源污染的削减和净化研究

具有一定群落结构的河岸植被土壤系统内部具有较大的生物生存空间和相互作用区域,其间生物地球化学联合机制,可以减缓径流,捕获泥沙,截断或去除地表径流、壤中流或渗漏水及浅层地下水中的氮磷等元素。各种污染物的净化效果受系统内部和外部条件影响,主要包括：污染负荷、系统宽度、植被类型、水文地质、土壤条件等因素。     

森林植被变化对水文过程和径流的影响效应

森林植被变化对水分分配和河川径流具有调节作用。对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：森林砍伐或火灾引起森林覆盖度下降会导致林冠截留率、凋落物对降水截留能力和蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力降低。不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但比较一致的结论是：除长江中上游外，森林砍伐会降低植被层的蒸发散，增加河川径流；反之，会减少河川径流量。森林火灾会导致林木蒸发散减少，河川径流增加。     

滇池流域荒台地植被恢复工程控制面源污染生态机理

利用标准径流小区技术研究了滇池流域荒台地植被恢复工程对水土及氮磷面源污染物控制效应,用枝叶吸附水量和土壤入渗特征指标评价了恢复的植被树冠截留和径流控制能力,分析了植物枝叶形态特征差异与树冠截留,人工植被恢复与径流调控的关系.结果表明,圣诞树、旱冬瓜和香根草对地表径流、土壤侵蚀及氮磷流失具有良好的控制作用.树冠截留能力强、土壤水库容量大的人工植被系统将导致地表径流、土壤侵蚀、氮磷流失显著减少.叶子小、无角质化、表面粗糙、有表皮毛、含水量低、生物量高,枝表面呈中等粗糙、不分泌脂类物质的植物,具有较高的鲜重吸附水率,能增加人工植被树冠截留.整地过程、植物根系生长和林隙灌草丛的自然恢复改善了荒台地土壤入渗性能,减少了地表径流,最终减轻了面源污染负荷.     

不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

农业流域“汇”型景观结构对径流调控及磷污染物截留作用的研究

选取天津于桥水库北岸桃花寺流域作为实验流域,进行了流域景观格局对生态水文及磷污染物迁移转化过程影响的野外实验研究.研究结果表明,流域中广泛分布于季节性河流附近的汇型景观结构(石坝、植草水道、植被过滤带、干塘、缓冲区等),通过滞留/缓冲功能,对地表径流的流速及流量具有双重调控作用,延长了养分物质在流域内部的滞留时间,对产生于不同源区的面源污染径流具有截留、吸纳、贮存作用,使径流中泥沙和磷素浓度逐渐得到降低,减少了养分对下游水体的负荷输出.多次降雨径流的监测结果表明,无论在大暴雨下的连续流事件还是在小雨下的间断流事件中,汇型景观结构均能表现出良好的养分持留功能.在2003年6月22日连续径流事件中,地表径流的流速可由系统入口处的37.2 cm·s-1降至系统出口处的11.1 cm·s-1,污染径流体积可削减50.2%,TSS、TP、TDP、DRP的持留率分别可达72.7%,69.3%,59.8%和57.9%.在间断径流事件中,污染径流全部为汇型景观结构所截留,泥沙和磷素的持留率更高.对21场降雨-径流事件的统计分析结果表明,干塘和植被过滤带是本实验流域控制污染物输出较为稳定的两种结构.     

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

防渗型生物滞留中试系统降雨径流水质与三维荧光特征

构建了两套防渗型生物滞留中试系统,在2017年3~4月期间,跟踪监测了系统在低温小强度降雨条件下的径流水质特点,并同步分析了降雨径流的三维荧光光谱特征.系统降雨径流水质监测结果表明,经系统净化后,出水污染物浓度波动较小,对NH_4~+-N和TP均有相对稳定的去除效率,可分别达到78.38%~95.03%和72.04%~76.04%.荧光光谱特征分析表明,生物滞留系统出水中的主要溶解性有机物(dissolved organic matters,DOMs)为蛋白类物质和类腐殖质物质,主要来自生物或水生细菌代谢物;系统对于Ⅰ区、Ⅱ区蛋白类荧光有机物和类富里酸具有较好的去除效果,去除率可分别达到57.33%~61.30%、29.82%~31.28%和35.55%~43.16%.径流水质与DOMs相关性分析表明,系统径流出水中的TN、TP和TOC均与芳香类蛋白质含量呈显著正相关关系,而NO_3~--N和NH_4~+-N与芳香类蛋白质含量呈显著负相关关系;TN浓度均与Ⅳ区DOMs(微生物代谢产物)和V区DOMs(类胡敏酸)呈显著负相关关系.     

雨水生物滞留系统关键设计参数研究进展

低影响开发(LID)雨水系统构建是海绵城市实现雨水控制与利用的有效手段,其中雨水生物滞留系统的设计对城镇区域削减雨水径流量与降低径流污染等具有重要的意义.在综合国内外研究成果的基础上,探讨了雨水生物滞留系统的规模、填料、植物、布局等关键设计要素的选择和确定方法.首先,对雨水生物滞留系统的规模设计方法进行了归纳总结,并阐...     

生物滞留系统去除雨水病原微生物的研究进展

雨水虽是一种可持续的非常规水源,但径流过程中携带的病原微生物对公共卫生及人类健康存在潜在风险。生物滞留系统是海绵城市建设中径流污染控制的常用源头措施,其不仅可去除常规性污染物,还可在一定程度上控制病原微生物,在雨水处理回用方面具有良好的应用前景。文章结合回用水质标准重点分析了生物滞留系统对病原微生物的削减效果,综述了强化型生物滞留系统对病原微生物的去除研究进展。传统生物滞留系统虽可有效去除病原微生物,但难以满足雨水回用要求,而选用抗菌性植物,增设抗菌填料或添加生物炭介质可显著提高系统对病原微生物的去除率。作者提出,今后的研究将重点关注雨水径流中病原微生物在生物滞留系统中的去除机理与过程模型,进而探寻系统的最佳运行条件与工艺设计参数,以提高系统对病原微生物的去除效果与稳定性。     

城市雨水径流热污染特征、负荷评估及其控制对策研究进展

目前我国关于城市雨水径流污染的研究大多集中于SS、COD、TN、TP、重金属、难降解有机物等污染物,而对于雨水径流热污染问题尚缺乏系统研究。城市雨水径流热污染不仅会导致水体溶解氧浓度降低,还会危及冷水性鱼类等水生生物的生存,进而破坏整个水生态系统的平衡。通过综述国内外城市雨水径流热污染研究进展,系统分析了城市雨水径流热污染来源及主要影响因素、城市雨水径流热污染机理和冲刷规律、城市雨水径流热污染负荷评估模型及方法比较、城市雨水径流热污染控制对策等,并提出了我国今后在雨水径流热污染方面的发展方向,以期为城市雨水径流热污染控制和土地可持续开发提供科学依据。     

植被过滤带阻控径流污染的机制及研究进展

植被过滤带是阻控径流污染的有效措施,其可通过滞留、下渗、吸附、吸收以及降解等机制截留径流中的污染物。文章综述了植被过滤带的发展历程,介绍了过滤带阻控径流中污染物的主要机制,归纳了植被过滤带的构成因素以及影响截留效率的因素,并概述了植被过滤带模型模拟的研究进展。最后,结合当前国内外研究成果及现状,归纳分析了今后还应继续深入研究的方向。     

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.     

新安江上游流域径流变化特征与归因分析

开展变化环境下新安江上游流域径流变化及其归因的研究,有助于理解湿润区水循环过程对气候变化和人类活动的响应机制。利用实测径流、气象资料和遥感植被指数（NDVI）数据,基于布迪克假设框架的弹性系数法,分析了新安江上游降水、潜在蒸散发（ET₀）和植被变化对径流的影响。结果表明：（1）实测径流序列转折点发生在1999年左右。2000-2015年径流深较1983-1999年下降了281 mm,相对变化率为20.8%,且21世纪初期径流下降尤为显著。（2）2000-2015年下垫面参数n较1983-1999年增加了52.5%,植被变化对径流影响显著增强。径流对气候变化更加敏感,且对降水敏感性超过潜在蒸散发。（3）气候变化是径流变化的主导因素,其次为植被变化。气候变化和植被变化分别导致径流深下降了145.37 mm和140.96 mm,贡献率分别为50.77%和49.23%。NDVI在2000年后增加显著（P<0.001）,植被变化的水文效应超过了降水和潜在蒸散发,未来长期的植被生态水文效应研究仍需进一步加强。     

生态沟渠-生物滞留池组合控制农村径流污染

生态沟渠和生物滞留池因其良好的径流污染控制能力和生态效益,日益受到广泛关注和应用,但单一的生态沟渠或生物滞留池在农村径流污染控制中常存在氮磷去除效果不稳定和基质易堵塞等问题.将两者串联构建组合系统,利用生态沟渠预处理去除部分污染物,可降低生物滞留池污染负荷和减轻基质堵塞;同时在生物滞留池中设置淹没区并添加天然载体碳源提升系统脱氮效果.研究了载体碳源、降雨强度和干湿交替等条件对生态沟渠-生物滞留池组合系统控制农村径流污染的影响.结果表明,投加稻草和木屑两种天然载体碳源分别将生物滞留池段的TN去除率提升19.9%和20.4%.模拟降雨强度从小雨增至大雨时,外加碳源组合系统COD、 NH⁺₄-N、 TN和TP去除率平均下降17.0%、 16.8%、 20.4%和17.2%,其中生态沟渠段对4种污染物的去除贡献平均降低16.3%、 13.0%、 24.2%和22.1%.干湿交替运行可提高系统的污染物去除效果,相较连续进水,干旱3周后木屑组TN平均去除率提升12.3%.微生物群落分析结果显示,木屑组和稻草组生物滞留池样品的α多样性高于对照组;投加载体碳...     

近50a东江流域径流变化及影响因素分析

以1956—2005年降雨、径流与气象资料为基础,应用Mann-Kendall趋势检验、小波分析以及R/S分析等多种方法,探讨了东江流域径流年际变化特征及其对气候变化以及植被覆盖变化的响应。结果表明:①50 a来流域年径流序列变化趋势不明显,存在4 a、7~9 a、11~13 a、16~22 a等4类尺度的周期性变化规律;河源、岭下站径流序列具有较强的状态持续性,博罗站持续性很小。②厄尔尼诺现象出现的当年,东江流域年径流量普遍减少;厄尔尼诺现象出现的次年,年径流量普遍增加。太阳黑子数的急剧变化,与东江径流量的丰、枯也有良好的响应关系。③50 a来,在降雨量呈不显著减少趋势的背景下,河源、岭下站径流仍然呈不显著增加趋势的主要原因是蒸发量下降的缘故,是气候因素和流域植被退化共同作用的结果。     

雨水生物滞留设施脱氮途径及效能研究进展

生物滞留系统中氮污染控制是雨水径流源头净化的关键环节,对缓解受纳水体的氮污染物负荷具有重要作用.本文总结了雨水径流中氮污染形态及来源,并分析了生物滞留系统中脱氮反应途径及其主要影响因素.生物滞留系统氮污染控制的主要反应途径包括同化反应、吸附、硝化反应、反硝化反应、异化还原为铵,主要依赖于脱氮功能微生物群落.此外,影响脱氮效果的主要因素包括植物类型、填料类型、淹没区设置、雨前干燥期及电子供体,并综述了因素影响下生物滞留系统中的脱氮效能.最后,对提高生物滞留氮污染控制效能提出了建议和展望.     

不同配置绿色屋顶径流水质特征及综合评价

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,但植被和基质等配置因素对其径流水质的综合影响尚不清楚,这限制了绿色屋顶的推广.通过在北京市区搭建3种植被类型［佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora,马齿苋）和无植被（对照）］、3种基质类型［田园土、改良土和轻质生长基质（轻质基）］和2种基质厚度（15 cm和10 cm）的12个绿色屋顶,基于2019年雨季降雨特征、各绿色屋顶径流量以及径流中营养盐和重金属浓度的监测,构建绿色屋顶径流水质指数（RQI）定量分析不同绿色屋顶配置对径流水质的综合影响.结果表明,植被可提高绿色屋顶径流削减率和有效降低径流中NO₃^--N的浓度,佛甲草和马齿苋绿色屋顶的RQI接近,径流水质均优于对照绿色屋顶;基质材料显著影响绿色屋顶径流削减率和径流中污染物浓度,轻质基绿色屋顶的径流削减率最低且径流中NH₄⁺-N、DFe、DMn和DZn的浓度均值最高,其径流水质劣于改良土和田园土绿色屋顶;基质厚度为15 cm的绿色屋顶径流削减率更高,其径流水质优于10 cm的绿色屋顶.研究结果可为绿色屋顶设计及径流水质综合评价提供科学依据.     

深圳市植被径流调节及其生态效益分析

依据Landsat TM影像,深圳土地利用现状图、地形图、DEM与行政区划图,通过ERDAS软件,对深圳遥感影像进行几何纠正、解译、分类。在阐释植被径流调节机理、生态效益计算原理及模型参数获取的基础上,以 ArcView为平台,运用Citygreen模型的计算预测功能,对深圳市植被径流调节作用与生态效益进行评估。结果表明：自1990年至2005年以来,深圳植被(林地为主)使曲度值年均减少17.5,降低幅度为20.77%;洪峰流量年均削减219.17m³/s,幅度在62%以上;地表径流深年均减少55.00mm,降低幅度为29.8%;峰现时间延迟10.32h,滞洪效应大于40%。植被径流调节生态效益年均达14.98×10⁸美元,占2005年深圳GDP的2.08%。上述结果显示出深圳植被径流调节作用与生态效益显著。但不同年份城市植被径流调节作用与生态效益呈递减趋势且速率加快,反映出快速城市化进程对植被的强烈冲击。     

雨水径流热污染的危害及控制策略分析

在城市化地区,雨水径流往往携带大量不透水下垫面富集的热量汇入受纳水体,从而对其造成热污染。目前,针对雨水径流热污染危害的研究及其控制标准和技术手段等方面均存在缺失。阐述了雨水径流热污染产生的原因及其对水生生物和水体环境的影响,对评价热污染负荷的常用参数、控制径流热污染的政策标准和技术手段等进行了分析,提出了雨水设施、项目或片区径流热污染负荷削减控制的量化计算方法,对目前我国常用雨水源头减排设施对径流热污染的控制效能进行了适用性分析,并结合我国实情给出了雨水径流热污染防治的对策和建议。