三峡水库库首地区大气降水化学特征

2009年6月~2010年7月对三峡水库库首地区大气降水的水化学特征进行了连续1年的研究.结果表明:三峡库首地区大气降水酸化严重,超过1/3的降水pH值低于4.5.SO42-和NO3-为降水中的最主要阴离子,雨量加权平均值分别为161.90,65.24μeq/L,二者分别占无机阴离子总量的66%、27%.Ca2+是最主要的阳离子,离子含量在8.89~932.90μeq/L之间,雨量加权平均浓度为108.34μeq/L,占无机阳离子总量的43%.季节变化分析表明,夏秋季节降水酸化严重,而冬春季节降水酸化不明显.不同季节相对酸度(FA)和中和因子(ＮＦ)分析表明,冬春季节的降水酸度主要受Ca2+离子的中和作用控制.主要离子来源分析表明,SO42-和NO3-主要来源于化石燃料燃烧,Na+、Cl-主要为海源输入的贡献,而Ca2+、Mg2+主要来源于陆壳颗粒物质.     

厦门地区大气降水氢氧同位素组成特征及水汽来源探讨

采集厦门地区6个站位春、夏和冬季的大气降水样品,并用稳定同位素质谱仪分析降水样品中的氢氧同位素值(δD和δ18O).结果表明:厦门地区大气降水中δD和δ18O值春季最高(-7.86‰±8.07‰和-2.18‰±0.80‰),夏季最低(-61.17‰±4.85‰和-8.42‰±0.62‰).本文同时利用HYSPLIT模型对不同季节厦门地区水汽来源及输送路径进行追踪,发现厦门地区夏季降水主要受到来自南海及西太平洋气团的影响,期间降水量大,δD和δ18O值较低.厦门地区大气降水线方程为δD=8.35δ18O+12.52(R2=0.906),与全球降水线方程(δD=8.17δ18O+10.56)相比,截距及斜率略有偏高.厦门地区氘剩余值(d值)波动范围较大(-5.13‰~32.25‰),说明厦门地区降水的水汽来源较为多样,降雨条件较为复杂.厦门地区降水中d值表现为冬季高,春季次之,夏季低的季节性变化特征.年尺度下,厦门地区氢氧同位素与降水量在呈显著的负相关关系(r分别为-0.477和-0.369,p0.01).     

大气降水中稳定同位素研究进展

酸雨是目前人类所面临的主要环境问题之一,中国已成为继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区。大气降水化学组成、物质来源及其贡献是酸沉降研究的重要内容,可以为酸雨成因、发展趋势和制定相应政策提供依据。大气降水同位素组成是解析和确定降水物质来源及其贡献的重要手段。大气中的二氧化硫和氮氧化合物是导致雨水酸化的两个主要组分,另外我国大气降水中还含有大量碱性离子可以中和雨水中的酸性物质。本文对硫、氮、锶同位素在大气降水中物质示踪方面的应用进行了总结,并提出了一些值得重视的研究方向。     

西南喀斯特农业区大气降水化学及硫同位素组成特征

西南酸雨区属于中国重要的酸雨区,为了理解其中喀斯特农业区酸雨成因及其变化趋势,本研究于2016年5月至2017年9月在中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站进行了大气降水采集(n=147),分析了其水化学成分和硫酸盐硫同位素组成(δ~(34)S-SO_4~(2-))。结果表明,研究区内710%的降水为非酸性雨水(pH56),降水中SO_4~(2-)和Ca~(2+)为主要离子,分别占总阴、阳离子浓度的781%和566%。与研究区2008年降水中硫酸盐浓度(加权平均浓度为1406μmol/L)相比,本次采样期间降水中SO_4~(2-)浓度(加权平均浓度为989μmol/L)显著降低。在研究期间,降水δ~(34)S-SO_4~(2-)为-65‰～212‰,加权平均值为13‰±62‰,与贵阳2008～2009年降水δ~(34)S-SO_4~(2-)(平均值-28‰±14‰)相比有所升高,说明研究区降水硫酸盐中来自工业燃煤排放的贡献降低。研究区降水化学组分和δ34S-SO_4~(2-)均受到降雨量的影响,随着降水量减小,SO_4~(2-)浓度升高,δ~(34)S-SO_4~(2-)则下降,工业燃煤对雨水中硫酸盐的贡献也增加。西南喀斯特农业区大气硫酸盐沉降介于城市和森林之间,季节变化明显,受控于工业燃煤排放和生物成因硫释放。该研究表明优化产业结构,降低工业燃煤,可进一步优化大气环境。     

内蒙古夏季大气降水同位素特征及影响因素

为探明内蒙古地区夏季大气降水中δD和δ¹⁸O组成特征及其对气象因子变化的响应关系,于2017~2019年夏季采集了内蒙古阿拉善左旗、呼和浩特市市区、正蓝旗、克什克腾旗（达里湖）、通辽科尔沁左翼中旗和呼伦贝尔新巴尔虎右旗（呼伦湖）等6个区域共计82次大气降水样品,结合来自全球降水同位素观测网（GNIP）的包头、张掖等6个区域大气降水样品中δD和δ¹⁸O数据,分析了内蒙古地区大气降水中δD和δ¹⁸O变化的区域差异及其主要影响因素,结果表明：内蒙古局地大气降水中δD和δ¹⁸O值存在自西向东不断偏负的趋势,其中呼伦贝尔新巴尔虎右旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏负;相对地,西部阿拉善左旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏正;内蒙古地区局地大气降水线斜率和截距同样表现出自西向东逐渐偏正的变化趋势,显示二次蒸发作用的影响逐渐下降,且局地蒸发水汽团对西部地区大气降水影响明显,如位于西风环流影响区的阿拉善左旗等区域局地蒸发气团占到8月部分单次大气降水来源水汽团的100%,而7月份,东亚夏季风环流对内蒙古局地大气降水的影响最为明显;整体上,虽然区域大气湿度变化引起的二次蒸发是影响内蒙古局地大气降水过程的一个关键因素,不过大气降水量对夏季大气降水稳定同位素组成的影响最明显.即西风环流影响区大气湿度变化对氘盈余指数d值的影响程度明显强于东亚夏季风区大气湿度变化的影响,而东亚夏季风环流影响区大气降水量对d值的影响程度则相对明显.     

西藏雅鲁藏布江中、下游地区大气降水同位素分布特征

雅鲁藏布江中、下游地区的雨水方程为 :δD =7.54δ18O +1 5.92 ,表现出该地区为强烈蒸发特征。氢、氧同位素空间分布特征 :δD、δ18O东部高 ,西部低 ;氚值 (T)东部低 ,西部高 ,这与孟加拉湾降水云气的形成、动态运移过程及青藏高原的自然环境、气候条件有关。     

用稳定同位素方法探讨大气颗粒物中硫的来源

以五级撞击式大气颗粒物采样器采集贵阳城、郊大气颗粒物样品,分析了不同粒径大气颗粒物的全硫同位素组成,以此为基础,探讨了大气颗粒物中硫的来源,同时初步查明了贵阳城、郊大气颗粒物全硫同位素组成在时间和粒径上的变化趋势：（1）大气颗粒物的硫同位素组成变化范围随粒径变小而减小。说明伴随粒径变小,颗粒物中硫的来源趋向简单,硫越来越多地由气相硫转化而来。（2）春季样品各级颗粒物的δ₃₄S值有低于夏季的趋势。这反映出,燃煤排放的SO2通量与生物源硫化物通量在时间上的消长关系是控制颗粒物中硫的来源构成的一个重要因素。     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

生长条件对苔藓硫含量和硫同位素组成指示大气硫沉降的影响

对相同大气沉降和土壤背景但生长条件不同的苔藓w（S）和δ（34S）进行了分析. 土生苔藓w（S）高于石生苔藓,表明土壤对苔藓w（S）指示大气硫沉降有影响. 受树冠遮挡的苔藓w（S）偏低反映了树冠吸收会削弱冠下的大气硫输入,而不同类型树冠对大气硫的截留吸收程度不同,这可能是造成树冠下方苔藓w（S）存在差异的主要原因,但随树冠厚度变化无明显规律.石生苔藓δ（34S）与大气硫δ（34S）吻合,而土生苔藓δ（34S）明显受土壤硫的影响而偏正. 此外,树冠下苔藓δ（34S）偏高还与树冠吸收大气硫的过程中发生34S歧视有关,苔藓δ（34S）随树冠厚度增加而偏正,进一步证实了树冠的长期吸收会使沉降到树冠下的大气硫源δ（34S）偏正. 因此,受生长条件歪曲了的苔藓w（S）和δ（34S）不能用于解释大气硫沉降的变化和来源,开阔地的石生苔藓比土生苔藓和受树冠遮挡的苔藓更具有大气指示意义.      

Sustainable development pattern and strategy in the Three Gorges Reservoir Areas

The development pattern, development situation, and existing problems of land exploitation in Zigui County, Three Gorges Reservoir Areas of China were presented. The sustainable development mode and its strategy in the Three Gorges Reservoir Areas was also discussed. A sustainable development framework for low mountain regions, middle mountain regions and high mountain regions was developed, and management countermeasures for structural optimization of complex ecosystems were advanced.     

Sustainable development pattern and the strategy in the three Gorges Reservoir Areas

The development pattern,development situation,and existing problems of land exploitation in Zigui County,Three Gorges Reservoir Areas of China were presented.The sustainable development mode and its strategy in the Three Gorges Reservoir Areas was also discussed.A sustainable development framework for low mountain regions,middle mountain regions and high mountain regions was developed,and management countermeasures for structural optimization of complex ecosystems were advanced.     

Occurrence and infection risk of waterborne pathogens in Wanzhou watershed of the Three Gorges Reservoir, China

The Three Gorges Reservoir (TGR), formed by China’s Yangtze Three Gorges Project, is the largest lake in the world, but there is too little information available about fecal contamination and waterborne pathogen impacts on this aquatic ecosystem. During two successive 1-year study periods (July 2009 to July 2011), the water quality in Wanzhou watershed of the TGR was tested with regard to the presence of fecal indicators and pathogens. According to Chinese and World Health Organization water quality standards, water quality in the mainstream was good but poor in backwater areas. Salmonella, Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC), Giardia and Cryptosporidium were detected in the watershed. Prevalence and concentrations of the pathogens in the mainstream were lower than those in backwater areas. The estimated risk of infection with Salmonella, EHEC, Cryptosporidium, and Giardia per exposure event ranged from 2.9 × 10 -7 to 1.68 × 10-5 , 7.04 × 10-10 to 2.36 × 10-7 , 5.39 × 10-6 to 1.25 × 10-4 and 0 to 1.2 × 10-3 , respectively, for occupational divers and recreational swimmers exposed to the waters. The estimated risk of infection at exposure to the 95% upper confidence limit concentrations of Salmonella, Cryptosporidium and Giardia may be up to 2.62 × 10-5 , 2.55 × 10-4 and 2.86 × 10-3 , respectively. This study provides useful information for the residents, health care workers and managers to improve the safety of surface water and reduce the risk of fecal contamination in the TGR.     

三峡库区腹地大气微量金属干湿沉降特征

为研究三峡库区腹地大气微量金属沉降特征,在万州城区采样点收集了2014年1月~6月的干湿沉降样品,在云阳晒经村(工厂区)、云阳高阳(场镇郊区)、开县白家溪(自然保护区)、开县野塘溪(县郊区)、开县大德(乡村区)收集了2014年4月的干湿沉降样品;分别测定了样品的p H值、电导率和微量金属元素(Al、As、B、Ba、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Li、Mn、Pb、Ni、Sb、Sr、Sn、Ti、Zn、V).结果表明:1万州城区酸雨频率为48.44%,酸雨主要集中在1~4月.不同功能区酸雨频率高低顺序为:工厂区万州城区县郊区场镇郊区自然保护区乡村区.2湿沉降中20种微量金属质量浓度均低于国家地表水环境质量标准Ⅲ级标准限值,而Cd、Cu、Pb和Zn不同程度超Ⅰ级标准限值,其中工厂区相对严重.3万州城区干沉降提取液p H值在4.91~6.74之间,平均为5.79.各功能区干沉降酸度高低顺序为:工厂区县郊区万州城区乡村区场镇郊区自然保护区,这与湿沉降酸度顺序完全一致,说明干湿沉降中主要酸性物质具有同源性.4万州城区Ba、Co、Cu、Cr、Li、Mn、Ni、Sr、Zn干沉降超过湿沉降,而Al、As、B、Bi、Cd、Fe、Pb、Sb、Sn、Ti、V湿沉降大于干沉降.富集因子分析表明,万州城区Al为中等富集,Bi和Cd显著富集.     

三峡库区水体多氯联苯污染特征与环境交换

为了掌握三峡库区水体多氯联苯环境污染状况,在长江三峡库区分两次采集了91件水体样品,并用气相色谱(GC-ECD)内标法分析了多氯联苯(PCBs)的含量,研究了三峡库区水体中PCBs的残留水平及其环境交换。结果表明:库区水体中PCBs的含量范围为N.D.～48.67ng/L,均值为24.34ng/L(共31种),最大值出现在朝天门,为48.67ng/L;干流断面采样点PCBs的含量仅有一个点位超过了《地表水水质标准》(GB3838—2002)标准,超标倍数为1.16倍;长江支流PCBs的分布特征是,与嘉陵江有关的采样点PCBs的含量都相对较高,其次是大宁河,但与嘉陵江同等级的乌江其含量却很低;水库中PCBs的环境交换主要集中在被淹没的土壤与库区水体之间,因此三峡大坝的蓄水和冲砂会使曾经被吸附的PCBs释放出来,导致库区水体中PCBs的含量增加。     

三峡库区出露期消落带沉积物磷分布特征

为了揭示经历完整反季节干湿交替周期消落带沉积物磷的源汇转化趋势,分析了三峡库区出露期消落带沉积物中磷酸盐的分布特征及含量变化.结果表明,首次经历完整反季节干湿交替的消落带宏观上表现出沉积物总磷(TP)累积现象,但覆水沉积物TP>落干沉积物TP,表明夏季水库开闸放水排沙,且消落带夏季出露期降雨资源丰富,有利于出露消落带表层沉积物被冲刷排除.有机磷(Or-P)含量升高是导致首次经历完整反季节干湿交替的消落带沉积物总磷积累的主要原因.消落带反季节干湿交替有利于沉积物中活性较高的活性磷(Ac-P)、Or-P的累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷(O-P)、钙磷(Ca-P)排出.     

三峡小江回水区磷素赋存形态季节变化特征及其来源分析

磷被普遍认为是富营养化的限制性因子,但河道型的三峡水库支流回水区在变化的水动力条件下磷的季节变化有其独特性.对2007年3月～2008年3月三峡小江回水区磷素的跟踪观测结果进行了分析.研究期间小江回水区总磷(TP)平均浓度为(61.7±2.7)μg·L~(-1),虽然各采样断面磷浓度差异不大,但其季节变化明显,大体上冬季最高、夏季较高、春季次之、秋季较低.颗粒态磷占TP平均浓度的54.05%,是TP的主要组成部分.结合同期对叶绿素a、悬浮无机颗粒物、悬浮有机颗粒物、河口流量、河口水位等主要环境变量的跟踪观测结果发现,颗粒态磷以吸附于泥沙颗粒表面或同矿质相结合的无机形态为主,并在降雨、径流的作用下进入水体使水中TP含量增加,该现象在低水位运行状态下更加明显.而在高水位运行条件下水动力条件的改变使磷素赋存形态向溶解态形式转变.小江回水区藻类生长对溶解性磷酸盐的生物利用过程十分明显,溶解性磷酸盐浓度同叶绿素a显著负相关.TP亦同叶绿素a呈负相关关系.研究认为,降雨、径流强度的加大及水位的降低虽然带来丰富的营养物,但亦使河道型的回水区水体更新周期缩短;而悬浮颗粒浓度升高导致的水体光学透射性能的下降以及洪水脉冲带来的不稳定的生长环境却阻碍了浮游植物的进一步生长和繁盛,这两方面综合作用的结果可能是小江回水区TP-Chla负相关的原因.     

三峡水库大宁河回水区藻类生长与三态磷盐变化特征分析

多年的调查数据表明,每年的3～6月是大宁河回水区水体营养盐及藻类含量增长期。在2011年3—6月对大宁河回水区整个区域的调查过程中发现,水体磷盐含量从回水区上游至入长江河口逐渐增大,总磷0．010～0．257mg／L,溶解性磷0．010～0．208mg／L,正磷酸盐0．010～0．179mg／L;磷盐3个指标中,正磷酸盐变异性最大（各断面59％～85％）,能够较好地反映藻类消耗磷盐的情况。正磷酸盐和藻类生物量呈显著负相关关系,且在自然水体中有明显分层。在室内培养条件下采用线性关系粗略分析,藻类能在水体正磷酸盐含量较低时释放和转化磷盐,其藻类生物量理论极限容量值略高于天然状态。室内培养藻类发现,藻类生长过程中先是个体的增长,之后数量增殖,但平均体积会变小。藻类生长活性有一个由强到弱然后再增强的过程,而较低正磷酸盐浓度会抑制藻类的生物活性使其一直处于一个较低的水平。     

基于BP神经网络的三峡库区土壤侵蚀强度模拟

降雨侵蚀力变化是一复杂过程,其变化存在一定的随机波动性,土壤侵蚀是三峡库区生态环境脆弱最主要的影响因素之一,查明库区土壤侵蚀强度的演化过程及未来趋势是库区生态文明建设过程中急需解决的关键科学问题。论文基于三峡库区1990年侵蚀降雨特征,利用BP神经网络对2010年75个站点降雨侵蚀力进行模拟、验证,预测2030年75个站点降雨侵蚀力。选取2030年预测结果中位于库区周围的27个站点,结合2030年库区自然增长、生态保护情景下土地利用模拟数据,使用RUSLE计算2030年土壤侵蚀强度。结果表明：1）2010年库区降雨侵蚀力模拟相对误差为15%,测试样本数据相对误差为14.67%,预测相对误差为19.65%,NE系数为0.85,说明BP神经网络对库区降雨侵蚀力具有良好模拟效果;2）2010年库区土壤侵蚀强度的Kappa指数为0.75,计算结果能满足模拟与预测需求;3）在土地利用不变情况下,2030年库区轻度、中度侵蚀面积均有所增加,微度及强烈以上侵蚀面积均呈减少趋势,且侵蚀强度转变中的58%来源于相邻侵蚀强度,跨侵蚀等级区的较少;4）在降雨侵蚀力不变情况下,自然增长、生态保护情景下未来土地利用变化所导致的土壤侵蚀均呈下降趋势,后者下降的趋势更为明显;5）在降雨侵蚀力及土地利用均变化的情况下,自然增长、生态保护情景下土壤侵蚀均呈下降趋势。     

三峡库区次级河流营养状态及营养盐输出影响

通过对三峡库区15条次级河流TP、TN、Chla、高锰酸盐指数、SD和浮游植物的测定,分析了次级河流的营养状态及营养盐输出状况.结果表明,次级河流TN、TP、高锰酸盐指数、Chla含量和SD差异较大,SD范围为0.45～1.5 m,TN含量范围为0.65～4.27 mg·L^-1,TP含量范围为0.011～0.432mg·L^-1,高锰酸盐指数范围为0.657～5.37mg·L^-1,Chla值范围为0.57～12.2mg·m^-3.次级河流受到不同程度污染,水体中N含量丰富,部分次级河流富营养化的限制因子为P.利用综合营养状态指数法评价了次级河流富营养化程度,结果表明3条达到轻度富营养化,2条为贫营养,10条河流为中营养.次级河流藻类7门67属129种,种类数以硅藻、绿藻和蓝藻最多.浮游植物的群落类型以硅-绿藻型、硅-蓝藻型和蓝-绿藻型为主,种类和数量随水域不同而呈现差异,水体营养特征为浮游植物响应型.15条次级河流年排放TN、TP和高锰酸盐指数分别为3.14×１０⁵ t、1.76×１０⁴ t和2.74×１０⁵ t.三峡水库完工后,由于次级河流河口区水体流速减缓,富营养化趋势可能加重.