密云水库上游河流水质空间异质性及其成因分析

于2018年非汛期(4—5月)和汛期(8—9月)在潮白河上游流域布设28个监测断面,监测了11项水质指标并进行统计分析,同时,结合GIS空间分析功能来分析水质时空变化特征及其成因.结果显示:从时间上来看,密云水库上游水质表现为汛期差于非汛期,非汛期主要污染物为TP,其均值(0.29 mg·L~(-1))超过了Ⅲ类水质标准且变异系数较高(0.89),存在显著的空间差异,受点源、沿河岸农业面源和第一产业活动的影响较大;汛期主要污染物为TN,其均值(5.98 mg·L~(-1))超出了Ⅴ类水质标准但变异系数不高(0.55),有机物和泥沙的变异系数相比非汛期都有所增加,说明汛期呈现更加显著的变异性,受流域面源、第一产业和生活污染的影响较重;从空间上来看,潮河水质差于白河,潮河主要污染物是TN和TP,主要受农业面源和第一产业活动的影响,白河主要污染物为TP和有机物,主要受第三产业和第一产业的影响,受农业面源污染的影响相对较低.     

景观类型与景观格局演变对洪泽湖水质的影响

基于Landsat序列遥感影像数据解译进行了景观类型分类,分析了2008—2018年洪泽湖16个监测点位水质数据变化特征,从流域尺度研究了景观类型和景观格局演变对湖区水质的影响机制.研究结果表明,洪泽湖区主要水质风险指标为总氮（TN）和总磷（TP）,淮安南区域TN和TP浓度较高.2000年之前洪泽湖流域内景观类型主要为旱地（43.3%）,2000年后主要景观类型逐渐转变为水田（37.7%）和建设用地（23.6%）.建设用地、水田、入湖河流、围圩和围网养殖面积与湖区TN和TP浓度呈显著正相关,林地和草地面积与TN和TP浓度呈显著负相关.围圩养殖面积对TN浓度变异解释度最高,建设用地面积对TP浓度变异解释度最高,分别为47.6%和43.2%.近20年洪泽湖流域景观破碎度增大,斑块密度指数（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与湖区TN、TP浓度呈显著正相关.建设用地、围网和围圩养殖面积增加以及景观破碎化增强与湖区TN和TP浓度上升密切相关.减少围圩和围网养殖的面积比例,控制建设用地和水田规模,降低生态空间景观破碎度,是维护和修复洪泽湖水质安全和水生态健康的重要抓手.     

1951—2017年滇池流域极端降水变化及湖体水质响应

极端降水是流域水文水质变化的重要驱动事件.本研究使用RclimDex、随机森林回归和Mann-Kendall等方法分析了滇池流域多年极端降水指标变化特征及其对滇池湖体水质的影响,评估了不同极端降水指标、经济社会指标、人为氮磷输入量、调水量等驱动因子对滇池TP、TN浓度的重要性.结果表明：近67年间,滇池流域的总降水量没有显著变化,极端降水的频次及强度显著降低,但由于极端降水对流域总降水量的贡献较大,流域面临的极端降水风险较大.近20年来,滇池湖体TP、TN浓度呈显著降低趋势,水质显著好转,但极端降水将持续影响滇池水质,并且,在人为氮磷输入与极端降水变化的双重作用下,滇池水质持续好转的压力较大.     

近25年洞庭湖水质演变趋势及下降风险

利用1991~2015年水质数据研究了洞庭湖水质演变特征,识别了主要驱动因子,并探讨了水质下降对其生态风险影响.结果表明,1991~2015年间,洞庭湖水质总体呈下降趋势,TN和TP是影响水质变化的主要指标,其浓度年均值分别介于1.060~2.072mg/L和0.026~0.146mg/L;其中,1991~2002年间,TN和TP浓度均显著上升,多元回归分析显示水位和泥沙淤积是导致洞庭湖TN和TP浓度升高的主要因素;2003~2015年间,TN浓度进一步明显上升,而TP浓度维持高位,波动变化,氮、磷负荷输入量和水位是影响TN和TP浓度变化的主要因素.洞庭湖生态风险等级则由轻微风险转变为中等风险,TP是影响生态风险的主要水质指标;受洪水、农业面源污染和城市化等影响,洞庭湖磷风险时空差异较大,1991~2008年间,各湖区磷风险均有所升高,其中西洞庭湖磷风险增长幅度最大;2009~2015年,各湖区磷风险均有所降低,其中西洞庭湖下降幅度最大,而东洞庭湖下降幅度较小.因此,进一步控制入湖氮磷负荷、优化水位及重点关注磷风险是保护洞庭湖水生态的重要举措.     

南运河沧州段水质污染特征分析及防治对策

以南运河沧州段水系主要干支流2016年5月至2017年4月23项指标的监测数据为依据,采用水质类别法和平均综合污染指数法,对水质污染特征进行综合评价,运用主成分分析对水质指标主成分进行分类。结果表明,南运河沧州段地表水污染较重,受上游来水影响较大,水质为Ⅳ类~劣Ⅴ类,标准指数最高的指标为TN、COD和NH3-N;其次为CODMn、BOD5、TP和F-,其它指标均满足地表Ⅴ类标准要求;水质由一个主成分为组成,主要污染源为生活和农业污染。通过分析诊断南运河污染成因,从水生态、水资源、水环境角度提出了防治对策。     

滇池流域水环境承载力及其动态变化特征研究

为了定量分析人口增长、经济发展、资源短缺和环境污染等因素对流域水环境的综合影响,建立了湖泊水环境承载力多目标优化模型.同时,选取人口、灌溉面积、国民生产总值(GDP)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)作为水资源和水质量承载力指标,运用层次分析法(AHP)确定各指标对湖区水环境承载力的权重,并运用指标体系评价法分别计算了2003—2010年滇池流域水环境承载力.结果表明,流域内人口承载度超标,经济承载压力显著增长,富营养化指标——TP、TN呈高负荷波动状态.滇池流域水环境承载力为负承载,水质量承载力影响程度更大.研究结果可为滇池流域的社会经济发展规划、生态环境保护和水资源可持续利用提供科学依据.     

1996-2015年大伙房水库水环境演变特征

水质恶化是水库水生态健康主要胁迫因子之一,准确地认识水环境演变特征是解决水环境问题的首要步骤。通过对位于抚顺市上游的大伙房水库长时间序列的水质变化和主要驱动因素研究,揭示其长时间尺度上的水质变化规律,为大伙房水库环境污染控制与治理提供参考。基于大伙房水库1996-2015年水质监测数据,采用Mann-Kendall趋势检验法和相关性分析法分析了ρ(高锰酸盐指数)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chl a)的年际和年内变化趋势,以及引起4项指标变化的主要环境因素。分析结果表明:1996-2015年大伙房水库库区水质主要指标高锰酸盐指数、TN、TP、Chl a浓度时间序列的线性回归趋势斜率估计分别为-0.03、0.06、0.000 4、-0.14,Mann-Kendall检验斜率估计分别为-0.02、0.06、0.000、-0.15,2个趋势检验结果一致。ρ(Chl a)呈现显著下降趋势,ρ(TN)呈现显著升高趋势,ρ(高锰酸盐指数)、ρ(TP)无明显的变化趋势。从年内变化来看,ρ(高锰酸盐指数)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chl a)月份之间有明显的差异。研究显示:ρ(Chl a)年内变化的主要影响因素为季节温度的变化,出现明显的季节性质量浓度周期变化规律;ρ(高锰酸盐指数)和ρ(TP)主要影响因素为大伙房水库流域内的地表径流量;ρ(TN)主要受耕地化肥消费和流域内径流量的影响。     

基于自组织映射与哈斯图方法的地表水水质评价研究

地表水水质评价是水资源管理与保护中的非常重要的问题.本研究主要目的是应用自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)与哈斯图方法(Hasse Diagram Technique,HDT)对地表水水质监测数据集进行分类、建模、解释与评估.以西苕溪流域为例,对其50个断面于2010年6月-2011年5月进行月频率的水质监测.应用SOM分析发现,水质参数可分成10个聚类组,反映了西苕溪流域水质丰、平与枯水期特征,pH、高锰酸盐指数(CODMn)在各个水期变化不大;溶解氧(DO)在枯水期与平水期相对较高,水质具有一定的自净能力;丰水期的氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)与总磷(TP)值相对较小;西苕溪流域TN:TP(氮磷质量比)平均为46,监测期间变幅较大为2～482,监测期内有66.7％的水质样本处于磷限制状态,仅有3.2％处于氮限制状态,存在氮限制与磷限制交替出现的状态,表明流域总体处于磷限制状态.选取CODMn、NH4+-N、TN 与TP指标进行HDT综合分析,反映流域上游水质较好,中、下游水质相对较差;敏感性分析结果表明,CODMn敏感性数值最大为235,其次是TN为156,、NH4+-N与TP分别是61与34,表明西苕溪流域的CODMn、TN存在较大的环境风险.建议在西苕溪流域即将开展的环境整治与规划时应考虑开发相关的削减技术与制定相关措施政策以减少CODMn、TN污染.     

三峡水库典型支流不同时期的水质污染特征及其影响因素

为探究三峡水库特殊调度运行模式下支流水质分布特征及其主要影响因素,以库区一级支流香溪河和神农溪为例,于2018年7月（汛期）和10月（蓄水期）现场采样分析,利用水质指数（WQI）法进行水质评估和水质特征分析,并综合三维水动力观测资料、干支流水量交换分析识别水质变化的驱动因素.结果表明：①影响香溪河和神农溪WQI的主要参数为TN、NH₄⁺-N,且两支流WQI在7月为63~69,水质一般;10月为74~82,水质良好.水质在10月显著好于7月（p<0.01）,两支流间的WQI无显著差异（p>0.05）;另外,WQI在中间段要大于近河口和近上游段.②长江干流倒灌水体对支流水质的好坏起主导作用.汛期倒灌强度小但倒灌水体营养盐浓度较大,会增加支流营养盐浓度;蓄水期倒灌强度大但倒灌水体营养盐浓度较小,会稀释支流营养盐浓度.③支流流域面源污染协同加剧支流水质污染.汛期降雨驱动了面源污染的增加,在多因素共同作用下支流库湾TN、NH₄⁺-N在7月的累积量高于10月.研究结果可为当地水环境管理和治理提供方向,丰富大型河道型水库水环境演变相关科学认识.     

2017~2020年长江流域水体污染物通量时空变化特征分析

基于2017~2020年长江流域重要水系节点各污染物监测数据,在时空尺度下开展对长江流域干、支流水系通量变化规律的研究,从断面水量和水质及通量等方面分析其空间变化响应、年际变化趋势和通量相关性关系分析,揭示长江流域上游、中游和下游污染物通量时空贡献特征.结果表明,4年来长江流域主要污染物浓度整体呈下降趋势,总磷(TN)和氨氮(NH⁺₄-N)浓度下降较为明显,干流总氮(TN)和总磷(TP)浓度均在空间分布上呈现自西向东逐渐增高趋势,上中下游高锰酸盐指数在2017~2020年分别下降18.5%、16.0%和14.0%,以上游下降幅度最高.径流量空间分布年均值从466亿m³显著增大到9923亿m³,支流河湖水系中两湖流域水量贡献最大,主要污染物中高锰酸盐指数、总磷(TP)和总氮(TN)通量年均呈现先增后减的趋势,岷沱江、嘉陵江和中游两湖地区污染物通量对入江贡献较大,不同区域水环境下通量存在差异性.相关性和层次聚类分析结果表明,高锰酸盐指数和总磷(TP)通量与水量呈极显著性相关,通量关系间生化需氧量(BOD₅)与总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)有显著相关性,主要污染物在汛期和非汛期差异性较强,在7~9月汛期反应强烈.研究结果可为长江流域水环境统筹管理与精准化防治等方面提供科学依据与理论支持.     

基于WQI法的鄱阳湖水质演变趋势及驱动因素研究

选取2003—2016年16项水质参数,采用WQI水质指数法,研究了近14年鄱阳湖水质演变特征及影响因素.结果表明:①水质WQI均值为(37.61±7.71),处于"良好"水平,但氮磷污染较严重.②水质WQI值变化可分为两阶段,其中2003—2010年间年际变化较大,WQI(TP)由70.7下降至65.20,而WQI(TN)由59.44增加至67.43,相比而言TP污染程度较TN严重;2011—2016年总体稳定,年际变化较小,而WQI(TP)和WQI(TN)值却显著增加,这一阶段TN污染程度超过TP.③鄱阳湖水质2003—2010年TN浓度增加与工业废水和生活污染负荷增加相关,而TP浓度下降则与流域磷污染控制加强有关;2011—2016年,TN和TP浓度增加与生活及旅游污染负荷快速增加密切相关;水质空间变化与"五河"入湖氮磷负荷有关,表现为北部湖区水质较好,西南湖区TP超标严重,而东南湖区TN污染程度最高.     

基于陆基遥感研究降雨过程对人民渠水质影响

利用监测频率为1min的陆基高光谱水质遥感监测仪于2021年9月24日～11月18日在四川德阳人民渠对浊度、悬浮物、总磷等关键水质参数开展连续监测,精细刻画了水质分钟级的动态变化特征,并结合逐时降水数据探究了不同雨强对人民渠水质的影响.结果显示:降雨量与浊度(r=0.82,P<0.001)、悬浮物(r=0.88,P<0.001)和总磷浓度(r=0.81,P<0.001)均存在极显著正相关,而降雨量与总氮浓度(r=0.39,P=0.07)存在正相关但相关性不显著.当小雨时,降雨量少,没有形成明显的地表径流,河流水质几乎不受影响;大雨及暴雨时,地表径流的形成造成浊度、悬浮物和总磷浓度显著增加,总氮浓度增长幅度则较为平缓.通过高频水质数据可以精细刻画从高强度降雨发生到引发流域氮磷污染物大通量、脉冲式输入再到水质短期剧烈变化这一关键流域污染过程,研究结果为高强度降雨频发地区和未来极端降雨增加情景下流域的污染物控制和综合治理措施提供科学依据.     

流溪河水库水环境容量研究

研究在流溪河水库水质现状调查的基础上,结合历史调查资料,采用了Vollenweider模型、OECD模型对流溪河水库水质进行了模拟并对TN、TP水环境容量进行了计算。结果表明,水库的TN、TP水环境容量在2005-2009年间分别是364.21-661.49 t/a、25.37-44.15 t/a,水环境容量与降雨量呈正相关,由于水库的降雨量年际变化比较大,导致水库的水环境容量的年际变化也较大。从流溪河水库4年的平均状况来看,水库总氮没有剩余容量,应削减负荷22.53%,总磷的剩余容量为2.27t/a,占其总环境容量的比重为18.27%。     

连续极端降雨对东江流域水质影响分析

为研究连续极端降雨对饮用水源型河流东江水质的影响,分析流域近38年极端降雨事件发生特征,并结合水文水质数据初步分析其对水质的影响.基于SWAT2012建立东江流域高精度模型,研究极端降雨过程中主要污染物通量变化过程及其对水质的影响.结果表明,东江流域近38年极端降雨事件共发生173次,丰水年频次要高于其他年份,年内受气候影响主要集中在3～9月(80%),峰值主要出现在降雨量最高的6月;在空间上增城-博罗-惠州-龙门一带极端事件发生频率最高.降雨量与浊度、TP、氰化物、Pb、Fe和Mn的浓度值均呈显著正相关,其中与浊度、TP的相关系数相对较高,与p H、电导率和Zn的浓度值等呈极显著负相关,水质在一定程度上受到降雨的影响.浊度、TN、NH4+-N及TP浓度值均在暴雨径流期出现不同程度的上升趋势,其中浊度和TP浓度值变化趋势与流量呈显著一致,其峰值出现要早于流量峰值(约1 d),存在显著初期冲刷效应; p H变化过程则与流量相反,成"V"字形,可能是受上游山区降雨、土壤酸碱度及产汇流条件影响; NH4+-N受初期冲刷及洁净雨水稀释则呈现前期高,中后期低的特征.污染物负荷与径流量变化趋势较为一致,TN、NH4+-N及TP污染通量峰值要晚于(约1d)流量峰值的出现,这与污染物浓度峰值出现规律不同;污染物负荷主要在暴雨径流期呈现明显增加趋势,以59. 48%的径流量输送污染物占比达到了:COD 68. 42%、NH4+-N 54. 68%和TP 70. 20%,呈现时间短、污染物负荷冲击强等特点,对东江饮用水源水质造成较大的影响,建议通过强化初期雨水治理减少暴雨径流期对水质风险的影响.     

不同水位期汉丰湖和高阳湖上覆水时空分异特征

为研究三峡库区不同水位条件下澎溪河流域永久性回水区高阳湖与城市内湖汉丰湖的水环境差异,确定影响湖库水环境变化的水质指标,于2018年11月~2019年10月,对两湖库上覆水进行逐月样品采集.以水质监测数据为基础,参照三峡水库调度的时间周期,将采样时间划分为蓄水期,消落期和泄水期3个时段,运用多元统计方法,分析了2个湖库的水环境时空分异特征.单因子水质评价结果显示,湖库水质等级具有时空分异性,浮游植物大量生长发育的3,4,5月及雨量充足的7,8月,2个湖大部分处于劣Ⅳ~劣Ⅴ类,而一年中其他时段主要达到地表水Ⅲ类标准.判别分析表明,透明度,溶氧,电导率,pH值,水温,水深（depth）,总有机碳,总氮和氨氮均为两湖库水环境时空显著性差异的指示因子,泄水期,2个湖库水环境差异不大,但蓄水期和消落期,2个湖水环境具有明显的差异性.主成分分析显示,不同水位条件下,引起湖库水环境变化的主导因子不同,消落期水环境主要影响因子为TN,NH₃-N,水深和pH值;泄水期主要是TN,TP和EC;蓄水期主要影响因子为水深,TOC,TN,TP和NH₃-N.水体污染程度来看,汉丰湖：蓄水期 > 消落期 > 泄水期;空间表现为：HF3 < HF1 < HF2 < HF4 < HF5 < HF8 < HF7 < HF6.高阳湖：泄水期 > 消落期 > 蓄水期;空间表现为GY2 < GY3 < GY1 < GY5 < GY6 < GY4.     

不同水位期汉丰湖和高阳湖上覆水时空分异特征

为研究三峡库区不同水位条件下澎溪河流域永久性回水区高阳湖与城市内湖汉丰湖的水环境差异,确定影响湖库水环境变化的水质指标,于2018年11月~2019年10月,对两湖库上覆水进行逐月样品采集.以水质监测数据为基础,参照三峡水库调度的时间周期,将采样时间划分为蓄水期,消落期和泄水期3个时段,运用多元统计方法,分析了2个湖库的水环境时空分异特征.单因子水质评价结果显示,湖库水质等级具有时空分异性,浮游植物大量生长发育的3,4,5月及雨量充足的7,8月,2个湖大部分处于劣Ⅳ~劣Ⅴ类,而一年中其他时段主要达到地表水Ⅲ类标准.判别分析表明,透明度,溶氧,电导率,pH值,水温,水深（depth）,总有机碳,总氮和氨氮均为两湖库水环境时空显著性差异的指示因子,泄水期,2个湖库水环境差异不大,但蓄水期和消落期,2个湖水环境具有明显的差异性.主成分分析显示,不同水位条件下,引起湖库水环境变化的主导因子不同,消落期水环境主要影响因子为TN,NH₃-N,水深和pH值;泄水期主要是TN,TP和EC;蓄水期主要影响因子为水深,TOC,TN,TP和NH₃-N.水体污染程度来看,汉丰湖：蓄水期 > 消落期 > 泄水期;空间表现为：HF3 < HF1 < HF2 < HF4 < HF5 < HF8 < HF7 < HF6.高阳湖：泄水期 > 消落期 > 蓄水期;空间表现为GY2 < GY3 < GY1 < GY5 < GY6 < GY4.     

滇池宝象河流域氮磷流失空间格局解析

有效控制氮磷流失量是水质持续改善的关键因素,定量解析流域氮磷流失量对于氮磷污染精准控制至关重要.宝象河作为滇池流域最主要的入湖河流之一,对滇池水质的影响极为重要.该研究基于第二次全国污染源普查数据,建立了宝象河流域高分辨率的氮磷排放清单,通过构建宝象河LODEST模型估算流域氮磷非点源污染入河系数,并对宝象河流域的氮磷流失量及其空间格局进行解析.结果表明:①2018年宝象河流域TN和TP的排放量分别为1 456.92、191.16 t,流域内种植业非点源是最大的污染源,其次是城镇生活点源和未收集点源.②2018年宝象河干海子断面TN和TP的径流通量分别为270.49和11.19 t,非点源入河系数分别为0.297和0.048.③2018年宝象河流域TN和TP流失量分别为432.28和18.57 t,氮磷流失空间格局呈显著的空间异质性,流域内TN和TP流失强度总体呈外高内低的分布,农业污染为主的子流域氮磷流失最为严重.该研究提出的氮磷流失量估算方法较好地揭示了流域氮磷流失空间分布规律,论证了降雨和地形的不均匀性是造成流域氮磷流失量呈显著空间异质性的重要因素.研究成果可为滇池流域入湖污染负荷控制与削减工程提供重要的科学依据,同时能够为宝象河流域水环境的精准控污和精细管理提供有效的决策支撑.      

烟台门楼水库水环境容量研究

根据烟台市1998年～2003年地表水环境质量监测数据,评价了门楼水库的水环境质量现状,从其水质变化趋势可知,近年来,门楼水库水质趋于好转。根据烟台市确定的水质保护目标,选用适合于门楼水库水环境特征的水质模型,分别计算COD、BOD、TN、TP的水环境容量。根据2003年门楼水库的水质监测数据,又分别计算了这四个指标的已利用环境容量和剩余环境容量。结合作者对门楼水库的相关研究,提出加强面源污染控制的建议。     

基于降雨事件监测的非点源污染对灞河水质的影响

在对灞河马渡王水文站断面5次降雨事件过程和2次非洪水过程监测的基础上,分析了灞河流域非点源污染对灞河水质的影响.结果表明:降雨过程期间,COD、总氮、氨氮、硝氮、亚硝氮、总磷指标监测平均值均小于非洪水期监测平均值.各指标负荷输移速率随时间的变化趋势和径流量变化趋势大体相同,即先逐渐增大达到峰值,再逐渐变小;各指标浓度随时间的变化规律大致为:COD、硝氮、总氮浓度先增大后减小;亚硝氮为先减小后增大,总磷的变化规律不明显.总氮、硝氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或滞后于流量峰;COD的浓度峰接近或滞后于流量峰,而负荷输移速率峰接近或超前于流量峰;总磷、氨氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或超前于流量峰;而亚硝氮的浓度峰变化规律不明显,负荷输移速率峰接近或超前于流量峰.采用平均浓度法计算了各指标的非点源污染平均浓度及负荷:2009年灞河流域马渡王断面COD、总氮、氨氮、总磷的非点源污染负荷分别为8707.28,723.63,245.52,43.07t.2009年灞河流域马渡王断面NSP负荷COD、总氮、氨氮、总磷所占总负荷相应的比例分别为31.86%、32.69%、42.21%、34.42%.由此可见,非点源污染在灞河水污染中占有较大比重,其对于灞河水质的影响不容忽视.     

滇池流域土地利用对入湖河流水质的影响

利用滇池流域2008年TM影像数据和入湖河流67个监测点的水质数据,以子流域为基本研究单元,从子流域综合分析和子流域分类分析两个角度,研究土地利用类型(国家分类标准)对入湖河流水质的影响.结果表明,21个子流域单元的水质污染指标(CODMn、TP、TN、NH3-N)与居民点及工矿用地呈显著正相关,与耕地、林地、草地呈负相关.对整个流域而言,城镇及工矿用地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了耕地的贡献;根据土地利用结构和空间分布格局的差异,将滇池流域的21个子流域分为3类(城镇及工矿用地为主、耕地为主、林地为主).分类分析表明,水质污染指标与居民点及工矿用地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关.同时,讨论了土地利用空间格局差异对水质的影响,说明土地利用比例结构和分布格局对水质亦具有重要影响,