不同强度降雨径流对水源水库热分层和水质的影响

基于西安金盆水库2012~2019年汛期多场不同强度的降雨径流水质数据,对水温、浊度、总氮、总磷及含砂率等指标进行分析,全面探究不同强度降雨径流潜入过程及其对水源水库热分层与水质的影响.结果发现,不同强度降雨潜入库区位置不同,径流量较小时（洪峰流量<500m³/s）,径流为等温度层潜流,从温跃层上部进入库区;中径流（洪峰流量为500~1500m³/s）受温度和含沙量共同作用,潜入点下移,以中部层间流方式进入库区;大径流（洪峰流量>1500m³/s）受含沙量影响显著,潜流层厚度变大,径流以底部潜流方式进入库区.不同强度降雨径流对库区热分层影响也不同,小径流影响较小;中径流会破坏水体上部的温跃层,并在底部形成温度梯度较小的温跃层;大径流则会使中底部水体完全更新混合,导致中底部水体水温均匀一致,由温跃层直接过渡到恒温层.不同径流量、来水水质和潜流位置对主库区水质影响不同,TN主要以溶解态为主,占比在76%以上,TP则以颗粒态为主,占比达61%;径流量较低时,温跃层上部氮磷浓度较高,随径流量的增大,冲刷效果的增强,潜流层水体氮磷浓度变高,当热分层被打破时,整个断面浓度均明显升高.     

金盆水库暴雨径流时空演变过程及水质评价

为探究西安金盆水库汛期暴雨径流沿程时空演变过程及库区水质响应,对汛期2019年8月初与9月中旬两场暴雨径流上游河道至库区各断面的水质指标进行持续原位监测,并在垂向上采用单因子污染指数法和综合污染指数法对库区进行水质评价.结果表明：汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况,两次径流初期入流量小,水库潜流均经历全断面径流-底部潜流-间层流的过程,在末期,8月初径流库区间层流位置由初期的545~565 m扩大为535~580 m,9月中旬径流潜流位置由初期540~575 m的间层流演变成575 m以下的底部潜流;连续的入流使库区热分层结构削弱,溶解氧得到补充,同时大量颗粒态污染物汇入库区,营养盐在垂向上表现为中层、底层水体高于表层;单因子污染指数表明径流潜流处总磷和高锰酸盐指数值都有一定的增加,末期均超过地表水Ⅲ类水质标准;综合污染指数表明8月初径流中层水质处于中污染,底层则受厌氧与颗粒沉降的双重影响达到重污染,并且在径流一周后达到峰值,而9月中旬的575 m以下的潜流直接导致中层水体处于重污染,底层由于溶解氧的补充处于中污染;汛期通过泄洪洞的排放与分层取水可以有效地保障供水安全.     

暴雨径流潜流过程及其对分层水库水质的影响

为探究汛期暴雨径流潜入演变过程及其对分层水库水质的影响,以西安金盆水库为研究对象,对2015年6月和2017年10月2次暴雨径流过程中各监测点水温、溶解氧、浊度、总氮、总磷和COD_Mn等水质指标进行持续监测.结果表明：径流量在300~400m³/s时,潜流经历全断面径流-底部潜流-中部潜流3个阶段,最终潜入主库区中部水体.暴雨径流的汇入使水库热分层结构稳定性受到一定破坏,中下部水体溶解氧得到补充.暴雨径流携带的大量泥沙及氮、磷营养盐等污染物质会对水库水质造成较大冲击,2015年6月暴雨径流使水库中层水体总氮、总磷、COD_Mn和浊度从1.60,0.021,3.70mg/L和5NTU增大为2.37,0.100,5.80mg/L和93NTU,水质污染特征为短时高污染负荷.     

天目湖沙河水库热分层变化及其对水质的影响

为揭示亚热带水库热分层的季节性变化特征、影响因素及水质效应,以最大水深11 m的江苏溧阳天目湖沙河水库为例,基于对水库坝前区(TM1)3~11月逐时的水温监测及对该水库2009~2016年相关水质和气象指标监测,分析了该水库热分层的形成和消失时间、驱动因素及其对水质的影响.结果表明,天目湖沙河水库呈典型的亚热带单循环混合模式:春季随着太阳辐射的增强,水温逐渐升高,当表层水温升至21℃左右时,热分层稳定形成,在整个5~9月期间水体热分层十分稳定;秋季随着太阳辐射的减弱,水温逐渐降低,当表层水温降至19℃左右时,热分层基本消失,在10~4月期间水体呈混合状态.热分层期间,表层和底层的水温差随太阳辐射的增强而增加;日均气温超过30℃的情况下,水体热分层更加稳定;夏季强降雨过程降低了水体表层的温度、减弱了上层5 m水体的温度分层,但对5 m以下深度的热分层状况基本无影响.水温分层对水库水质产生一定的影响:热分层期间,底层水体处于厌氧状态,底层水体氨氮浓度明显增加;热分层消失后,底层水体溶解氧、总磷及悬浮颗粒物含量均增加.研究表明,对于四季分明的亚热带中等深度的水库而言,水体热分层主要受太阳辐射的控制,稳定的热分层有利于蓝藻门相关种属藻类的生长,热分层形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度,对水体水质形成冲击.在水库水质监控及生态保护管理中,应关注热分层过程的不利影响,并探索相关灾害的防控技术.     

分层异重流对香溪河库湾主要营养盐补给作用分析

为弄清分层异重流对三峡水库支流库湾主要营养盐的补给过程,通过分析2011年7月19日香溪河库湾常量离子、营养盐等监测数据,利用物质守恒规律,借用常量离子Cl-估算了分层异重流倒灌水量,计算了香溪河上游径流和水库干流倒灌对回水区氮、磷、硅负荷的贡献.研究表明:水库干流中的Na+、Cl-、K+、Ca2+、SO24-等离子浓度比香溪河上游径流高,在香溪河库湾中自河口至上游逐渐降低,Mg2+相反;SO24-、Cl-、Na+等离子空间分布差异显著,能够作为示踪离子;水库干流倒灌流量与上游径流流量比为12.59∶1;由长江干流倒灌输入的TN、TP、D-Si通量分别为54.97、3.53和221.90 t.d-1,香溪河上游径流输入通量依次为3.00、0.57和10.02 t.d-1;干流倒灌输入TN、TP、D-Si贡献率分别高达94.83%、86.13%和95.68%,沿河口逆向上游,干流倒灌对香溪河库湾营养盐的补给作用逐渐减小.     

我国北方温带水库——周村水库季节性热分层现象及其水质响应特性

为揭示我国北方温带水库——周村水库水体季节性分层现象及其水质响应特性,于2014年7月~2015年6月对周村水库进行了37次采样,并对水体理化指标和浮游植物进行了原位监测.结果表明,周村水库在4~11月间处于水体分层,全年呈典型的温带单循环混合模式.水温分层对水库水环境的变化起着重要的作用,热分层引起的底层水体季节性缺氧,导致了沉积物中营养盐以及还原性物质的大量释放,其中热分层期底层水体总氮、总磷、锰和硫化物的平均值分别为1.18、0.11、0.47和0.48 mg·L~(-1);浮游植物垂向分布受水温分层的显著影响,热分层期上层水体浮游植物丰度较高,其均值为16.35×106cells·L~(-1),下层水体浮游植物丰度维持在较低水平.     

李家河水库污染物来源及水体分层对水质的影响

对污染物来源和水质演变规律的深入认识是水源水库水质污染控制的前提.李家河水库是西安市的重要水源地,为加强李家河水库水源地保护工作,于2016年12月～2017年12月逐月对李家河水库进行水质监测.结果表明,李家河水库的主要污染物来源是上游来水,其对高锰酸盐指数、TN和TP的贡献率分别达99. 52%、99. 41%和99. 23%;上游东采峪葛牌小学河段和草坪服务区以上河段污染负荷较高,西采峪主要污染源汇入点为养鸡场和渔场.夏秋季水库会形成热分层,水体稳定分层期,在外源污染汇入和底部厌氧释放双重作用下水体中TN、TP、高锰酸盐指数、TOC、Fe和Mn的质量浓度分别高达3. 32、0. 177、5. 21、3. 01、0. 21和0. 235 mg·L-1,其中TN、TP、Fe和Mn质量浓度均超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水限值;较高的营养盐水平促进了藻类的大量繁殖,水体稳定分层期表层水体藻密度最高达到2. 18×108个·L-1,优势藻种为蓝藻门的铜绿微囊藻和束丝藻,对水质安全威胁较大.因此李家河水库水质污染控制的首要任务是采取有效措施控制藻类繁殖,同时加强水库上游污染源治理,降低污染物输入负荷.     

人工湿地净化工业区含菲污染降雨径流的效果研究

根据东莞市同沙水库集水区工业区降雨径流的水质特征,采用水平潜流式人工湿地对工业区降雨径流进行模拟净化研究,分析径流主要污染物于湿地床体内的空间变化规律.本研究主要考察了湿地系统中COD、NH4+-N、TN、TP及菲的空间分布特征,以及湿地系统上层多酚氧化酶(PPO)、硝酸盐还原酶(NR)酶活性的变化规律;同时监测湿地系统DO、pH、ORP及水温这4项理化指标,并分析它们对系统中污染物去除效能及酶活性的影响.结果表明,DO、pH、ORP及水温均表现为横向降低趋势,COD、TP及菲的吸附去除在床体前端1/4处已基本完成;纵向,上层DO、ORP均显著高于底层,水平潜流系统总体处于缺氧、厌氧状态,上层COD、TP、TN、NH4+-N及菲去除率分别为底层的1.17～1.36、2.04～2.11、1.40～1.92、1.37～2.30、1.07～1.36倍,净化效能的差异纵向强于横向.NR活性与NO3--N浓度显著正相关,横向上NR、PPO活性差异不明显.     

贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及环境效应

为了揭示贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及其与突发性水质恶化的关系,对百花湖水库的水文、营养盐及相关理化因子进行了调查.结果表明：百花湖水库表层水温在10.2～27.0℃之间,4—9月形成分层,水体分层结构为单循环混合模式;总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素a（Chl.a）和透明度（SD）分别为1.60mg·L-1、0...     

三峡水库干流倒灌对支流库湾营养盐分布的影响

三峡水库蓄水后,库区普遍存在干流水体倒灌支流的现象。为探明干流倒灌对支流库湾水动力学特性及其营养盐分布的影响规律,于2010年对库区4条典型支流库湾水流速度、水深、总氮(TN)、总磷(TP)等进行了监测。监测结果表明,干支流以异重流形式进行水体交换;大宁河、磨刀溪、小江3条支流库湾水体TN、TP浓度均低于干流水体;香溪河库湾水体TN浓度同样低于干流水体,但库湾上游水体TP浓度高于干流水体;受干流倒灌影响,支流库湾水体主要营养盐空间分布不均,营养盐浓度高的干流水体倒灌进入库湾,对其影响范围内的支流水体的营养盐起到补给作用。     

滨州高速公路径流污染特征分析

采用现场连续取样,对长深高速滨州段路面径流排水进行监测,探讨了路面雨水径流污染物的出流规律以及各污染物之间的相关性。结果表明:高速公路路面径流有较高的污染强度,汛期开始时降雨径流中COD、SS、TP、TN和NH3-N的事件平均浓度(EMCs)分别为292,366,0.85,7.52和2.75mg/L;降雨量大、初期降雨强度大的降雨事件,初期效应显著,径流形成30min后,COD、SS、TP、TN和NH3-N的浓度降为径流初期的29.4%,35.0%,59.2%,58.7%和64.5%,降雨量小、降雨强度小的降雨事件,整个降雨过程污染物浓度没有明显的降低趋势;初期降雨强度大的降雨事件,初期以颗粒态COD为主,中等降雨强度的降雨事件,颗粒态与溶解态COD的浓度在同一水平波动;SS与COD,TP有显著的相关性,颗粒物携带污染是高速公路径流污染的重要来源之一。     

水源水库沉积物中营养元素分布特征与污染评价

为了揭示水源水库沉积物中的营养元素分布对水体富营养化的影响,以周村水库为研究对象,采用现场取样及实验室分析方法,探究了沉积物中营养元素的分布特征,并对TOC与TN、TP的相关性进行了分析,同时参考沉积物质量评价指南并采用综合污染指数对沉积物的污染状况进行了评价.结果表明,周村水库研究区域沉积物TOC含量均随深度增加而下降,而沉积物中氮负荷有增加的趋势,磷则表现出表层富集现象,表明周村水库沉积物营养盐负荷在加重;TOC与TN、TP存在较好的相关性,相关系数分别为r=0.68(P0.01)、r=0.89(P0.01),TOC/TN值表明,纤维束植物碎屑是水库沉积物有机质的主要来源;综合污染指数评价结果表明,3个采样点表层沉积物均达到重度污染程度,表层沉积物中TN、TP含量分别为3 273~4 870 mg·kg~(-1)、653~2 969 mg·kg~(-1),TOC含量为45.65~83.00mg·g~(-1),均超过沉积物质量评价指南规定的引发最低级别生态毒性效应的标准值,周村水库沉积物存在较大安全风险,水体面临富营养化威胁.     

平原城市区设闸河流氮磷污染物入海通量研究

利用2013~2015年海河防潮闸断面逐日流量及离散的水质数据,基于LOADEST模型构建了TN、TP入海通量多元线性回归方程,对方程进行了评估验证,TN、TP模型的判定系数（R2）分别达到0.917、0.924,表明LOADEST模型适用于平原城市区设闸河流断面污染物入海通量的评估。评估结果表明,海河防潮闸断面TN、TP入海通量及水质表现出不同的变化特征。2013~2015年,TN浓度月均值变化范围3.38~8.33 mg/L,汛期（6~10月）浓度低于非汛期,TP浓度月均值变化范围0.17~0.88 mg/L,汛期浓度高于非汛期;TN年均入海通量2200 t/a,汛期占43.7%,日均入海通量25.8 t/d,非汛期日均入海通量是汛期的2倍;TP年均入海通量216 t/a,汛期占69.3%,日均入海通量2.5 t/d,汛期日均入海通量高于非汛期,9月份最高,4月份最低。研究结果可为实施陆海统筹的最大日污染负荷（TMDL）总量控制提供科学依据。     

南黄海冷水团海域及西部近岸区表层沉积物中碳、氮、磷的分布特征及其生态学指示意义

基于南黄海西部沉积化学及相关环境因子的调查资料,重点分析和探讨了冷水团海域及近岸区表层沉积物中TOC、TN、TP的分布特征及其生态学指示意义.结果显示,冷水团海域沉积物比近岸区沉积物具有较高的含水率、TOC、TN、TP含量及N/P比.沉积物类型(粒径)、物质来源和沉积环境显著影响着TOC含量,TOC高值主要分布在泥质沉积区.表层沉积物TN与TOC含量在冷水团海域呈显著正相关关系,表明两者的同源性较好,但整个调查海域中TP与TOC、TN无显著相关性,说明其来源较复杂.南黄海冷水团海域和西部近岸浅水区沉积物理化特性之间的显著差异反映了它们受控因素的迥异,冷水团海域沉积物TOC和TN含量受水柱中生物活动的影响较大,上层水体中产生的有机碎屑是其重要的海生物质来源,而浅水区沉积物TN和TP含量受水柱中生物活动的影响相对较小.底层水年平均DO含量对沉积物TOC、TN分布也具有一定影响.     

大连英那河水库氮磷营养盐分析及富营养化评价

根据英那河水库2013年全年水质监测数据,分析该水库中总氮(TN)、总磷(TP)及叶绿素(Chl-a)等水质指标的季节性变化规律,并进行富营养化评价。结果表明:英那河水库TN和TP年均浓度分别为2.44 mg/L和0.015 mg/L,其中TN浓度超出《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准,N/P值为110-602,水库为磷限制型水库;TN和Chl-a浓度随季节变化显著,TP浓度较小,无明显变化;富营养化评价表明,英那河水库为中营养,污染源主要为上游来水的氮源。     

金盆水库沉积物磷的来源及分布特征

为探究分层型水源水库沉积物中磷的来源与分布特征,以西安金盆水库为对象,针对2017年3～11月金盆水库水体、沉降颗粒及沉积物柱状样品总磷(TP)含量及形态分布特征进行研究.结果表明,金盆水库主库区表层沉积物总磷含量及形态分布受水体颗粒磷(PP)沉降作用明显,相关系数r~2=0. 877 5;同时表层沉积物总磷含量还受到沉积物内部生物地球化学的共同作用. 6～8月金盆水库水体藻类剧烈繁殖演替,繁殖过程中大量失去活性、死亡的藻类不断向底部水体沉积,形成以藻类等颗粒磷为主导的内源污染,沉降颗粒总磷含量达(753. 51±17. 11) mg·kg~(-1),表层沉积物总磷含量随之增加,以铁铝结合态非活性磷(NaOH-nrP)为主; 9～11月进入汛期,径流水体携带大量泥沙等负荷较大的污染物汇入水库,使得水体颗粒磷浓度相应增大,然而由于单位质量泥沙中总磷含量占比较小,导致径流过程中表层沉积物总磷含量逐渐降低,泥沙径流过程中颗粒磷以无机态的钙磷(Ca-P)和残渣态磷(rest-P)为主,二者约占沉积物总磷(TP) 55. 8%～66. 2%,受颗粒沉降影响相对较大.活性磷(SRP)、铁锰螯合态磷(BD-P)和铁铝结合态活性磷(NaOH-srP)这3种形态磷较活跃,在环境条件的变化(主要是氧化还原条件)下发生一系列迁移转化,受沉积物内部生物地球生物化学过程作用明显.     

城镇分布对新安江水系及千岛湖营养盐浓度的影响

快速城镇化会加剧地表水体氮磷营养盐的富集,引起水体富营养化问题. 研究城镇分布对河流与湖库氮磷污染特征的影响,分析其污染热点与来源具有重要意义. 于2020年7月—2021年7月调查了新安江水系及千岛湖水体氮磷污染的时空变化特征,分析了水质与土地利用类型的关系,揭示了千岛湖水体氮磷污染的来源. 结果表明:①时间上,新安江水系氮磷浓度季节性变化差异明显. TN浓度表现为冬季枯水期〔(1.96±1.24) mg/L〕>主汛期〔(1.63±0.71) mg/L〕>春汛期〔(1.42±0.49) mg/L〕,TP浓度表现为主汛期〔(0.101±0.049) mg/L〕>冬季枯水期〔(0.067±0.068) mg/L〕>春汛期〔(0.06±0.033) mg/L〕,汛期氮、磷浓度分别是非汛期的1.6和2.4倍. ②空间上,城镇污染对水体营养盐浓度影响显著. 水体流经人口集中、城镇化程度高的屯溪区后,TN、TP、NH₄+-N浓度平均增幅分别为86.1%、77.7%和164.4%,干流水体受纳歙县城镇三大支流来水后,TN、TP浓度平均增幅分别为47.6%、70.3%. ③ Spearman相关分析结果表明,5 km缓冲区耕地和建筑用地面积占比与氮磷营养盐各形态浓度之间均存在显著正相关关系,其中建筑用地面积占比对NH₄+-N浓度影响较大(R=0.323,P<0.001),耕地面积占比对NO₃?-N影响相对较大(R=0.265,P<0.05). 研究显示,城镇面源污染是新安江水系氮磷污染的主要来源,降雨径流是水体磷富集的主要驱动力,枯水期城镇污染对水体氮浓度的影响较大,在千岛湖营养盐控制中应尤为关注上游城镇污染管控.      

Sediment pollution characteristics and in situ control in a deep drinking water reservoir

Sediment pollution characteristics, in situ sediment release potential, and in situ inhibition of sediment release were investigated in a drinking water reservoir. Results showed that organic carbon (OC), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) in sediments increased from the reservoir mouth to the main reservoir. Fraction analysis indicated that nitrogen in ion exchangeable form and NaOH-extractable P (Fe/Al-P) accounted for 43% and 26% of TN and TP in sediments of the main reservoir. The Risk Assessment Code for metal elements showed that Fe and Mn posed high to very high risk. The results of the in situ reactor experiment in the main reservoir showed the same trends as those observed in the natural state of the reservoir in 2011 and 2012; the maximum concentrations of total OC, TN, TP, Fe, and Mn reached 4.42 mg/L, 3.33 mg/L, 0.22 mg/L, 2.56 mg/L, and 0.61 mg/L, respectively. An in situ sediment release inhibition technology, the water-lifting aerator, was utilized in the reservoir. The results of operating the water-lifting aerator indicated that sediment release was successfully inhibited and that OC, TN, TP, Fe, and Mn in surface sediment could be reduced by 13.25%, 15.23%, 14.10%, 5.32%, and 3.94%, respectively.     

草海沉积物营养元素分布特征与控制因素

选取贵州草海这一典型高原湖泊湿地作为研究对象,在代表性湖区共布设17个采样点,采集了表层沉积物和沉积物柱芯,对沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)分布特征及控制因素开展了对比研究。研究结果表明,草海表层沉积物营养盐分布主要受外源输入和湖泊初级生产控制:表层沉积物TOC、TN含量平均值分别为232.98mg/g和25.21mg/g,远高于国内其他湖泊,且呈现湖心高、近岸区低的分布特征,由于氮较高的迁移性和生物可利用性,草海沉积物TN明显受湖泊水生植物生长控制,主要以有机质形式赋存于沉积物中;表层沉积物TP含量平均值为1.03mg/g,其空间分布特征显著不同于TOC、TN,在湖心、东南湖区和出水口其含量较低,主要受外源输入控制,且主要以沉淀、吸附等无机形态赋存于沉积物中。草海沉积物柱芯中TOC、TN、TP含量总体上呈现随深度增加先迅速降低而后趋于稳定的变化趋势,但不同湖区其含量差异较大,反映了人为干扰强度和沉积环境的差异。草海流域外源污染物输入和沉积物较高的营养盐内负荷是其水体富营养化面临的主要威胁,一方面应采取有效手段消减外源污染物输入,另一方面应通过合理的生态修复措施控制内源营养盐释放。草海繁茂的沉水植物增强了水体自净功能,优化草海水生植物种群结构、恢复草型健康湖泊生态系统对保护草海生态环境具有重要意义。     

不同雨强下黄棕壤坡耕地径流养分输出机制研究

为揭示三峡库区坡耕地在不同雨强下氮、磷养分随地表径流和壤中流的输出规律,在香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验.结果表明,在降雨总量一定的情况下,随雨强的增大,地表径流量、径流总量、泥沙侵蚀量均呈明显的增加趋势,而壤中流流量减少.不同雨强下地表径流中TN、DN、DP均存在明显的初期径流冲刷效应,TP在整个降雨过程中波动较大,呈微弱降低的变化趋势;壤中流中TN、DN、DP随降雨持续输出浓度无明显变化,TP在径流初期出现浓度峰值,之后减少并趋于稳定.雨强对磷素的影响更直接,雨强越大,磷素径流浓度也越大,氮、磷养分的平均浓度均远超出水体富营养化阈值.随雨强的增大,TN径流流失量减小,TP流失量增大,TN随地表径流流失贡献率随雨强的增大由36.5%增加至57.6%,磷素以地表径流为主,贡献率达90.0%以上,因此,控氮关键是减少壤中流的产生,控磷则需防止土壤侵蚀.随雨强的减小,地表径流中以溶解态流失的氮素比例升高,壤中流中均以溶解态为主,磷素的流失在不同雨强和径流形式下均以颗粒态为主.