河道生态护岸的研究进展

河道护岸是城市建设的重要工作之一。传统硬质河岸主要用于满足防洪、航运等需要。但硬性材料的护坡和护岸结构对周边生态系统的许多方面均产生了较大的负面影响。国内外学者和工程师开始改造护坡和护岸结构,探寻生态型的护岸结构形式。回顾了近年来国内外生态护岸的相关技术,重点关注人工生态护岸结构类型及其评价,指出现有技术、设施与研究中存在的问题,并进行了展望。     

长江下游河-湖系统溶解性有机碳化学组成、变化特征及其与二氧化碳分压的关系

河流、湖泊等水环境的溶解性有机碳(DOC)是流域碳循环的重要组成部分,水环境中的DOC来源、化学组成及迁移转化是碳的生物地球化学循环的核心问题.文章选择长江下游-河口区河段、巢湖、鄱阳湖,研究了DOC化学组成、荧光特征的时空变化以及其与二氧化碳分压的关系.结果表明,湖泊和河流系统的DOC浓度、化学组成和荧光特征均存在显著空间差异.巢湖与鄱阳湖水体中DOC浓度的均值分别为(3.67±1.08)和(3.50±1.63)mg·L~(-1),显著高于长江下游-河口区河段的(1.82±0.43)mg·L~(-1).在化学组成方面,巢湖DOC的化学组成以类蛋白I类和类蛋白II类物质为主,所占比例在70%以上;鄱阳湖DOC则以微生物代谢物、腐殖酸类物质为主,比例达55%以上;而长江下游-河口区河段DOC中各组分所占比例比较接近.巢湖DOC的荧光指数均值为2.03,新鲜度指数均值为1.19,表明巢湖主要为内源性DOC,降解程度较低;而长江下游-河口区和鄱阳湖的荧光指数均值分别为1.78和1.73,新鲜度指数均值分别为0.91和0.96,表明陆源DOC的贡献较大,降解程度较高.长江下游-河口区河段DOC化学组成和特性存在显著季节变化,DOC腐殖类物质比例在夏季显著高于冬季,陆源土壤侵蚀是长江夏季DOC的重要来源;荧光指数均值从夏季的1.72增加到冬季的1.87,也表明长江DOC夏季外源的贡献高于冬季.巢湖的DOC浓度在夏季高于冬季,但其各化学组成和荧光指数变化相对较小,表明巢湖DOC化学组成和来源受季节变化影响不大.新鲜度指数在长江下游-河口区河段和巢湖中均为夏季略高于冬季,表明夏季水体中新近产生的DOC多于冬季.相关分析表明,类蛋白I类和类蛋白II类的比例与荧光指数显著正相关、与新鲜度指数显著正相关,是内源性DOC和新近产生的DOC的重要成分;二氧化碳分压与微生物代谢物的比例正相关,与类蛋白II类比例负相关,反映了微生物代谢活动及类蛋白II类物质的分解消耗对二氧化碳分压的重要贡献.微生物代谢产物和类蛋白II类物质可能是反映DOC降解过程以及水体二氧化碳分压的关键化学组成.     

太湖西部环湖河道悬浮物输移速率及变化特征

悬浮物(SS)的外部输入对湖泊SS总量变化及物质循环具有重要影响,本文基于逐月的水文与悬浮物同步观测,研究了太湖西部主要河道的SS输移速率及其时空变化.结果表明,太湖入湖SS浓度年内变化较为稳定,而出湖浓度在冬季(12月、1月、2月)高于同期入湖浓度,其他月份出湖浓度下降并低于同期入湖浓度.太湖西部SS主要通过城东港和百渎港进入太湖,年平均输入速率占太湖西部总输入速率的38.7%和12.1%;通过长兜港、太浦河和大钱港输出太湖,年平均输出速率分别占总输出速率的44.9%、24.8%和11.9%.SS总输移速率存在较大的年内变化,净输入速率为1289.5 g·s-1.     

洞庭湖区退田还湖的洪水效应模拟

洞庭湖多年平均削减入湖洪峰流量约10000m3/s,这对于保护长江中下游,特别是中游地区的防洪安全十分重要.但由于泥沙的严重淤积,以及湖泊湿地被大规模垦殖,使洞庭湖的调蓄功能下降,江湖洪水威胁加剧.1998年长江流域发生特大洪涝灾害,中央及时提出了"退田还湖、平垸行洪"等长江流域洪水治理的32字指导原则,洞庭湖区是实施该原则的重点地区.应用数值模拟方法,通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型,针对1998年洪水,模拟研究了洞庭湖区退田还湖的洪水效应,并设计了8种方案分别进行定量评估.结果显示,退田还湖工程的实施,对降低洞庭湖区江湖洪水位,缓解江湖洪水威胁具有重要意义.     

强降雨对平原河网区入湖河道氮、磷影响

为定量揭示强降雨对平原河网河道氮、磷污染的影响,本文以太湖西岸大浦河和殷村港为例,基于两周年逐日高频人工监测和降雨量自动监测数据集,以及台风"利奇马"过程中的加密监测,分析了强降雨过程中河道各形态氮、磷浓度的变化特征及其环境效应.结果发现,强降雨两年内共观察到16次（19 d）,且50%发生在夏季;此外,强降水占年内总降水量的比重高达41.33%.强降雨发生之后,两条河道水体中各形态氮、磷浓度在强降雨之后有所增加,其中颗粒态磷的响应最快,一般在强降雨当天就出现峰值;而总氮峰值的出现存在2~5 d的延迟;强降雨引发的河道营养盐浓度增高持续时间短,通常1~2 d,甚至低于雨前浓度.流域面积大和河道流程长的大浦河水体氮、磷浓度对强降雨过程的响应速度较殷村港慢.河道各形态氮、磷浓度对强降雨过程的响应特征还受河道两岸局地土地利用状况的影响,农业面源污染的河段比城镇污染的河段对营养盐的拦截、净化和缓冲能力弱,因此农业面源污染的河段对强降雨的响应强于城镇污染的河段;农业面源影响河段氮的增加量以颗粒态氮为主,城市面源影响河段氮的增加量以溶解态氮为主,而磷的增加全程均为颗粒态磷为主.平原河网地区强降雨带来的河道水体氮、磷浓度波动小,各形态氮、磷响应过程受局地环境背景影响大,水质总体趋于稳定.然而,由于强降雨带来的河道入湖水量占比大,因此入湖负荷也处于很高水平,加之强降雨的发生偶然性大,强降雨对平原河网地区河道入湖氮、磷负荷的突发影响很大,需要重点关注.     

沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构的影响

本研究通过小宇宙的模拟实验,设置3组处理,即无再悬浮的对照组(C)、强(SR)和弱(WR)2个不同再悬浮强度的处理组,采用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)分析不同处理组中浮游细菌群落结构的变化.结果表明,再悬浮处理组浮游细菌的物种丰度高于对照组,并且弱再悬浮中浮游细菌物种丰度高于强再悬浮处理.弱再悬浮中细菌多样性也高于强再悬浮处理.浮游细菌与环境因子的典型对应分析(CCA)和冗余分析(RDA)结果表明,浮游动物枝角类(Cladocera)生物量和颗粒态磷(PP)浓度与浮游细菌群落结构动态变化均表现出显著的相关性(p0.05).由此可见,沉积物再悬浮对浅水湖泊浮游细菌的种类和多样性存在重要影响,其可能通过影响浮游动物群落结构以及水体中营养盐的形态和浓度对浮游细菌群落产生影响.     

贾鲁河梯级河滩湿地冬季植被构建及净化效果研究

在地处黄河之滨的河南郑州建设运行梯级河滩湿地净化贾鲁河水,技术示范工程在2009年夏、秋季节取得了良好的水质净化效果,为了验证冬季沉水植物对水质净化的效果,用菹草、伊乐藻、西伯利亚鸢尾等耐低温植物组建冬季湿地植被,研究了冬季植被的发育情况和水质净化效果.结果表明,菹草和伊乐藻这两种沉水植物能够在冬季湿地中成活并发育形成...     

河蚬扰动沉积物界面效应及其在水中代谢速率

采用室内培养实验,研究了河蚬扰动对沉积物耗氧速率与营养盐通量的影响及河蚬在水中的呼吸与排泄速率.结果表明,河蚬增大了沉积物耗氧速率与溶解活性磷(SRP)、NH4+、NO3-向上覆水释放通量.河蚬在沉积物-水系统中产生NO3-速率与其在水中产生NO3-速率不存在显著差异.而河蚬在水中呼吸速率是其在沉积物-水中所产生净耗氧速率的4.3倍,河蚬在水中排泄SRP、NH4+速率分别为其在沉积物-水中所产生净SRP、NH4+释放速率的7.3倍与20倍.这些显著差异可能是由于河蚬在水中与沉积物中的活动形态不同.     

南四湖及主要入湖河流表层沉积物重金属形态组成及污染研究

采用BCR（SM&T）方法对南四湖及主要入湖河流丰水季节表层沉积物中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn 6种重金属元素的酸提取态、可还原态、可氧化态及残渣态进行了连续提取,分析了各水体单元表层沉积物重金属元素的形态组合特征、人为污染状况及潜在生态风险.研究结果表明,泗河、京杭运河、洙赵新河、府河上游、上级湖南部湖区及下级湖区表层沉积物中Cr、Cu、Ni、Zn以残渣态为主,其含量可占到该元素总量的80%～90％,人为污染程度较弱;老运河、府河入湖口、白马河表层沉积物中Cr、Cu、Ni、Zn的残渣态含量明显降低,而可提取态（酸提取态、可还原态、可氧化态）含量可增至80％以上,其中以可氧化态、酸提取态为主,人为污染程度较重;各水体单元表层沉积物中Pb、Mn以残渣态和可氧化态为主,其含量占Pb、Mn含量的95％、70％左右,基本未受人为污染.随着表层沉积物中有机物的矿化分解及环境条件的改变,老运河、府河入湖口、白马河等重金属人为污染较重的沉积物中Cr、Cu、Ni、Zn的可氧化态、酸提取态及可还原态可发生活化,具有较高的潜在生态风险.     

持续水动力作用下湖泊底泥胶体态氮、磷的释放

为揭示水动力扰动及其后续沉淀效应对湖泊内源氮、磷营养盐释放的作用,通过室内试验模拟了水体在受到持续扰动后又长时间静置沉淀的整个过程. 结果表明,水动力扰动初期可引起底泥颗粒态和胶体态氮、磷向水体大量释放. 在连续扰动0.5 d时,水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度分别达最高值2.106 mg/L和0.272 mg/L; 连续扰动1 d时,水体中胶体氮(CN)和胶体磷(CP)含量分别达最高值0.452 mg/L和0.052 mg/L; 之后虽继续扰动,因颗粒物和胶体物质的凝聚沉淀作用超过了其悬浮量,TN、TP、CN、CP的含量却转而降低.在停止扰动后的静置过程中,大颗粒悬浮物迅速沉淀,而胶体物质沉降缓慢,静置时间超过1 d后,CN和CP含量才开始因絮凝沉淀而降低.真溶解态氮(UDN) 和真溶解态磷(UDP)含量在扰动阶段升高较少而在静置1　d之后有持续大幅度升高,说明胶体的吸附作用在扰动阶段限制了水体溶解态氮磷含量的升高,且延长了其悬浮后在水柱中的停留时间,在扰动后的静置阶段,胶体又会将吸附的氮磷解吸释放到水体中,从而延缓了营养盐去除和水质的改善.