城区地表径流面源污染和河道水环境治理的研究

河流为人类提供了多样的生态服务功能,然而城市化对河流生态系统健康状况造成严重的影响。随着点源污染的有效管理控制,非点源污染降雨径流己成为造成城市地表水环境污染的主要原因。为了改善河道水质,引调清水激活城市内河水体,提高河道的水环境自净能力,有效改善城市水环境。文章以南京河西水系为例,利用Saint-Venant方程组对水系建立一维水动力模型,并通过汇流结点水位法对方程组进行数值求解;对WASP5水质模型进行二次开发用于水质模拟;建立水质模型和一维河网水动力模型的耦合模型,将水动力模型计算所得到的水动力参数耦合到WSAP5水质模型中,模拟降雨过程以及引调清水过程的河网各河段的水质变量浓度,得出降雨径流对河流的污染程度以及引清冲污措施对河流水质改善的效果并优化调水过程。     

镇江市城区降雨径流水质分析

雨水径流污染是城市面源污染的主要形式,通过对镇江市城区2011年10场降雨径流水质监测,分析了镇江市城区降雨径流水质。结果表明,镇江市城区降雨径流存在一定污染,直接排入城市地表水体会对其造成污染。其主要污染指标为COD、BOD5、NH3-N、TP和总悬浮颗粒物,重金属含量较低,基本不存在重金属污染。各种不同类型雨水径流水质污染程度差异较大,天然降雨、屋面径流,大市口路面径流水质相对较好,基本能达到Ⅲ或Ⅳ类水体的水质标准;泵站、排口径流、河道径流污染较重,大多属于超Ⅴ类水体;南门大街路面径流污染最为严重,部分水质指标接近工业废水。     

沂蒙山区典型小流域特殊降雨的磷素输出特征

为揭示沂蒙山区不同降雨条件下的磷素流失规律,对当地孟良崮小流域2010年13场自然降雨径流量及磷素浓度的动态过程进行实地监测,研究了年内产生有效径流的首场和最大强度2场特殊降雨的径流、磷素输出负荷、初期冲刷效应及径流量同磷素负荷之间的关系.结果表明,首场降雨径流中溶解态有机磷(DOP)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和总磷(TP)浓度明显高于最大强度降雨,而其输出负荷分别为最大强度降雨的168%、54%、71%、48%和54%;2场降雨对小流域磷素年输出负荷有重要影响,DOP、DIP、DP、PP和TP的输出总量分别占整个雨季输出的48%、81%、70%、87%和81%,其中DIP占DP流失的77%,PP占TP流失的71%;2场降雨均存在污染物的初期冲刷效应,最大强度降雨的初期冲刷效应较首场降雨强烈;2场降雨的各磷素累积输出负荷同累积径流量之间均呈线性关系,且拟合度较好,但首场降雨各形态磷素直线方程的斜率均大于最大强度降雨.根据气象预报尽量减少在特殊降雨期间翻耕、施肥等农事活动,以及有针对性地建立沟渠、池塘等截污措施减少初期冲刷效应,是降低农业非点源污染的有效途径.     

不同粒径地表街尘中重金属在径流冲刷中的迁移转化

在我国快速城市化进程中,街尘及其径流冲刷引起的重金属污染日显突出.通过对北京市城乡道路街尘及其人工降雨模拟径流冲刷过程中不同粒径街尘中重金属的分析,探讨街尘与径流冲刷过程中的粒径效应及不同重金属赋存形态的动态变化规律.结果表明,同一粒径颗粒物从"静态"街尘到"动态"径流中的颗粒物,重金属浓度呈下降趋势.街尘中重金属在径流冲刷过程中,存在溶解与解析现象,颗粒物粒径越小,减少比率越大,5种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的减少比率分别为24.3%、56.8%、34.3%、22.8%、27.3%.街尘中的弱酸可提取态比例要略大于径流颗粒物中弱酸可提取态比例,部分以水溶态进入水体中.在径流冲刷过程中,水相溶解态重金属变化不大,水相颗粒态重金属含量随降雨时间径流过程迅速降低.固相颗粒物的重金属浓度随降雨时间总体上呈下降趋势.粒径越小,冲刷率越大,最大为62.1%,最小为4.6%.地表街尘在径流冲刷过程中,小粒径颗粒物具有较强的迁移能力,较容易进入水体造成污染.     

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象,采用人工模拟降雨的方法,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响.结果表明,初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小(R²=0.99),径流量在雨强较小时,缓慢上升,但随着雨强的增大急剧上升,在雨强0.83、1.17和1.67 mm·min^-1时,总磷(TP)和颗粒态磷(PP)都表现为初始流失浓度较高,随降雨历时延长略有下降,最终趋于稳定,而在大雨强2.50 mm·min^-1时,TP和PP呈现波浪式起伏,没有明显的变化趋势;在整个降雨-径流过程中,溶解态磷(DP)变化比较平缓,占TP的比例为20%～32%,而PP占TP的比例为68%～80%,其变化规律与TP相一致,由此可见,PP是土壤磷素流失的主要形态;通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率,发现TP的流失率,大雨强2.50 mm·min^-1是小雨强0.83 mm·min^-1的20倍,而DP的流失率,却是33倍,这表明随着雨强的增加,加速土壤PP流失的同时,也大大促进了DP的流失,主要原因是降雨前表施磷肥,使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中,增加了DP的流失,从而会加重受纳水体富营养化的程度.     

长三角典型村域次降雨条件下氮素非点源输出特征

研究长三角典型都市农业村镇不同土地利用下的氮素非点源输出特征,以期为治理该区域的面源污染提供科学依据.通过典型次降雨径流事件中氮形态和输出负荷变化的研究发现:监测点总氮(TN)的事件平均浓度(EMC)为20.01～22.83mg/L,其中溶解态氮(DN)占TN的比例最大;研究区非点源氮流失以溶解态为主,DN又以溶解态有机氮(DON)为主.耦合各形态氮浓度与径流量特征,发现非点源氮素输出呈现2个峰值,且出现在径流峰值之前4～55min;TN、DN和硝态氮(NO3--N)浓度随降雨时间增加呈现减少趋势;氮素负荷受其浓度和径流量的共同作用,基本上呈现与氮素浓度相同的变化特征,但起伏变化较为平缓.氮素污染负荷积累曲线分析表明,村域地表径流各形态氮素均存在初期冲刷效应.     

缙云山3种典型森林降雨过程及其氮素输入

选取重庆缙云山的常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林为研究对象,于2012年5~10月对大气降水、穿透雨和树干径流等降水过程及其氮素输入进行研究.结果表明:①研究期间总降雨量564.88 mm,常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林的穿透雨量占总降雨量的比例分别为74.0%、85.0%和71.6%,且树干径流量所占比例分别为1.9%、10.3%和1.6%;3种林分的穿透雨量、树干径流量与林外降雨量之间均呈显著的线性关系(P<0.05),且穿透雨率、树干径流率与林外降雨量之间都呈对数关系(P<0.05).②与大气降水相比,穿透雨和树干径流的NO-3和NH+4浓度要高,且3种林分的大小关系为针阔混交林>常绿阔叶林>毛竹林;穿透雨和树干径流的总无机氮输入量(以N计)分别为针阔混交林(18.93 kg·hm-2)、常绿阔叶林(14.93 kg·hm-2)和毛竹林(15.31 kg·hm-2).③3种林分的无机氮输入量与穿透雨量、树干径流量之间均呈显著的线性关系(P<0.05).     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷研究

为了解山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷效应,对山城重庆的8场暴雨进行了径流全过程监测,并与平原城市作了对比分析.结果表明:TSS(总悬浮物)、COD和TP来自城市交通干道的贡献较混凝土屋面大,而TN、NH3-N两者相当;对于重金属,除Cd外,城市交通干道重金属的EMC(Event Mean Concentration)值均高于混凝土屋面.城市交通干道,初期40%的暴雨径流携带了53%±16%TSS,66%±10%COD,59%±2%TN,58%±2%NH3-N,51%±5%TP;而混凝土屋面,初期40%的暴雨径流携带了64%±20%TSS,66%±17%COD,55%±14%TN,52%±14%NH3-N,56%±3%TP,建议两类硬化下垫面至少以初期40%的暴雨径流作为控制量.与平原城市相比,山地城市交通干道初期40%的暴雨径流携带污染负荷TSS与COD的比例比平原城市分别高出16%和22%,初期冲刷效应更加明显.     

半干旱半湿润地区HSPF模型水文模拟及参数不确定性研究

本研究选取半干旱半湿润地区北京妫水河流域2005—2007年和2008年月径流数据为率定期和验证期,建立HSPF水文模型进行径流模拟,结合人工率定和PEST自动率定程序进行参数优选,并通过GLUE方法分析模型参数不确定性.通过Monte-Carlo随机采样得到30000组参数组合,分析参数与似然值散点图,把参数分为敏感参数(LZSN、AGWRC)、区间敏感参数(BASETP)和不敏感参数(AGWETP、INFILT、CEPSC、DEEPFR、UZSN、INTFW、IRC).针对比较敏感的参数LZSN、AGWRC和BASETP分析其相关性,发现LZSN和AGWRC相关性较强.模型存在大量"异参同效"现象,表明影响结果的是参数组合而不是单一参数.进一步计算90%置信度下的不确定性范围,发现不确定性范围与径流大小密切相关,径流愈大其不确定性范围愈大,反之亦然.本文对参数不确定的分析研究可为HSPF模型在区域尺度水文预测等提供参考和依据.