水库建成与运行对温室气体排放的影响

碳中和是全球控制增温效应的主要手段,而准确估算碳排放是预测气候变化与实现碳中和的重要环节.水库是温室气体的重要排放源,由于受人为活动及水库运行方式的影响,水库温室气体排放量估算存在许多不确定性.本研究总结了水库主要温室气体（CH₄、CO₂和N₂O）的产生与排放过程,重点分析了水库温室气体产生与排放的主要影响因素,包括水库库龄、位置和大小及有机物、温度、溶解氧、流速、水深和风速等;并通过分析水库建成前后水文情势的改变,探讨了水库建成对温室气体排放的可能影响.在此基础上,进一步提出未来水库温室气体排放有待研究的4个方面：水库系统扩散及冒泡通量的时空异质性、水库不同区域温室气体排放的差异性、多沙河流水库温室气体排放规律、水库建成前后温室气体排放情况对比,从而为更全面地评估水库温室气体排放提供依据.     

同步脱氮除磷复配菌剂对河流水质净化效果研究

通过选择培养基、溴麝香草酚蓝（Bromothymol Blue,BTB）培养基筛选及脱氮除磷性能检测,从城市河道中成功筛选出6株异养硝化-好氧反硝化菌株,分别属于假单胞菌属（Pseudomonas）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、无色杆菌属（Achromobacter）和陶厄氏菌属（Thauera）,其中3株菌株兼具硝化、反硝化和聚磷能力,菌株MC-5除磷能力最优.在此基础上,将筛选出的6株单菌株进行复配,考察了复配菌剂在不同COD/TN下的脱氮除磷性能.根据群落结构变化分析,发现复配菌剂中的产碱杆菌属在脱氮除磷中发挥了更为关键的作用.水中碳源耗尽时补加碳源能显著提升复配菌剂的脱氮除磷性能,氨氮和总磷去除率分别由55.87%和50.48%提高到100%和98.89%,而水中COD/TN高于20会对微生物产生抑制作用.探究复配菌剂处理受污染河水最佳投加量的试验结果表明,投加量为1.69 g·m-3时,总磷指标能够从地表水劣Ⅴ类提高至Ⅲ类水质标准,氮类指标能够提升至接近地表水Ⅴ类水质标准.适当提高菌剂投加量能提高氮、磷元素降解速率,缩短河道水质修复时间.这说明本研究中的同步脱氮除磷...     

提升水库下游河流水质的生态放流量确定和可行性分析

大型水利枢纽工程在防洪、发电、供水、航运等诸多方面发挥巨大作用的同时,也改变了河流的天然水文情势,导致下游河流流量减少,削弱了河流水体的自净能力,威胁河流生态系统功能和物种多样性.在此背景下,选定松辽流域石头口门水库及其下游饮马河为研究对象, 首先分析了饮马河主要污染组分COD和NH₃-N浓度的变化趋势以及前期石头口门水库的生态放流措施对下游河流水环境质量的改善效果,然后基于河流水动力和水质模型,通过目标水质反推水库的生态放流量,从而拟定了一套进一步提升河流水环境质量的水库生态放流方案.最后基于水库均衡分析论证了方案的可行性.研究结果表明,原有的水库生态放流计划实施后,劣V类水体同比减少54.55%,效果较为明显.为了满足“十四五”水质目标,进一步提升河流水质,除10月和12月以外,其它月份的生态放流量均需要提高,年生态补水量增加1425万m³,能够满足水库的供水、灌溉需求和蓄水计划,方案具有可行性,能够有效缓解河流水体污染,提升水质.     

高分辨率数据驱动的流域非点源污染输出风险评估方法

近年来,非点源污染已成为我国部分水库水质恶化的主要原因.以潘家口水库流域为例,引入动态降水因子和地形因子改进经典的输出风险模型,结合高分辨率的卫星反演降水产品(GPM)和高分六号卫星影像,建立高分辨率数据驱动的非点源污染输出风险评估模型,开展潘家口水库流域的非点源污染输出风险时空分布特征研究.结果表明,研究区2018年非点源污染输出风险较高,其中氮元素污染输出高风险和较高风险区约占流域总面积的70.6%,磷元素污染输出无高风险区,较高风险区约占流域总面积的21.9%.分析流域非点源污染输出风险时空分布特征,发现4～9月潘家口水库流域非点源污染输出风险呈现先增后减趋势,在7月和8月最高,与流域降水时空分布一致;结合土地利用分布特征分析,流域上游以耕地为主,城市集中在流域下游,受农业生产和人类活动的影响,这些区域的非点源污染输出风险较高.针对非点源污染输出风险时空分布特征,应制定合理的农业施肥方式,规划非点源污染“源-汇”景观布局以及建设植被缓冲带.     

天津独流减河流域不同等级河流沉积物细菌区系及功能辨识

细菌群落对环境变化的敏感性较高,但在相似等级的生态条件下其代谢功能或具有趋同性.为探讨微生物群落的这种环境属性并验证其用于流域功能单元划分方面的可行性,本文以天津市独流减河流域上游汇水段河流表层沉积物为研究对象,从河道干流(MS)、左岸支流(LT)和右岸支流(RT)这3个连续的空间单元入手,研究沉积物中细菌的多样性、结构和功能代谢丰度,并探讨其作为流域功能单元划分关键因子的可行性.结果表明,不同等级河流沉积物之间细菌的Shannon指数和Simpson指数无显著差异(P>0.05),但Chao1、 Ace、 Observed＿species和PD＿whole＿tree指数均呈现支流显著高于干流的现象(P<0.05).细菌优势菌门的相对丰度在不同等级河流沉积物中差异不显著,但其功能代谢丰度则表现为干流显著高于支流(P<0.05),而不同支流之间差异不显著(P>0.05).本研究发现,除可交换态磷和硝态氮之外,其他理化性质在不同河流空间单元之间差异不显著,但pH和铁铝结合态磷显著影响了细菌群落的结构组成,有机质和总氮则与细菌功能代谢密切相关.研究同时发现,基于细菌代...     

2000~2020年长江流域植被NDVI动态变化及影响因素探测

研究植被动态变化并探测驱动其变化的影响因素,对区域生态环境质量监测和林业恢复工程效应评估具有重要现实意义.利用MODIS NDVI数据、基于站点的气象数据、DEM数据、人口密度数据和夜间灯光数据等,结合Theil-Sen Median斜率估计、Mann-Kendall显著性检验、稳定性分析和地理探测器,在多时空尺度下分析2000～2020年长江流域植被NDVI时空演变特征及稳定性,并探测驱动植被NDVI空间分异的主要影响因素.结果表明,2000～2020年长江流域植被NDVI整体呈波动上升趋势.除太湖水系外,其余流域单元植被NDVI均呈上升趋势.长江流域植被NDVI呈上升趋势的面积占84.09%,其中,呈极显著上升和显著上升的区域占53.67%,主要分布在乌江、宜宾至宜昌、嘉陵江、汉江和洞庭湖水系.除金沙江石鼓以上和太湖水系植被NDVI稳定性较差以外,其他流域单元植被NDVI整体较为稳定.海拔是影响各流域单元植被生长的重要因素,而气候因子对金沙江石鼓以上植被NDVI的影响程度最高,人文因子对乌江、湖口以下干流和太湖水系植被NDVI影响最大.长江流域影响因素双因子交互作用均表现为双因子增...     

长江流域着生藻类群落结构的空间格局及其生态评价

在长江流域河流区域共布设了130个采样点开展着生藻类调查,范围涵盖了自长江源区至入海口的干流重点区域、八大一级支流和三峡支流.长江干流着生藻类密度从高到低依次为长江上游、长江源区、长江中下游和金沙江,整个干流自西向东着生藻类群落空间格局呈现硅藻门和蓝藻门交替占优的形式,硅藻（舟形藻）在干流具最大竞争优势,干流着生藻类群落分布与总氮、总磷和pH密切相关.长江支流中,三峡支流着生藻类密度显著高于八大一级支流,所有支流着生藻类群落主要为蓝藻门,蓝藻（鞘丝藻）在长江支流具最大竞争优势,支流着生藻类群落分布与溶解氧和pH密切相关.着生藻类的多样性分析及水生态评价显示,长江源区物种丰富度较低,但均匀度指数较高,因此是α多样性最高的区域,也是水生态评价较好的区域（β中污型）;长江中下游尽管评价也为β中污型,但着生藻类群落均匀度显著低于源区,导致其α多样性低于源区.水质评价显示长江流域各区域均为良好,但区域间的WQI指数仍具显著差异,而且其差异结果与水生态评价结果不一致,因此建议结合水生态和水质两种评价结果从而更全面地评价水生态系统健康.     

River Channel Geometry and Rating Curve Estimation Using Height above the Nearest Drainage

River channel geometry is an important input to hydraulic and hydrologic models. Traditional approaches to quantify river geometry have involved surveyed river cross sections, which cannot be extended to ungaged basins. In this paper, we describe a method for developing a synthetic rating curve to relate flow to water level in a stream reach based on reach‐averaged channel geometry properties developed using the Height above Nearest Drainage (HAND) method. HAND uses a digital elevation model (DEM) of the terrain and computes the elevation difference between each land surface cell and the stream bed cell to which it drains. Taking increments in water level in the stream, HAND defines the inundation zone and a water depth grid within this zone, and the channel characteristics are defined from this water depth grid. We apply our method to the Blanco River (Texas) and the Tar River (North Carolina) using 10‐m terrain data from the United States Geological Survey (USGS) 3D Elevation Program (3DEP) dataset. We evaluate the method's performance by comparing the reach‐average stage‐river geometry relationships and rating curves to those from calibrated Hydrologic Engineering Center's River Analysis System (HEC‐RAS) models and USGS gage observations. The results demonstrate that after some adjustment, the river geometry information and rating curves derived from HAND using national‐coverage datasets are comparable to those obtained from hydraulic models or gage measurements. We evaluate the inundation extent and show our approach is able to capture the majority of the Federal Emergency Management Agency (FEMA) 100‐year floodplain.     

Featured Collection Introduction: Connectivity of Streams and Wetlands to Downstream Waters

Connectivity is a fundamental but highly dynamic property of watersheds. Variability in the types and degrees of aquatic ecosystem connectivity presents challenges for researchers and managers seeking to accurately quantify its effects on critical hydrologic, biogeochemical, and biological processes. However, protecting natural gradients of connectivity is key to protecting the range of ecosystem services that aquatic ecosystems provide. In this featured collection, we review the available evidence on connections and functions by which streams and wetlands affect the integrity of downstream waters such as large rivers, lakes, reservoirs, and estuaries. The reviews in this collection focus on the types of waters whose protections under the U.S. Clean Water Act have been called into question by U.S. Supreme Court cases. We synthesize 40+ years of research on longitudinal, lateral, and vertical fluxes of energy, material, and biota between aquatic ecosystems included within the Act's frame of reference. Many questions about the roles of streams and wetlands in sustaining downstream water integrity can be answered from currently available literature, and emerging research is rapidly closing data gaps with exciting new insights into aquatic connectivity and function at local, watershed, and regional scales. Synthesis of foundational and emerging research is needed to support science‐based efforts to provide safe, reliable sources of fresh water for present and future generations.     

渭河上游两次致洪暴雨过程的对比分析

对渭河支流上游两次致洪暴雨过程进行了对比分析,结果表明:在泾河上游,两次大暴雨的落区相差在100km以内;两次暴雨过程均给当地和渭河下游造成了严重的洪涝灾害;洪水过程的洪峰特点分别属于缓型洪水和陡型洪水;500hPa天气分型虽然一次为西南气流型,一次为西风槽型,但700hPa的直接影响系统基本相同.物理量诊断对比分析表明:在暴雨出现前12h,低层辐合、高层辐散的垂直结构已基本形成,到暴雨出现临近辐合辐散迅速加强,为暴雨形成和维持提供了非常有利的动力条件.