湖泊水质模型研究进展

湖泊是最重要的淡水资源之一，对社会和经济的发展起着不可估量的作用。保护和改善湖泊水环境问题已成为当前世界关注的一个焦点。湖泊水质模型是一种利用数学语言来描述湖泊污染过程中的物理、化学、生物化学及生物生态各方面之内在规律和相互联系的手段。作为湖泊水环境污染治理、规划决策分析中的一个重要工具，它可以为湖泊的综合整治和科学管理提供科学的依据，在环境保护领域中发挥着举足轻重的作用。分别介绍了湖泊水质模型国内外研究动态、类型、常用软件（WASP、EFDC、CE QUAL W2、CE QUAL R1、CE QUAL ICM、MIKE、SMS等）和应用实例，并综观湖泊水质模型的研究历史和应用前景，系统分析了湖泊水质模型研究的发展趋势。     

Modeling Parent and Metabolite Fate and Transport in Subsurface Drained Fields With Directly Connected Macropores1

Abstract: Few studies exist that evaluate or apply pesticide transport models based on measured parent and metabolite concentrations in fields with subsurface drainage. Furthermore, recent research suggests pesticide transport through exceedingly efficient direct connections, which occur when macropores are hydrologically connected to subsurface drains, but this connectivity has been simulated at only one field site in Allen County, Indiana. This research evaluates the Root Zone Water Quality Model (RZWQM) in simulating the transport of a parent compound and its metabolite at two subsurface drained field sites. Previous research used one of the field sites to test the original modification of the RZWQM to simulate directly connected macropores for bromide and the parent compound, but not for the metabolite. This research will evaluate RZWQM for parent/metabolite transformation and transport at this first field site, along with evaluating the model at an additional field site to evaluate whether the parameters for direct connectivity are transferable and whether model performance is consistent for the two field sites with unique soil, hydrologic, and environmental conditions. Isoxaflutole, the active ingredient in BALANCE^® herbicide, was applied to both fields. Isoxaflutole rapidly degrades into a metabolite (RPA 202248). This research used calibrated RZWQM models for each field based on observed subsurface drain flow and/or edge of field conservative tracer concentrations in subsurface flow. The calibrated models for both field sites required a portion (approximately 2% but this fraction may require calibration) of the available water and chemical in macropore flow to be routed directly into the subsurface drains to simulate peak concentrations in edge of field subsurface drain flow shortly after chemical applications. Confirming the results from the first field site, the existing modification for directly connected macropores continually failed to predict pesticide concentrations on the recession limbs of drainage hydrographs, suggesting that the current strategy only partially accounts for direct connectivity. Thirty‐year distributions of annual mass (drainage) loss of parent and metabolite in terms of percent of isoxaflutole applied suggested annual simulated percent losses of parent and metabolite (3.04 and 1.31%) no greater in drainage than losses in runoff on nondrained fields as reported in the literature.     

DESIGN OF AN INDEX OF WATER QUALITY1

ABSTRACT: This paper describes the formulation of an Index of Water Quality to evaluate the level of pollution in fresh water. A Four-Round Delphi equation, using a panel of seven nationally recognized water scientists, was performed to ascertain the pollutants to be included in the index, the relationship between the quantity of these pollutants in the water and the resulting quality of the water, and the importance of each pollution variable to each water use as well as to overall pollution. A multiplicative index was used to bring the pollutants together into one system.     

黄河三角洲土地质量模糊综合评价

针对土地复杂性、模糊性的特征,本文采用模糊数学中“多级模糊综合评判”的方法进行了黄河三角洲土地质量评价,并对其科学性和可行性作了探讨。     

土地整治对工业区周边土壤微生物多样性和群落结构影响分析

为探究土地整治对重金属污染环境下土壤理化性质及其中微生物的影响,本文基于Illumina高通量测序技术,对比分析了工业区周边土地整治区内外的土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:①从土壤性质来看,土地整治区重金属污染状况和土壤质量均优于非整治区.②从土壤微生物群落结构来看,水田土壤微生物群落主要的菌门为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,而土地整治可能降低了变形菌门相对丰度,提高了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度,同时在属水平上也提高了鞘脂单胞菌属、地杆菌属的相对丰度.③从土壤微生物多样性来看,土地整治区中土壤微生物多样性和功能性明显得到改善,但随着重金属污染程度的升高,改善效果逐渐减弱.④Spearman相关性分析表明,Cd、Hg、Pb、pH、AP是影响微生物群落的主要环境因子,而硫杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属与多种重金属元素表现出显著的正相关关系.本研究证实了土地整治有助于改善土壤微生物多样性和功能性,并提升土壤质量.     

基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

农闲期城郊农田灌溉水中典型污染物含量与评价——以西北江三角洲为例

摸查了农田灌溉系统水环境经农（夏）闲期降水等外部强干预调理后的环境污染物含量——该值理论上是环境自净作用之后的最不利值,对农田灌溉系统水环境进行水质评价,探究其对农田土壤质量的潜在污染风险.于2019年6月中旬—7月下旬（降雨集中期）,分别在西北江三角洲城市（清远市、佛山市和江门市）实验基地周边筛选研究区,并在雨后对有覆水的水源区域、灌渠、蓄水池和田间水等采集上覆水,共采得水样27×2份,对其pH值、悬浮物（SS）、矿化度、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）、Cd、As、Pb、Cu和Zn的含量进行检测;对各研究区pH值、SS的成因和影响,矿化度的等级,重金属均值分布等进行分析;对全样品TP、NH₄⁺-N、重金属含量进行Pearson相关性分析和描述性特征分析;通过单因子水质标识指数P_i和综合水质标识指数P分别对各采样点、各构成项目和各研究区进行水质评价.研究发现雨后农田灌溉系统水环境构成复杂,物质呈无显著性差异的迁移,灌溉沿程上覆水中大部分物质可能处于动态平衡,受局部环境影响变小,TP、NH₄⁺-N和重金属等迁移物质主要还是灌溉水体中原有的,受外力驱动扰动后在水动力作用下可能以氮磷结合形态沿灌溉系统发生远距离迁移;使用河流水质标识指数法评价农田灌溉系统水环境,发现该法可以刻画局部灌溉的水质态势,对农田灌溉系统水环境的含量特征评价做出科学、合理的解释,也可以做出综合性定量评价.虽然灌溉水系统结构差异较大,但是从整体上可以初步得出农闲期西北江三角洲农田灌溉水的灌溉风险不高的结论,总体综合水质评价级别为Ⅰ类~Ⅱ类,达到水环境功能区的使用要求.     

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

农户分化、技术约束与耕地保护技术选择差异——基于不同约束条件下的农户技术采纳理论分析框架

在不完全要素市场和农户分化背景下,探索不同类型农户、耕地保护技术约束与技术选择之间内在行为逻辑,以期为保障我国耕地质量可持续发展提供参考。利用Probit和Logit方法,通过微观数据剖析不同类型农户技术选择意愿、行为逻辑及不同约束条件下的技术选择差异。研究表明：纯农户、I类兼业户和II类兼业户在耕地保护意愿方面具有统一性,但随着非农收入的增加农户耕地保护意愿逐渐降低;在行为逻辑方面,异质性农户耕地保护技术选择上差异显著,不同类型农户的禀赋特征与不同耕地保护技术间存在非对称性和偏差,主要受不同技术属性和风险偏好的约束。因此在耕地保护技术实施与推广应用时,应当更多地考虑不同农户禀赋优势与农户风险偏好程度。     

我国硒淡水水生生物水质基准值推导

水体中硒含量过高会导致水生生态系统退化,而中国现有的地表水环境质量标准对硒的标准值设定并不是基于我国水生生物相关毒理学研究得出的,难以因地制宜地保护我国水生生物.为保护我国水生生物,本研究利用物种敏感度分布法,推导出基于最大无效应浓度（NOEC）、最低有效应浓度（LOEC）的慢性硒（无机）淡水水质一级基准值和基于半数致死效应浓度（LC₅₀）、半数最大效应浓度（EC₅₀）、半数抑制浓度（IC₅₀）的急性硒（无机）淡水水质二级基准值分别为0.58 μg·L^-1、0.52 mg·L^-1,发现我国现有的水质标准可能会对我国水生生物造成欠保护.进一步推导出为保护我国鱼类的硒（无机）淡水水质一级、二级基准值分别为0.21 μg·L^-1、1.60 mg·L^-1,以及硒淡水鱼类饲料有机硒和无机硒含量一级基准值分别为97 μg·kg^-1和98 μg·kg^-1.本研究基于硒对水生生物的急性和慢性毒性效应,推导出硒的系列基准值,为保护我国淡水水生生物安全的标准制定提供数据支撑和科学依据.