Upstream Sediment‐Control Dams: Five Decades of Experience in the Rapidly Eroding Dahan River Basin,Taiwan

Sedimentation is emerging as a key issue in sustainable reservoir management. One approach to controlling reservoir sedimentation is to trap sediment in hydraulic structures upstream of the reservoir. In the 1,163‐km² catchment of the Dahan River (Taiwan) over 120 “sabo” dams were built to reduce sediment yield to Shihmen Reservoir. Built in 1963 for water supply, Shihmen has lost over 40% of its 290‐Mm³ storage capacity to sedimentation. Most of these upstream structures were small, but three had capacities >9 Mm³. Field measurements and historical data from the Water Resources Agency show most smaller dams had filled with sediment by 1976. The three largest were full or nearly so by 2007, when one (Barlin Dam) failed, releasing a pulse of 7.5 Mm³, most of its 10.4 Mm³ stored sediment downstream. The Central Range of Taiwan is rapidly eroding (denudation rates 3‐6 mm/yr), so geologically high loads make sediment problems manifest sooner. Even in other environments, however, eventually small dams built upstream of large reservoirs are likely to fill themselves, creating multiple small sediment‐filled reservoirs, some located in sites inaccessible to mechanical removal. Our analysis suggests sabo dams do not offer a long‐term basis for controlling reservoir sedimentation in such a high‐sediment yield environment. Sustainable solutions must somehow pass sediment downstream, as would be accomplished by a sediment bypass around Shihmen Reservoir, as now being studied.     

三峡库区腹地规模农地空间分布规律

山区农业转型对于我国山区耕地可持续利用效率、土地整治方向以及生态建设方向具有一定的指导意义,渝东北生态涵养发展区是重庆市农用地整治项目的主要分区,通过定义作为农业转型产物的"规模农地"相关概念及其判读标准,旨在提出一种新的研究路径对重庆市典型山区地貌的耕地利用现状给予指导和改善意见。首先选取三峡库区腹地5个区县为研究区,并结合研究区实际对"规模农地"进行等级划分,利用Arc GIS10.2等软件通过景观格局指数、核密度测算、空间自相关等方法从斑块特征、数量分布、空间格局三方面对研究区内规模农地的空间分布规律进行探讨。研究表明:(1)不同类型规模农地斑块特征呈现一定的规律性,小规模农地斑块密度最大为6.004,大规模农地平均最近指数MNN值最低为643.401,且农地规模越大,面积加权平均斑块分维数AWMPFD值和聚集度AI值越高;(2)中、大规模农地数量多集中在奉节县,微、小规模则多集中在巫山县,且规模农地自身及其相互之间存在固定的邻接性规律,即同类斑块之间的邻接性与其斑块大小成反比,不同类型斑块之间则与之相反;(3)研究区规模农地整体空间分布主要集中在奉节县中部以及巫溪县东部,沿江流域的平坝地区分布相对密集,且不同类型规模农地在空间上存在明显的自相关性。     

三峡工程建设前后库区城镇发展与环境变化

利用卫星遥感监测，分析三峡工程建设前后库区城镇发展类型、时空过程，揭示库区城镇变化的驱动力，探索了城镇扩展与人口城镇化关系，研究城镇环境变化特征。三峡库区城镇规模发展不均衡，库尾城市规模庞大，库中、东部区县级城市规模较小，而乡镇的比例占城镇面积24%；在过去15 a中，建城区规模扩大172%，高于全国省会城市发展水平72%；三峡库区城镇规模扩大的同时，东西城镇规模差距逐步缩小，三峡工程建设起着重要的推动作用；城镇发展以侵占了优质耕地资源为代价，耕地占城镇变化83%；城镇用地变化与人口城市化发展不平衡，城镇空间发展快于人口城镇化过程，城镇对农村人口的吸引力不及全国省会城市平均水平，在2007年城市化率低于全国水平13%，差距进一步扩大；城市空间结构发展模式受地形和土地资源的限制，城市分维数和坡度分别增加12%和104°，城市向潜山区扩展或搬迁的同时，城市空间的完整性下降     

猛进水库水环境问题研究

猛进水库是五家渠地区的主要水源地,也是乌鲁木齐市重要的淡水鱼供应基地.近年来,猛进水库水质呈不断恶化的趋势,水质为劣V类,为此,猛进水库水质恶化问题已经成为各级政府及公众十分关注的问题.本文选用新疆水环境监测中心多年对猛进水库水质监测及调查的资料,对猛进水库水质现状进行分析评价,运用季节性肯达尔(Kendall)检验等方法,分析了猛进水库水质变化趋势及影响猛进水库水质的主要污染源,提出了进一步保护猛进水库水质的建议,为改善其水环境质量提供依据.     

Spectroscopic Distribution of Dissolved Organic Matter in a Dam Reservoir Impacted by Turbid Storm Runoff

Spectroscopic characteristics of dissolved organic matter (DOM) in a large dam reservoir were determined using ultraviolet absorbance and fluorescence spectroscopy to investigate spatial distribution of DOM composition after turbid storm runoff. Water samples were collected along a longitudinal axis of the reservoir at three to four depths after a severe storm runoff. Vertical profiles of turbidity data showed that a turbid water layer was located at a middle depth of the entire reservoir. The spectroscopic characteristics of DOM samples in the turbid water layer were similar to those of terrestrial DOM, as demonstrated by the higher specific UV absorbance (SUVA) and the lower fluorescence emission intensity ratio (F ₄₅₀/F ₅₀₀) compared to other surrounding DOM samples in the reservoir. Synchronous fluorescence spectroscopy revealed that higher content of humic-like DOM composition was contained in the turbid water. Fluorescence excitation–emission matrix (EEM) showed that lower content of protein-like aromatic amino acids was present in the turbid water DOM. The highest protein-like fluorescence was typically observed at a bottom layer of each sampling location. The bottom water DOM exhibited extremely high protein-like florescence near the dam site. The particular observation was attributed to the low water temperature and the isolation of the local bottom water due to the upper location of the withdrawal outlet near the dam. Our results suggest that the distribution of DOM composition in a dam reservoir is strongly influenced by the outflow operation, such as selective withdrawal, as well as terrestrial-origin DOM inputs from storm runoff.     

长江干支流输沙量减少趋势及其影响因素浅析

通过对长江干支流各主要水文控制站的多年径流量、输沙量、含沙量、中值粒径等水沙基本特征值的统计分析，表明在过去的近50年时间内，长江干支流的年径流量中心趋势不存在具有显著统计意义的变化，而输沙量、含沙量、中值粒径值均有明显的下降态势。以水库建设和水土保持为主的人类活动是长江干支流泥沙输移量减少趋势的重要影响因素，在20世纪90年代以前长江输沙量的减少主要是水库建设的影响，之后随着“长治”工程的展开则兼具了水库建设和水土保持的影响，未来水土保持工作对长江保水减沙的长期效益将更为显著。     

水源水库污染底泥不同修复方法脱氮效果对比实验研究

总氮超标是大部分水源水库具有的共性水质问题.在外源污染得到有效控制,上游来水氮负荷较低的情况下,底泥內源氮释放对上覆水体水质影响巨大.因此,在泥水界面处对污染底泥进行合理修复以有效抑制底泥氮释放是解决总氮超标问题、控制水源水质的关键.本研究通过模拟实验对比研究了3种不同修复方法,即覆盖填料、投加功能微生物和投加铁粉在界面处的脱氮效果.结果表明,填料覆盖技术具有更明显的脱氮效果,对氨氮的平均抑制率为83%,最高时可达92%,对总氮的平均抑制率达73%,且效果稳定.     

广东南水水库富营养化与浮游植物群落动态

南水水库是广东省第三大水库,属饮用水源一级保护区。于2011年1~12月对该水库的水文、水质和浮游植物进行了每月一次、为期一年的调查,采用营养状态指数(TSI)进行了水质综合评价,分析了浮游植物群落的动态变化规律,选择冗余分析(RDA)研究了影响浮游植物群落结构的环境因素。结果表明:南水水库现为贫营养型,全年浮游植物的种类变化不大,共鉴定出浮游植物6门50属(种),优势种以适应贫营养的种类为主,且浮游植物的丰度、生物量及叶绿素a浓度都较低,其均值分别为8.72×104～2.51×105cells/L、0.031～0.423 mg/L和0.83～2.80 mg/L。浮游植物群落主要以硅藻、甲藻和绿藻种群为主,硅藻种群全年占优势,甲藻和绿藻在不同季节优势度有变化,体现出从硅藻型到硅藻-甲藻型,到硅藻-绿藻型,再到硅藻-甲藻型的变化过程。温度、氮磷比和水体稳定性的季节变化是影响上述浮游植物群落动态的主要因子。     

深水型水库热分层诱导水质及真菌种群结构垂向演替

水体真菌种群在调控水库生态系统健康过程中发挥重要作用,为探明热分层诱导深水型水库水体真菌种群结构垂向演替特征,采集金盆水库主库区0.5、10、25、40、60和70 m水深水样,分析水质参数、并运用高通量DNA测序技术诊断水库水体真菌种群结构垂向异质性.结果表明,金盆水库表层水温最高为22.33℃,底层最低为7.21℃(P0.05).水体溶解氧(DO)随水深增加显著降低(P0.05),电导率、总磷(TP)和铁含量随着水深增加显著升高(P0.05),垂向形成稳定的变温层、斜温层和等温层结构.水体真菌种群高通量DNA测序共发现1 247个OTUs,隶属4门14纲39属,主要包括接合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和壶菌门(Chytridiomycota).等温层水体真菌种群Shannon指数和Chao 1多样性指数最高,分别为3.45和360,显著高于斜温层水体(P0.05).红酵母属(Rhodotorula,27.23%)、链格孢属(Alternaria,24.28%)、分子孢子菌属(Cladosporium,22.98%)、链格孢属(Alternaria,32.00%)、亚隔孢壳属(Didymella,17.47%)和分子孢子菌属(Cladosporium,28.17%)分别是0.5、10、25、40、60、70 m的优势菌属,不同水深均存在大量未知真菌(Unclassified).热图(heat map)结果表明,热分层期间金盆水库水体真菌种群结构垂向分布差异显著、不同水层具有不同的真菌种群结构.主成分分析(PCA)表明水温、DO、TP、电导率是调控水体真菌种群结构垂向异质性的主要水质因子.该研究结果为水源水库热分层期间水质与真菌群落的偶联机制提供科学依据.     

路面径流生态阻控技术研究——以改性麦饭石透水沥青路面为例

为强化透水沥青路面对路面径流中氮、磷的控制效果,采用铁盐联合碱热技术制备了涂层负载改性麦饭石蓄水层集料,并运用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对改性后麦饭石集料的表面形态、特征和化学成分进行了表征.同时,通过静态吸附试验对TP的吸附效果及其作用机理进行了对比研究.最后将改性麦饭石作为蓄水层集料应用于透水沥青路面中,通过模拟降雨和周期蓄水试验探究其净化机制.结果表明:相比于天然麦饭石,铁盐联合碱改性麦饭石的表面性状发生了明显变化,最大饱和吸附容量明显提高,对氨氮和磷酸盐的吸附容量分别从1.32 mg·g~(-1)和1.48 mg·g~(-1)提升到12.82 mg·g~(-1)和6.38 mg·g~(-1);降雨全过程中改性蓄水层路面对NH~+_4-N的整体去除效率可提高20%左右,对TP的净化效率至少可提高15%,蓄水阶段较模拟降雨阶段污染物的去除效果显著提高,改性后麦饭石蓄水层24 h后的出水水质均可达III类水标准,强化蓄水层和提高蓄水时间是提高路面径流净化效率的有效措施.因此,本实验中铁盐联合碱热技术制备的改性麦饭石可推荐用于海绵城市生态处理设施透水沥青路面中削减氨氮和总磷的污染负荷.