基于熵权的WQI法在鄱阳湖水质评价中的应用

基于2009—2018年鄱阳湖15个监测点位的水质监测数据,采用基于熵权改进的综合水质指数（WQI）法研究10年间该湖水质年际、季节演变特征及空间分布情况。结果表明：鄱阳湖WQI多年平均值为78.41,水质总体处于差等级,其中氮、磷污染较为严重;该湖水质空间分布差异较小,各湖区WQI较为接近,湖区西北部和东南部污染相对较为严重;该湖夏季水质较好,水质与降水量及湖面风浪强度紧密相关;该湖污染物主要来自入湖河流周边的工、矿、企业的废水及采砂造成的污染物释放,建议控制、治理入湖河流水质,提高鄱阳湖较重污染区水质。     

鄱阳湖流域典型树种夏季气孔导度模型及影

植物气孔是调控土壤-植被-大气连续体间物质和能量交换的关键环节,其变化对植物蒸腾作用有着重要的影响,进而对环境湿度和温度等起着重要的调节作用. 基于鄱阳湖流域5种典型树种叶片气体交换观测数据,对14种组合的气孔导度模型〔Jarvis模型12种,Ball-Berry-Leuning(BBL)模型2种〕的参数进行了拟合,筛选出5种典型树种夏季最优气孔导度模型;结合多元逐步回归技术,分析了大气温度(T_a)、叶片与空气间饱和水汽压差(D_e)、光合有效辐射(PAR)、大气CO₂浓度(C_a)4种环境因子对气孔导度的影响. 结果表明:杉木(Cunninghamia lanceolata)、湿地松(Pinus elliottii)、马尾松(Pinus massoniana)的最优模型均为BBL-B2模型;沉水樟(Cinnamomum micranthum)的最优模型为BBL-B1模型;柑桔(Citrus reticulata)的最优模型为Jarvis-J12模型;饱和水汽压差(D_e)为影响鄱阳湖流域5种典型树种夏季气孔导度的最敏感因素.      

常州平原河网水动力模型构建

针对平原河网水动力状况的特点,利用MIKE11软件包建立了常州市河网水动力模型,并利用常州市13个水文站点1997、1999和2009年实测水位和流量资料对模型参数进行率定与验证.结果表明,河道糙率值在0.020～0.035之间,模型计算值和实测值吻合良好,能够反映河道的主要水动力特征.     

鄱阳湖草滩湿地植物群落响应水位变化的周年动态特征分析

水位变化影响湿地水生植物群落的初级生产力、物种多样性及群落结构. 鄱阳湖作为我国最大的吞吐型、季节性浅水通江湖,其水位季节性变化显著. 通过对2009—2010年鄱阳湖3个水情期(丰水期、平水期、枯水期)的湖泊生态学调查,分析水位波动对鄱阳湖植物群落及植物的影响特征. 结果表明:丰水期鄱阳湖高水位导致草滩湿地植被被完全淹没,潜水型湿生植物受高水位胁迫,多采取休眠或耐受的生存策略度过不利时期. 该时期沉水和浮叶植物占优势,优势种为竹叶眼子菜、微齿眼子菜、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻和荇菜.2009年枯水期鄱阳湖低水位创历史新低且提前近1个月到来,湖洲滩地的湿生植被也提前近1个月萌发,洲滩以虉草、灰化苔草、蒌蒿、水蓼、千金子和蓼子草占优势,中高位草滩以中生-湿生植物类群占优势. 平水期鄱阳湖洲滩部分被淹没,形成较明显水位梯度,优势湿生植物苔草属植物和虉草的地上部分生物量在水位梯度上变化显著.      

太湖流域平原水网区底栖动物完整性健康评价

基于75个采样点的底栖动物监测数据,应用生物完整性的理论和方法,对太湖流域平原水网区进行水生态健康评价. 以采样点环境所承受的干扰程度为标准,确定参照点13个、受损点62个. 对涉及底栖动物群落丰富度、组成、耐污能力及摄食功能的21个候选指数进行分布范围、判别能力及相关性分析,筛选出有较强预判能力且相对独立的6个核心指数构成B-IBI(底栖动物完整性指数)健康评价体系,包括总分类单元、软体动物分类单元、Shannon-Wiener多样性指数、前3位优势分类单元相对丰度、BI指数、滤食者相对丰度. 通过比值法统一各指数的量纲,以参照点B-IBI值的25%分位数作为健康基准值,运用四分法划分B-IBI健康分级标准:B-IBI≥2.84,为健康;2.13≤B-IBI<2.84,为亚健康;1.42≤B-IBI＜2.13,为一般;0.71≤B-IBI＜1.42,为差;B-IBI＜0.71,为极差. 应用B-IBI对太湖流域平原水网区进行健康评价,结果显示:太湖东部、南部沿岸湖区以及太湖上游水库健康状况相对较好,总体处于健康或亚健康水平;太湖北部三湾、西部湖区较差,基本处于差或极差水平;太湖上游洮滆水系生态状况也不容乐观,从上游至下游沿程呈逐步恶化趋势;京杭大运河的监测断面均表现为极差水平. B-IBI健康评价结果与基于水质及富营养化评价的结果高度吻合, 但今后仍需加强该评价体系的标准化及本土化等方面的研究.      

江湖关系变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响

选取了鄱阳湖北部湖区、“五河”入湖尾闾区、湖心区共14个不同高程的表层出露沉积物样品,通过研究其总氮(TN)含量和氨氮(NH4+-N)释放热力学及动力学特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氨氮释放风险的影响.结果表明,鄱阳湖沉积物TN含量在377～3875mg/kg之间;NH4+-N吸附/解吸平衡浓度(EC0)在1.49～2.99mg/L之间;单位沉积物NH4+-N的最大释放量在17.00~140.97mg/kg之间,NH4+-N释放主要集中在0~5min时段,占最大释放量的50.84%~73.34%,TN含量、EC0浓度、NH4+-N的最大释放量及初始释放速率均随沉积物所处高程的增高而增大,由此可见近年来由于长江来水量减少,鄱阳湖与长江之间江湖关系的改变,引起鄱阳湖枯水期提前及低枯水位持续时间增加,导致沉积物出露时间延长,进而促使沉积物TN含量、EC0浓度、单位沉积物NH4+-N最大释放量及0~5min时段NH4+-N释放速率升高,进而引起沉积物NH4+-N释放风险增大,是导致鄱阳湖水质恶化的重要机制之一.如果此江湖关系变化持续,枯水期低枯水位持续,势必引起沉积物出露面积进一步增大及出露时间的延长,最终可导致来年丰水期鄱阳湖沉积物NH4+-N释放风险增大.     

鄱阳湖表层沉积物有机碳、氮同位素特征及其来源分析

通过对鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个表层沉积物样品中有机碳(TOC)、氮(TN)、C/N值、δ13C及δ15N含量的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流沉积物有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区表层沉积物中TOC的含量(干重)在0.63%~1.86%之间,平均值为(1.15±0.35)%(n=9),比其主支流TOC含量高; TN含量变化范围为0.06%~0.16%,平均值为(0.10±0.03)%(n=9),各入湖河流表层沉积物有机质TN含量处在0.03%~0.08%之间,平均值为(0.06±0.02)%(n=6).鄱阳湖湖区沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别为-25.66‰~-12.56‰和3.51‰~6.27‰,平均值分别为(-22.48±4.10)‰和(4.71±0.95)‰(n=9).各入湖河流沉积物δ13C和δ15N值含量范围分别为-25.24‰~-19.55‰和0.94‰~4.64‰,平均值分别为(-23.27±2.42)‰和(3.19±1.30)‰(n=6).有机质来源分析表明:土壤有机质、水生维管束植物和浮游植物是鄱阳湖及其主要入湖河流沉积有机质主要的3种来源,其中土壤有机质的贡献最大;土壤有机质和人工合成肥料是其沉积物氮素主要来源,对于入湖河流来说,人工合成肥料贡献更大.     

鄱阳湖沉积物中磷吸附释放特性及影响因素研究

沉积物是氮磷营养盐的主要蓄积库,它不仅是外来污染物的归宿地,同时其自身营养盐的释放也可对水环境产生重大影响。针对鄱阳湖存在的沉积物磷释放问题,关键环境因子对基质磷吸附的影响规律进行了探讨。通过控制在不同环境因素条件下,上覆水中磷的变化规律探讨,阐明磷在上覆水-底泥界面迁移转化的规律和环境因素对迁移转化过程的影响。研究结果表明,吸附初始阶段,两者含量相差较大,起始吸附速率很高;随着反应时间的推进,两者含量差随之减小;当吸附时间达到30 min时,此时上覆水的平衡质量浓度为8.648 mg·L^-1,两者含量达成平衡。由磷的吸附等温试验同样可看出,随着平衡质量浓度逐渐增加,土壤吸磷量刚开始增加较快,随后增加趋势逐渐减缓直至磷饱和。pH越小,上覆水质量浓度越低,沉积物对磷的吸附作用越强;pH越大,上覆水中TP质量浓度越大,强碱条件下,TP吸收量剧减。在好氧条件下,沉积物对磷的吸附远远高于厌氧条件下沉积物的吸附。好氧条件下,反应在4 h内,沉积物对磷的吸附速率最高,随后吸附量很小直至逐渐饱和。厌氧条件下,吸附作用不明显;当反应时间达到24 h后,上覆水磷质量浓度保持不变,此时沉积物磷吸附达到饱和。高溶解氧水平对于控制底泥向上覆水体释放磷,维持水体较低总磷是必要的。温度为30℃,20℃和5℃3种条件下,当反应24 h后,三者均达到吸附平衡。因此,当上覆水的磷质量浓度较低时,高温条件下基质的磷释放速度会高于低温条件下的磷释放速度。研究结果旨在为正确认识、合理评估环境因素对湖泊水体磷的影响提供更为充分恰当的试验依据和理论解释。     

基于MIKE11的江南平原河网动态水环境容量分析

传统水环境容量以90%保证率下的设计枯水流量作为计算条件,存在水文计算条件单一、计算结果固定等局限性,不能很好地表征水流方向不定、产汇流过程复杂、污染负荷分散的江南平原河网的水环境容量。以宜兴市官林镇水系为研究对象,基于MIKE11水质模型计算河网控制单元水环境容量,以探究江南平原河网水环境容量的动态特性。结果表明：MIKE11模型法下官林控制单元COD、氨氮和总磷月均水环境容量为-152.80、0.92和-1.69 t;桐梓控制单元COD、氨氮和总磷月均水环境容量为220.23、4.49和1.45 t;皇新控制单元COD、氨氮和总磷月均水环境容量为15.42、0.90和0.14 t,呈现出明显动态特征。代表河道水环境容量与流量流速等水文要素有密切关系,市镇级等水质达标河道水环境容量与流速呈正相关,村级等未达标河道水环境容量与流速呈负相关。本研究可为平原河网水环境保护与管理提供重要参考和新思路。     

2018年汾渭平原及其周边地区大气颗粒物的传输特征

煤炭产业的集中使汾渭平原及其周边地区成为中国大气污染新高地.本研究基于FLEXPART-WRF模式,数值模拟了2018年三门峡、西安和郑州粒子逐日72 h后向轨迹,并利用停留时间分析方法（RTA）分析了在不同城市、不同季节和不同污染程度的情况下大气颗粒物在水平和垂直方向的传输特征.结果表明,秋冬季汾渭平原及其周边地区存在偏西和偏东北两条主要的传输路径,偏西路径是源自关中平原西部的粒子沿秦岭向东的传输,偏东北路径为来源于京津冀及其周边地区的粒子沿太行山向西南的传输.由于地形等因素的影响,到达西安的粒子水平传输距离最短,其次是三门峡,到达郑州的粒子传输距离最长,重污染期间三门峡的垂直传输高度最高,其次是西安,郑州最低.秋冬季重污染期间汾渭平原及其周边地区水平传输距离r≤100 km,垂直传输高度在300 m<h≤900 m的粒子占主导,春季重污染期间传输距离r≤200 km,垂直传输高度在300 m<h≤900 m的粒子占主导.2017年和2018年重污染期间,粒子穿越边界层的概率偏低.