基于LOADEST和数字滤波的水源地基流氮素输出定量方法应用实例

地表直接径流和基流均是流域非点源氮/磷养分输出的重要水文途径.科学认识和定量模拟基流氮/磷养分输出对于准确解析水源地水体非点源污染来源至关重要.基于Load Estimator模型和数字滤波算法,建立了定量水源地基流氮素输出的方法体系.以浙江省珊溪水源地的玉泉溪流域为例,利用玉泉溪2010-01—2013-12期间逐月总氮(TN)水质监测数据和逐日流量数据,展示了该方法的计算过程.结果表明,本文建立的水源地基流氮素输出定量方法结果合理,模拟精度高,决定系数和纳什系数分别为0.83和0.80;玉泉溪流域2010—2013年TN负荷量为141.21～274.68 t·a~(-1),平均208.63 t·a~(-1),年基流TN负荷量为84.39～168.68 t·a~(-1),平均127.69 t·a~(-1);基流对玉泉溪年均TN负荷量贡献率高达60%以上,流域基流养分输出对地表水体的污染应引起足够重视.     

东南沿海某水源地水质健康风险评价

以东南沿海某典型水库型饮用水水源地(水库A和水库B)为研究区域,根据2007—2016年期间的水质监测数据,采用美国环保署的健康风险评价模型(US EPA health-based risk assessment model)进行水质健康风险评价.结果表明,水库A和水库B对于成人的健康总风险分别为3.21×10~(-5)和3.26×10~(-5) a~(-1)(风险等级Ⅱ级,属低-中等水平),对于儿童则分别为1.05×10~(-4)和1.07×10~(-4) a~(-1)(风险等级Ⅳ级,属中-高等水平).健康总风险包括致癌风险和非致癌风险,而在该水源地前者高于后者3—4个数量级.该水源地的主要致癌污染物是As、Cd和Cr~(6+),其中Cr~(6+)和As是关键致癌污染物,在致癌风险中的比重高达98%.在2007—2016年期间,水库B对于成人和儿童的水质健康总风险具有显著上升趋势.     

基于地理加权回归模型评估土地利用对地表水质的影响

针对传统线性回归模型大多忽视空间数据局部变化特征这一缺陷,引入地理加权回归模型(GWR)用于评估土地利用对地表水质的影响,分析了不同子流域内两者关系出现空间变化的规律并阐释了原因.同时,对比了GWR模型与普通最小二乘模型(OLS)的校正R2、Akaike信息准则(AICc)及残差的空间自相关指数(Moran's I),验证了GWR模型在预测精度和处理空间自相关过程中是否优于OLS模型.结果表明,同一土地利用类型对水质的影响随空间位置的改变而发生方向或大小的变化.以温瑞塘河流域总氮(TN)与农用地的关系为例,从GWR模型局部回归系数的方向分析,两者关系表现为农村正、城区负的现象,从大小分析,旧城区TN与农用地回归系数的绝对值高于其它区域;在溶解氧(DO)与人口密度所构建的GWR模型中,两者关系在整个研究区域内均表现为负值,与OLS结果吻合,从回归系数的大小分析,人口密度对DO的作用在郊区及农村更为显著.针对此类关系出现空间变化的原因分析表明,相邻子流域土地利用百分比的改变及水体主要污染源的不同,是导致土地利用对水质作用发生变化的根本因素.最后,对比所构建的80个GWR与OLS模型校正R2、AICc指标,验证了GWR作为一种局部统计模型,其预测精度优于OLS等传统全局模型且更能反映实际空间特征.     

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.     

无柄小叶榕对盐碱地Cd、Cu的吸收特性及修复潜力

采用盆栽试验,研究无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)对盐碱地土壤重金属Cd和Cu的富集和转运能力,并探讨投加生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对无柄小叶榕生长及其吸收Cd、Cu的影响.结果表明,人工模拟盐碱环境下无柄小叶榕能在不同浓度Cd、Cu单独或复合投加胁迫下正常生长,且体内重金属含量随投加浓度增大而升高,均表现为根地上部分;无柄小叶榕对Cd和Cu具有较强的富集能力,Cd的最大生物富集系数(BCF)为4.52±0.73,Cu为2.1±0.18,BCF值随着重金属投加浓度的增大逐渐减小,Cd、Cu转移系数(TF)均小于1;在Cd 50 mg·kg~(-1)、Cu 400 mg·kg~(-1)下的修复率最高分别为4.07%和2.66%;投加鼠李糖脂可以显著提高无柄小叶榕体内重金属的含量,土壤Cd 25 mg·kg~(-1)时,根部Cd含量最大提高了2.38倍,Cu 50 mg·kg~(-1)时根部Cu含量最大提高了1.91倍.综上,无柄小叶榕对温州重金属污染的盐碱地有很好的修复潜力,投加生物表面活性剂可有效提高无柄小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.     

台州电子垃圾拆解区水和沉积物中多溴联苯醚污染特征与生态风险

以台州某电子垃圾拆解工业园为圆心,在半径为16 km的范围内,由近及远设计了C(3 km)、S(5~10 km)和R(10~16km)三圈共30个采样点,研究了该区域水及沉积物中多溴联苯醚(PBDEs)的污染特征与生态风险.结果表明,水中PBDEs含量为9.4~57.2 ng·L~(-1),平均值为25.9 ng·L~(-1);沉积物中PBDEs含量为3.7~38 775 ng·g~(-1),平均值为2 779 ng·g~(-1);BDE-209均为主要成分.水及沉积物中PBDEs含量的空间分布态势均为:C圈S圈R圈,沉积物中PBDEs含量和离工业园区中心的距离呈极显著负相关(P0.01).与国内外其它地区相比,该调查区PBDEs污染较为严重,电子垃圾拆解是PBDEs污染的主要来源.经推算,该区域近40年的拆卸活动向该地输入的PBDEs总量达30.7 t,其中BDE-209为28.9 t.采用商值法对PBDEs进行初步的生态风险评估表明,拆解核心区(半径为1.5 km)沉积物中五溴联苯醚(Penta-BDEs)的污染程度已达高风险等级,对该地区的生态安全和人群健康可能造成严重影响.     

土地利用对流域氮素记忆效应的影响研究

"记忆效应"是一些流域实行了多年的氮污染控制实践却仍未见成效的主要原因之一.然而,目前对流域氮素记忆效应的认识还很有限.本研究利用温州市珊溪水源地13个集水区近5年的河流TN浓度逐月监测数据,运用重标极差(R/S)分析和Spearman秩相关分析方法,探讨了土地利用对流域氮素记忆效应的影响.结果表明,河流TN平均浓度与耕地(r=0.495,p=0.086)和建设用地(r=0.692,p=0.009)面积比例正相关,与林地(r=-0.604,p=0.029)面积比例显著负相关,与园地(r=-0.039,p=0.900)、未利用地(r=-0.176,p=0.566)、集水区面积(r=-0.335,p=0.263)和河网密度(r=0.148,p=0.629)的相关性不显著.13条入库支流TN浓度序列的Hurst指数变异范围为0.33~0.72,意味着其中11个集水区具有显著的氮素记忆效应(0.5Hurst指数1.0),而其余2个集水区不显著(0Hurst指数0.5).Hurst指数与耕地(r=-0.482,p=0.095)和建设用地(r=-0.311,p=0.301)面积比例均负相关,而与园地(r=0.479,p=0.098)和林地(r=0.510,p=0.075)面积比例正相关.同时,Hurst指数与集水区面积大小(r=0.118,p=0.700)和未利用地面积比例(r=0.032,p=0.917)的相关性不显著,而与河网密度负相关(r=-0.529,p=0.063).流域内"源"功能为主土地利用面积的增加和氮输移效率的提高加剧了河流氮污染,而对氮素记忆效应的作用则相反.因此,尽管增加"汇"景观面积、降低氮输移效率能缓解河流氮污染,但"汇"景观中截留的遗留氮对河流氮浓度会造成更长时间的影响.     

生物表面活性剂和化学螯合剂强化无柄小叶榕修复Cd、Cu重金属污染盐碱地

采用盆栽试验研究海洋细菌和酵母产生物表面活性剂、化学螯合剂对无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)修复盐碱地重金属Cd、Cu的强化效果.结果表明,强化试验下无柄小叶榕能耐受Cd、Cu胁迫正常生长,且体内重金属含量随生物表面活性剂投加浓度增大而升高,表现为根地上部分;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下,根部Cd含量最大值为313 mg·kg~(-1),1 mmol·kg~(-1)柠檬酸(CA)-300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下,根部Cu最大含量为2156 mg·kg~(-1).强化剂添加下,能显著提高Cd、Cu在小叶榕体内的累积量,无柄小叶榕对土壤Cd、Cu的吸收富集能力显著提高,1 mmol·kg~(-1) CA—300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下Cd的最大富集系数为(9.76±0.10),是对照组S1(1.1±0.02)的8.90倍,300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂单独强化下Cu的最大富集系数为(7.42±0.16),是S1(0.77±0.03)的9.60倍;无柄小叶榕向地上转移Cu的能力较弱,TF1,对Cu的提取修复潜能有限;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下Cd的最大修复率为2.56%,是对照组S1的4.70倍,300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂—1 mmol·kg~(-1) EDTA联合强化下Cu的最大修复率为1.80%,为S1的3.30倍.综上,无柄小叶榕对重金属污染的盐碱地有良好的修复潜力,生物表面活性剂和化学螯合剂的添加可有效提高小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.