达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

地壳元素铁的吸光贡献对黑碳吸光增强估算的影响——以武汉为例

传统方法使用固定的波长吸收指数来估算地壳元素或棕碳吸光,但该方法只能处理仅存在两种组分的情形(黑碳/棕碳,或黑碳/地壳元素)的吸光贡献,存在较大不确定性.为此,本文提出一种新的方法,利用武汉在线观测数据(2021年2、3、8、9月),采用铁作为地壳元素的示踪物,利用最小相关系数法(MRS)得出地壳元素的吸光贡献,在扣除地壳元素吸光之后,再得到黑碳吸光增强系数(E_abs).结果显示观测期间370nm波段地壳元素吸光贡献均值为12.3%,月均值范围5.7%~15.5%,且波长吸收指数与铁的浓度正相关,表明地壳元素吸光贡献不可忽视.地壳元素吸光贡献呈现出显著的季节特征,呈现出冬季低,春季高的特点.地壳元素吸光的分离前后计算的E_abs存在一定的差异,受到了黑碳和铁的相关性的影响.观测期间扣除地壳元素吸光后,E_abs均值为1.43±0.53,在季节性上呈现春夏高,秋冬低的特性,春季较高E_abs值与春季黑碳较高的老化程度有关.E_abs对无机盐和有机物的含量存在正的依赖关系,证明了这些包裹物质对吸光增强的影响.     

基于分布式水文模型的武夷山市水文调节服务评估

武夷山是我国生态文明建设的重点示范区,开展水文调节功能服务价值评估是福建省生态安全保障的重要需求.采用流域分布式时变增益水文模型（DTVGM）,在充分考虑流域气象、水文、土地利用类型等信息的基础上,精细化模拟了武夷山流域的水文过程,定量评估了2010年和2015年有植被覆盖和无植被覆盖两种条件下武夷山市及下属各行政区植被生态系统的径流调节量及其价值量.结果表明:①武夷山市2010年和2015年径流调节量分别为5.73×108和5.21×108 m3,折合人民币分别为35.93×108和37.46×108元.②2010年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.013×108 m3;2015年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.009×108 m3.③星镇村和洋庄乡径流调节价值量明显多于其他行政区,均超过10.48×108元;崇安街道和新丰街道相对较低,均低于1.59×108元;其他几个行政区基本持平,在3.26×108~6.70×108元之间.研究显示,武夷山市区由于植被丰富,林地覆盖面积较大且密度较高,总体水文调节能力较强,但同时也受区域气候条件影响较大,有植被覆盖条件下在应对非极端气候时可以维持较好的径流调节能力,然而在极端特大暴雨事件中,现有植被种类的截留能力还不足以应对短时强降水过程.      

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

基于APCS-MLR模型的沱河流域污染来源解析

水污染来源的精准识别一直是水环境管理的热点和难点问题,为了解沱河流域水质特征与污染来源,该研究基于16个监测点位月尺度水质数据,采用绝对主成分-多元线性回归（APCS-MLR）模型,解析污染来源及其主要贡献.结果表明:①COD是年度超标因子,总磷和氟化物在部分月份超标,水质从汛期至11月较差.②城镇生活与城市径流是影响沱河水质的主要驱动因子,其方差贡献率达24.7%,其次为环境背景值、农村生活源、畜禽养殖业+河道内源和种植业源,其方差贡献率分别为19.6%、9.9%、8.8%和7.6%.③从最主要的超标因子COD来看,城镇生活与城市径流是主要污染源,贡献率达60%;从总氮、总磷和氨氮指标来看,种植业、农村生活和畜禽养殖业为主要污染源,总计贡献率分别为56%、54%和57%.研究显示,加快污水管网的建设完善,控制城镇污染物的排放、收集和处理是沱河水质达标的当务之急,应重点加强对农田径流和畜禽养殖污染的有效管控.      

水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.      

流域水生态系统完整性模拟方法展望

水生态系统完整性变化模拟是流域水生态退化诊断、风险预警和修复重建的基础。受到多种环境压力的叠加影响,水生态系统完整性状态具有累积性、复合性和滞后性的响应特征,难以采用常规静态实验和水质模型进行表征和预测。梳理了国内外该领域最新进展,按照水生生物、生态系统动力学、栖息地适宜性、统计经验、流域水系统耦合等5类模型,阐明了不同类型模型的基本原理、适用性和应用案例。结果表明:我国环境管理亟需水生态系统完整性模拟工具支撑,应围绕该领域开展重大科学基础研究,突破河湖水生生物模拟预测和多尺度耦合关键技术,加快构建具有自主知识产权的水生态系统完整性模型库和参数库,推动建设我国流域水生态系统模拟器大科学装置,支撑构建长江、黄河等重点河流水生态系统综合管理体系。     

气候变化对淮河流域水量水质影响分析

气候变化对水量水质的影响是气候变化与水研究领域热点和难点问题之一,尤其是对水质的影响。论文以淮河中上游流域为例,利用德国马普研究所的气候模式（MPI）情景数据驱动已率定好的分布式水量水质耦合模型,模拟和分析了未来近期（2020年代）和中长期（2030年代）气候变化对流域出口断面水量水质过程、产流系数和污染空间分布的影响。此外,基于历史典型重大突发性水污染事件时期极端降水的时空分布特征,推测未来可能发生突发性水污染事件的频率和时间。研究表明：1）温室气体中等排放A1B情景下,相比于基准年（1990年代）,流域降水呈下降趋势,但气温增幅近2 ℃,势必导致出口断面径流量明显减少和流域蒸散发增加,也导致入河非点源负荷减少;此外气温升高导致水体污染负荷降解速率加快,因此出口断面的污染负荷也有所减少。2）从空间分布来看,未来流域产流系数将有所降低。受气候变化影响较高的地区为沙颍河上游和涡河上游地区。受产流系数降低的影响,流域水污染发生率将有所上升,影响较高的区域位于洪汝河上游、沙颍河上游和贾鲁河等水系。3）在排污水平和闸坝调度规则不变的情况下,2020年代和2030年代重大突发性水污染事件预测可能发生时间为2035年7月,约为20 a一遇,低于基准期间约3~4 a一遇。总的来说,相比于基准年,气候变化对淮河中上游流域未来水量水质的影响适中。     

GIS和RS技术应用于流域水生生物时空分析的研究进展

近年来地理信息系统（GIS）和遥感系统（RS）（简称"2S技术"）在水文和环境领域得到了较为广泛的应用,但是如何在大流域尺度开展水生生物时空分析和退化诊断仍然是当前水生态学科的难点问题.本文面向新时期国家水生态质量管理重要需求和水生生物时空诊断学术前沿,全面梳理总结了近20年来2S技术在水生生物领域的研究进展,分别从GIS和RS的技术方法和应用等方面阐明了2S技术的适用性和优缺点.结果表明:近年来国内外针对2S技术在水生生物时空分析中的应用研究成果数量呈显著上升趋势,水生植物和叶绿素是该领域的研究热点;GIS技术在流域水生生物时空分析中的常用方法包括缓冲区分析法、叠加分析法和空间插值法,可以进行缓冲带划定、水生生物时空信息获取和趋势分析;RS技术可实现长序列水生生物数据的快速获取,主要包括经验模型、半经验模型和机理分析模型,可从空间尺度实现对水生生物的反向溯源和正向模拟预测.2S技术的联合应用将是未来大尺度水生态问题诊断的重要技术手段和发展趋势,能更好地定性和定量识别流域水生生物的时空变化规律;加快研发水生生物自动监测与快速识别等智能监测设备,实现5G技术、大数据分析、云计算、AI与2S技术的深度融合将是今后大尺度水生态时空问题诊断的重要发展趋势.      

围填海对芝罘湾生态环境的影响

围填海开发活动己经成为各国沿海地区拓展空间、获取资源的一种重要方式,同时围填海工程对海洋生态环境的负面影响也不可忽视.以芝罘湾为例,整理并分析了1985-2017年中4个时间梯度表层水、沉积物和海洋生物的空间分布实测数据,分析近年来大规模围填海工程对其湾内生态环境的影响.结果表明:①芝罘湾内表层水中ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Cu）、ρ（Pb）、ρ（Zn）、ρ（Cr）和沉积物中w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cr）在空间分布上一致,均呈现出自湾顶向湾口逐渐降低的趋势,围填海海域的污染物浓度高且污染范围扩大.②2017年表层水中ρ（TN）、TN/TP、ρ（Cu）、ρ（Pb）、ρ（Zn）、ρ（Cr）分别是1985年的12、14、8、7、2、14倍,ρ（TP）因国家对含磷农药的限制而呈现降低趋势.③围填海海域沉积物中的重金属含量增加,但由于2016年底的疏浚工程,2017年沉积物中w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cr）较2010年分别降低了60.13%、77.25%、39.17%、25.32%.④2010-2017年,ρ（Chla）降低了58.00%;浮游植物、浮游动物、底栖生物的物种数量分别下降了近47.50%、43.30%、26.30%,Shannon-Wiener多样性指数分别下降了20.49%、15.41%、10.41%,丰富度指数分别下降了69.33%、87.56%、61.90%.研究显示,围填海对芝罘湾生态环境产生了不利影响,表层水、沉积物及海洋生物均呈现不同程度的恶化和退化趋势.