海绵城市地块汇水区颗粒污染物的传输

目前我国海绵工程建设多集中在地块汇水区单元内开展,通过多个低影响开发(LID)设施协同完成地表径流水质水量的调控,但基于地块汇水区尺度下城市面源污染的产生和控制效果鲜有报道.本研究比较分析了不同硬化率地块汇水单元内的面源颗粒污染物晴天累积、降雨冲刷、地表径流及径流输出负荷状况.结果表明,地块汇水单元内硬质路面是面源颗粒污染物贡献的最主要的下垫面类型,中硬化率(61.1%)地块和高硬化率(73.6%)地块路面街尘累积量分别约占汇水区单元的88.4%(2.22～12.51 g·m~(-2))和90.1%(4.99～33.43 g·m~(-2)),对径流SS的输出贡献比率分别约为91.7%(0.97～7.34 g·m~(-2))和90.5%(0.92～18.77 g·m~(-2)),降雨径流SS污染负荷占比分别约为95.2%和83.1%,经LID设施处理后输出径流污染负荷约为地表径流的24.0%和40.2%.硬质路面的街尘晴天累积及降雨冲刷以150μm为主,地表径流及输出径流则以50μm粒径段为主,同时地块不透水比例的增加,细粒径(105μm)颗粒物的累积及冲刷分布增大(24.4%和106.4%),而粒径50μm的颗粒物在路面径流中的分布减小(12.4%).屋面的街尘累积、冲刷及降雨径流的粒径分布状况与硬质路面大致相似,但中硬化率地块(1 000μm)和高硬化率地块(250～450μm、45μm)在3个粒径段范围的颗粒物累积和冲刷相较于路面街尘粒径分布明显增加(1 000μm:58.1%和108.5%; 250～450μm:72.9%和41.8%;45μm:59.2%和64.8%).以上结果揭示了颗粒污染物在地块汇水区尺度下的污染全过程(累积-冲刷-输出)分布及LID设施对地块整体SS污染负荷的控制效果,可为地块汇水单元内LID设施工程绩效的科学评估提供重要参考.     

下垫面高度梯度对城市灰尘分布特性及其重金属污染的影响

下垫面高度梯度对城市颗粒污染物的地球化学循环有重要的影响,不同高度下垫面上累积的灰尘可能对城市地表径流与大气颗粒物污染有重要指示作用.本文以不同高度梯度的下垫面,如路面(0 m)、公交站台(3 m)、天桥(5 m)、楼顶(20 m)上的灰尘为研究对象,揭示高度梯度对灰尘颗粒物单位面积质量、粒径组成、重金属含量和粒径污染负荷比的影响.结果表明,随着高度梯度变化,不同下垫面上灰尘颗粒物的单位面积质量之间存在显著差异(p0.05):路面((33.0±27.1)g·m~(-2))楼顶((20.6±11.7)g·m~(-2))天桥((4.4±4.0)g·m~(-2))公交站台((2.3±1.4)g·m~(-2));高度梯度对细灰尘(粒径105μm)的质量比的影响为:公交站台(49.5%)楼顶(40.8%)路面(38.6%)天桥(37.6%);6种重金属在不同高度下垫面的含量不同,其中,Cr、Cu和Ni在公交站台含量最高,Cd和Pb在楼顶含量最高,6种金属(除Cu外)均在路面含量最低.细灰尘(105μm)所占颗粒物污染负荷比为:公交站台(67.4%)楼顶(49.6%)天桥(49.2%)路面(48.1%).临时性管控措施(限行、限产等)和常规性清扫(人工清扫和机械清扫)均能减少灰尘质量,使细灰尘质量比增加,重金属污染负荷有明显削减,但对城市管理来说,后者更经济实用.     

透水/不透水格局特征对汇水单元径流污染的影响

深入揭示透水/不透水下垫面格局特征（组成、位置和比例等）对城市地块汇水单元地表径流及污染产生能力的影响,对减轻城市内涝及控制面源污染具有重要意义.利用景观格局指数分析透水/不透水下垫面格局特征与地表径流总量（Q）、溶解态污染物累积负荷（L_d）和颗粒态污染物累积负荷（L_p）之间的关系.结果表明：①表征破碎度的斑块密度（PD）与最大斑块指数（LPI）分别与Q和L_d呈正、负相关,PD与L_d呈显著正相关（r=0.59,P<0.05,以COD计）,LPI与L_d呈显著负相关（r=-0.60,P<0.05,以COD计）;②表征复杂度的景观形状指数（LSI）和平均斑块形状（MSI）分别与Q和L_p呈正、负相关性,LSI与L_p呈显著正相关（r=0.61,P<0.05,以TP计）,MSI与L_p呈极显著负相关（r=-0.62,P<0.01,以TP计）;③表征聚散度的内聚力指数（COHESION）和分散指数（SPLIT）分别与Q和L_d呈负、正相关性,COHESION与L_d呈显著负相关（r=-0.59,P<0.05,以COD计）,SPLIT与L_d呈显著正相关（r=0.6,P<0.05,以COD计）;④在城市小尺度透水面格局规划上,适量减少细小规则斑块的散乱分布,增加较大的不规则斑块或斑块群,对有效调控地表径流及污染有积极影响.通过透水/不透水面的破碎度、复杂度和聚散度与汇水区单元径流产生和污染输出的相关性分析,以期从格局特征（面积、距离和形状等）考虑合理配置LID设施调控径流污染提供新思路.     

湿地生态系统还原性硫气体自然释放研究

还原性硫气体是重要的痕量生源气体,对全球硫循环和大气化学具有重要作用。湿地是还原性硫气体的重要排放源,二甲基硫(DMS)、硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)是湿地系统释放明显的还原性硫气体。开展湿地生态系统还原性硫气体自然释放的研究,可在全球尺度上估算还原性硫气体对大气循环的具体贡献提供基础数据。DMS、H2S和CS2的日变化规律表现为昼释放率大于夜释放率,COS释放速率表现为夜大于昼,在季节变化上都呈现生长季释放率大于非生长季;空间释放规律上也有较大差异性,水稻田硫气体释放量较为明显。温度通过影响酶活性进而影响硫气体释放,土壤、植被和潮周期等也是影响湿地生态系统还原性硫气体释放的重要因素。在探讨目前该研究领域存在不足的同时,对未来的研究工作进行了展望,以期对湿地生态系统还原性硫气体释放取得更深入的探究。     

海绵城市试点区域内面源污染发生过程及其对水体污染负荷贡献评估

低影响开发(LID)作为我国海绵城市建设中最为重要的技术手段,能够有效解决大概率小降雨事件带来的径流污染问题,然而海绵城市试点区域内城市面源污染的发生全过程与污染输出特征规律鲜有报道.本研究选择已经建成的海绵城市建设试点区域,在地块尺度上研究多个不同降雨事件中城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、LID削减量、外排后对河流水体的污染输出量.结果表明,LID建设区域内街尘的累积范围为7.82~33.36 g·m-2,降雨冲刷量为0.29~4.90 g·m-2,街尘的径流冲刷率为0.9%~62.7%;LID设施对降雨冲刷的固体悬浮物(SS)削减率达90%,即占街尘累积量的13.1%~16.7%,发生溢流时SS输出量占街尘累积量的0.6%~3.8%,占径流冲刷量的3.9%~5.0%.LID径流的调蓄能力大于其设计降雨量(即在降雨量为21 mm)时径流无外排,经过LID设施外排径流水中COD、NH+4-N、TN、TP浓度均低于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅳ类水标准.另外,LID设施对颗粒物中小于10μm和大于250μm的细颗粒物去除率较高,且微地形和常规性清扫(人工清扫和机械清扫)均对城市面源污染物累积和迁移分布产生影响.上述发现揭示了LID建设区域内城市面源的发生规律,可为定量评估LID工程绩效提供科学依据.     

不透水地表粗糙度对城市面源颗粒物的累积和冲刷影响

目前国内外关于不透水地表微观结构特征如何影响街尘对径流输出过程的研究鲜见报道.本研究基于12场降雨事件的野外观测,以粗糙度（构造深）量化不透水地表微观结构特征,分析粗糙度与晴天街尘的累积特征及雨天冲刷特征之间的相关关系.结果表明,不透水地表粗糙度显著影响街尘的晴天累积-雨天冲刷过程,晴天累积天数对粗糙度与街尘累积量的相关性（r=0.664,P<0.01）具有增强效应,降雨量对粗糙度与街尘冲刷量的相关性（r=0.527,P<0.01）具有增强效应;各粒径段街尘累积量与粗糙度的相关性（0.529≤ r<0.757）随颗粒物粒径变大而提高,各粒径段街尘冲刷量与粗糙度的相关性（0.603 > r > 0.209）随颗粒物粒径变大而降低.通过建立粗糙度和降雨量的线性回归模型可以较好地预测场降雨径流中TSS累积污染负荷.粗糙度和降雨量对<20 μm以及>250 μm粒径段的累积负荷作用效果显著.上述结果揭示了粗糙度和降雨量对街尘输出为地表径流污染物的作用,为准确模拟城市面源颗粒污染物的径流冲刷过程提供了科学依据.     

互花米草碳、氮、磷化学计量特征及季节变化

以胶州湾湿地外来种互花米草作为研究对象,文章对其各器官的生物量,C、N、P生态化学计量特征及其季节变化规律进行了分析,揭示了植物生长过程中主要营养元素的生态化学计量学特征,对于有效控制和管理湿地植物的入侵以及理解植被生态系统的生长具有一定的意义。研究结果表明:(1)各器官在不同生长季节的养分分配顺序:C含量为茎(383.83 g/kg)叶(381.03 g/kg)根(354.02 g/kg);N含量为叶(5.8 g/kg)根(3.62 g/kg)茎(3.45 g/kg);P含量为叶(1.62 g/kg)根(0.93 g/kg)茎(0.70 g/kg)。根的N、P含量季节变化动态表现为先升高后降低再升高,茎和叶中的C、N含量随季节的变化均表现出先降低后上升的趋势。在整个生长阶段中,N、P主要分配到同化器官叶,其次是繁殖器官根,说明叶对N、P养分的吸收作用最强。(2)互花米草各器官的C/N、C/P与N/P均表现为茎根叶,各器官的N/P均14,结合N、P元素的含量与N/P值推测互花米草的生长主要受营养元素N的限制。(3)在不同器官间的N、P含量呈现出正相关性,说明互花米草各器官对C、N、P变化的应对具有相对的一致性。各器官中N与C/N,P与C/P均表现为负相关,而茎中P与N/P呈极显著负相关,说明了各器官对营养元素吸收的过程,与其他元素的获取关系密切。     

胶州湾盐沼CH3I通量的季节特征及其影响因素

为了探究胶州湾盐沼碘甲烷(CH_3I)的排放通量、排放规律及其影响因素,在2016年7月—2017年5月期间,采用静态箱法-气相色谱法对CH_3I进行了观测.结果表明,胶州湾盐沼显示为CH_3I的排放源.互花米草湿地(S区)CH_3I通量均值为9.61 nmol·m~(-2)·d~(-1),光滩(M区)CH_3I通量均值为6.63 nmol·m~(-2)·d~(-1).CH_3I的排放通量在S区与M区之间存在明显区别,S区CH_3I通量在夏、秋季较高,最高值出现在夏季;而M区CH_3I通量在冬、春季较高,最高值出现在冬季.S区与M区各月CH_3I通量总体呈相反的变化趋势,且S区与M区CH_3I通量的最大值和最小值都出现在7月.胶州湾盐沼环境因素较为复杂,因此,CH_3I排放通量的影响因素并不单一.土壤TN、pH、温度及互花米草对CH_3I通量的影响较为显著,而含水量、盐度及其他养分状况等对CH_3I通量也有一定的作用.此外,冻融过程及潮汐作用的影响也不容忽视.     

互花米草入侵对胶州湾潮滩湿地硫素时空分布的影响

选择胶州湾互花米草潮滩(入侵前为光滩)和光滩为研究对象,研究了互花米草入侵下胶州湾潮滩湿地土壤总硫(Total sulfur, TS)、有效硫(Available sulfur, AS)及互花米草各器官TS含量的时空分布特征及其影响因素.结果表明,互花米草入侵后湿地0～60 cm土壤TS((1.53±0.24) g·kg~(-1)))和AS((0.75±0.04) g·kg~(-1))的平均含量明显高于入侵前光滩湿地TS((1.13±0.09) g·kg~(-1))和AS((0.53±0.02) g·kg~(-1))的平均含量(n=54,p0.05),增幅分别为35.40%和41.51%.其中,互花米草入侵后湿地30～50 cm土层TS含量和20～60 cm土层AS含量较入侵前的光滩湿地大幅增加(n=9,p0.05).与光滩相比,6、10、12月互花米草潮滩土壤TS含量增幅分别为14.53%、67.86%、22.52%,AS含量增幅分别为48.72%、39.06%、50.98%.逐步线性回归分析结果表明,互花米草入侵后导致土壤EC、有机质的改变是影响其土壤AS含量分布的关键因素.互花米草TS含量均值为(2.73±0.39) g·kg~(-1),6月植物TS含量与10月、12月植物TS含量之间均存在显著性差异(n=9,p0.05),硫(S)累积量最高值出现在10月,同种器官内6月根、茎、叶的硫累积系数(Accumulation Factor of sulfur, AF_S)均高于10月、12月.研究表明,互花米草入侵总体增加了土壤硫库储量,提高了湿地土壤AS的供给能力,但增加了其时空变异性,AS在不同季节差异较大.     

合流制面源污染传输过程与污染源解析

科学认识和全面理解合流制面源污染发生路径和污染贡献源对于治理和改善城市水环境至关重要.本研究以珠海市典型老城区的合流制小排水区为例,分析了污染物在地表与管道中的累积-冲刷过程,并运用质量守恒法解析了污染物的贡献源.结果表明,地表街尘累积量为(28. 81±10. 69) g·m~(-2),多场降雨事件中地表街尘冲刷量为(19. 27±10. 90) g·m~(-2),冲刷率为(52. 69±13. 3)%,其冲刷形成的地表径流中SS场降雨浓度为52～109 mg·L~(-1),管道径流中SS的浓度为68～158mg·L~(-1);地表径流对SS的贡献率为39%～72%,旱流污水对SS的贡献率20%,管道沉积物再悬浮对SS的贡献率为13%～56%;管道沉积物的厚度在小雨和中雨时增加1～14 cm,大雨和暴雨时,减少7～17 cm;降雨特征影响了污染源贡献比率,其中地表径流对各污染物的贡献范围为2%～52%,旱流污水对各污染物的贡献率范围为9%～65%,管道沉积物对各污染物的贡献范围为8%～81%.基于上述研究结果,为合流制面源污染提出控制措施,以期为我国城市受纳水体污染的解决提供参考.