河流筑坝拦截的水环境响应——来自地球化学的视角

大规模筑坝拦截是当前世界河流普遍面临的共同趋势,"蓄水河流"在物理、化学及生物等多层次上区别于天然河流和湖泊,改变了河流水文、河流物质转化和输送通量以及河流生态环境.因此,认识和了解水库建成后河流一水库体系水环境演化的关键过程是评价水坝的水环境影响的基础.广泛综述国内外最近的一些涉及水库效应的研究成果,并结合作者对乌江流域梯级水库的初步研究,从蓄水河流水文情势改变、生源要素(磷和硅为例)形态和通量变化、温室气体释放、水生生态系统演替几个方面进行分析.认为,水能开发的巨大经济效益和面临的潜在生态风险之间的平衡关系需要进一步详尽的分析研究.     

大坝拦截对河流水溶解组分化学组成的影响分析——以夏季乌江渡水库为例

以乌江渡水库为主要研究对象，揭示了大坝拦截条件下的夏季水化学特征：阴离子以HCO-3,SO2-4为主，阳离子以Ca2+,Mg2+为主，其余离子含量低于10%，说明了碳酸盐岩的风化对水体化学组成起到了主要控制作用，蒸发盐岩石的风化对水体化学组成影响较小。水库水体存在温度分层现象，形成了不同层位的水体有着不同的水化学组成，即水化学分层。水化学的分层形成了溶解组分在水库垂直深度上的规律分布，比如受藻类的影响，Si和叶绿素随深度成相反的变化特征；HCO-3受光合作用和有机质降解的影响，30 m 以上随着水深的增加而递增，30 m 以下呈现相反趋势；水库泄水方式明显改变了水化学各种参数和离子在水体中的分配。乌江水库两主要支流（息烽河和偏岩河）分别对乌江渡坝前水体中的Ca2+,SO2-4,HCO-3,Mg2+和K+,Na+,Cl-有贡献。网箱养鱼、生活污水、农业施肥、酸性矿山废水以及酸雨沉降都会对水体造成不同程度的污染。     

澜沧江梯级水库对汞输运的影响

拦河筑坝对河流中汞的输运产生重要影响,但有关高海拔落差河流中汞的来源及输运特征的认识较为匮乏.以澜沧江为研究对象,监测了筑坝河段水体中汞浓度的年时空变化过程（2017—2018）,量化了梯级水库对汞沿程输运的影响.结果表明,澜沧江水体中汞浓度总体与径流的季节分配呈同步变化趋势,但在上下游因土地利用类型的差异而呈现相反的季节性变化特征.因水库的拦截,溶解态汞与总汞的比值沿程呈上升趋势,加之水库泄水量的沿程增加,共同导致了河流汞通量自上游至下游呈非连续累积的趋势,从144 kg·a^-1增加至788 kg·a^-1.相应地,梯级水库对汞的拦截率自上游至下游由88%逐渐降低至65%.该项研究丰富了对梯级水库中汞的补给和输运的认识.     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。     

大坝拦截对河流水溶解组分化学组成的影响分析——以夏季乌江渡水库为例

以乌江渡水库为主要研究对象，揭示了大坝拦截条件下的夏季水化学特征：阴离子以HCO-3,SO2-4为主，阳离子以Ca2+,Mg2+为主，其余离子含量低于10%，说明了碳酸盐岩的风化对水体化学组成起到了主要控制作用，蒸发盐岩石的风化对水体化学组成影响较小。水库水体存在温度分层现象，形成了不同层位的水体有着不同的水化学组成，即水化学分层。水化学的分层形成了溶解组分在水库垂直深度上的规律分布，比如受藻类的影响，Si和叶绿素随深度成相反的变化特征；HCO-3受光合作用和有机质降解的影响，30 m 以上随着水深的增加而递增，30 m 以下呈现相反趋势；水库泄水方式明显改变了水化学各种参数和离子在水体中的分配。乌江水库两主要支流（息烽河和偏岩河）分别对乌江渡坝前水体中的Ca2+,SO2-4,HCO-3,Mg2+和K+,Na+,Cl-有贡献。网箱养鱼、生活污水、农业施肥、酸性矿山废水以及酸雨沉降都会对水体造成不同程度的污染。     

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.     

上游式筑坝法尾矿坝的安全系数随堆筑坝高变化分析

对于投资较少的上游式尾矿筑坝法而言,在实际的堆积施工过程中,由于很难严格按照设计的坡比进行每一级子坝的堆筑,导致矿方无法及时、真正掌握当前尾矿坝的受力性能和稳定状态。因此,针对某典型尾矿坝剖面,采用迈达斯商业软件试用版对尾矿坝的堆积过程进行了模拟分析,利用强度折减有限元方法对施工当前状态的尾矿坝进行了边坡稳定分析,得到了当前状态尾矿坝的塑性剪应变云图和相对应的抗滑稳定安全系数。比较了尾矿坝安全系数随着子坝堆筑的变化情况,结果发现：随着堆积子坝的进行,尾矿坝的整体抗滑稳定系数逐渐减小,此外在初期坝和一级子坝的下游坡脚处容易出现相对较大的变形。此研究结果为矿部管理部门及时了解尾矿坝的稳定程度和实际生产提供了技术支持。     

黑河上中游流域梯级库区夏季重金属汇源解析

为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响,于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本,测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量,利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重金属的空间分布和来源.结果表明,黑河中上游库区重金属仍处于“汇”阶段,筑坝蓄水主要表现出“拦截效应”,源于各重金属迁移释放能力不同,少量重金属被“拦截”于中部库区.同时,受干支交汇水力特性影响,其富集效应也较明显.主成分分析等指出,As、Cd、Pb、Zn和Cu主要源于矿产开采活动,Mn、Cr、Ni分别源于工业生产、城市排污、自然因素等.Cu含量的空间分布特征还显示,其于沉积物、岸边土壤中的含量能指示断面附近有矿产开采等迹象.研究结果可为我国梯级筑坝河段的重金属控制和有效管理提供参考.     

生态工程综合治理系统对农业小流域氮磷污染的治理效应

以典型农业小流域——开慧河流域源区为研究对象,基于研究区农业面源污染的主要排放特征,建立以生态湿地为主的小流域面源污染生态工程综合治理系统,重点探讨其对水体氮磷污染物的去除效果.结果表明,畜禽养殖业是开慧河流域源区水体氮磷污染物的主要来源,需要重点防控.组合生态湿地处理工程对农村分散式生活与养殖混合废水总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率为87. 1%和90. 9%;多级人工湿地拦截工程对农田排水与分散式养殖混合废水TN、TP的平均去除率为85. 7%和84. 9%;景观型生态湿地净化工程对末端汇水区水体中TN、TP的去除率在27. 1%～67. 4%和13. 3%～81. 5%之间.整个生态工程综合治理系统对流域TN和TP污染物的总拦截量分别为5 292 kg·a~(-1)和1 054 kg·a~(-1),占研究区农业面源TN、TP总污染负荷的35. 3%和43. 6%.因此,构建的生态工程综合治理系统对流域农业面源氮磷污染具有较好的治理效应,适合在我国南方小流域水环境治理中推广应用.