永定河(北京段)水资源、水环境的变迁及流域社会经济发展对其影响

考察了官厅水库和永定河（北京段）1954—2008年水资源及1980—2005年水环境的变迁,并通过Pearson相关分析探讨了流域社会经济发展对永定河（北京段）水资源和水环境的影响.研究结果表明,①官厅水库建成后近50年来水量和出库水量均大幅衰减,例如,官厅水库来水量从1959年的25.56亿m3锐减至2008年的0...     

永定河(北京段)河流生态系统服务价值评估

借鉴《千年生态系统评估》中对生态系统服务的划分(供给、调节、文化与支持四项服务),建立生态服务价值评价指标体系,开展永定河(北京段)供水、调蓄洪水、气候调节、休闲娱乐、生物多样性等功能的调查研究,明确永定河(北京段)生态系统主要功能与服务.研究结果如下:永定河(北京段)生态服务总价值432.82亿元.其中供给功能价值为2.67亿元、调节功能价值为251.17亿元、文化功能价值为164.48亿元、支持功能价值为14.50亿元.可以看出,在永定河生态服务价值中,调节和文化功能占主导地位,约占总服务价值的90%以上.通过估算永定河生态系统服务价值,为制定永定河(北京段)生态修复目标和河道生态服务价值的评估提供一定的科学依据.     

基于子流域的北运河流域(北京段)畜禽养殖空间布局研究

根据北运河流域(北京段)畜禽养殖业污染特点及其粪便与农作物养分供求关系,采用养分平衡法对各子流域畜禽养殖粪便养分实际排放量、实际负荷量、主要作物最大养分需求量、作物所需畜禽粪便养分最大负荷量、畜禽养殖承载力进行了核算,结果表明北运河干流、沙河流域、温榆河干流、凉水河流域和蔺沟河流域的畜禽实际承载量已超过畜禽土地承载力,研究结果对于环境部门加强畜禽养殖污染防治和农业部门合理进行农业规划有重要参考意义.     

污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响研究

为了研究污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响,选用3种天然砂土作为渗透介质进行室内试验,以生活污水模拟污染河水,发现铬在粗砂中第13d发生穿透,此后粗砂对铬的去除率为77%～99%;2种中砂对铬的去除率始终大于91%和96%,铬很难进入地下水.凉水河野外试验表明,凉水河沿岸的1#、2#、3#采样点和煤厂井中Cr(Ⅵ)浓度均不大于地下水中Cr(Ⅵ)的背景浓度,凉水河中的Cr(Ⅵ)对地下水影响较小.还原和沉淀反应是Cr(Ⅵ)去除的主要机理,由于长期污染河流下部渗透介质始终处于厌氧环境,其中富含还原性物质,Cr(Ⅵ)可以通过沉淀反应大部分得以去除,本次试验研究表明污染河流不是地下水铬污染的来源.     

永定河生态补水下渗对地下水质量的影响

以永定河北京段2019～2020年的生态补水为例,通过室内混合实验和淋滤实验研究河水下渗对地下水质量的影响.结果表明,水化学指标的种类与下渗前相比无变化,水-岩相互作用对指标浓度的改变作用也比较有限,指标的浓度水平总体上介于河水和地下水之间.下渗水对地下水质量的改变作用从根本上取决于河水与地下水的质量差异和河水的补给量...     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

淮河流域(河南段)河流生态系统健康评价及分类修复模式

在国内外河流生态系统健康评价和生态修复研究的基础上,以淮河流域(河南段)河流生态系统作为研究对象,使用频度分析法和理论分析法,从水文特征、水质状况、地貌特征和生物状况4个方面,筛选得到17项指标作为健康评价指标体系,并创新性地采用T-S模糊神经网路法评判淮河流域(河南段)河流生态系统的健康状况。结果显示:研究区域内共有亚健康、脆弱、病态和恶劣4种健康等级,占比分别为8.43%、74.70%、13.25%和3.61%,脆弱的断面近于75%。然后在此健康评价的基础上,将生态系统健康等级为"亚健康/脆弱/病态"的河流生态系统作为待修复的对象,根据各个准则层的健康状况,将流域内96%待修复断面分为水质-生物修复模式、水质-地貌-生物修复模式、水量-水质-生物修复模式、水量-水质-地貌-生物修复模式和以绿代水型修复模式5种修复模式,占比分别为3.75%、22.5%、2.5%、67.5%和3.75%,仅2种复合水量修复类型占比接近90%。     

“23·7”暴雨对永定河出山口地下水水质的影响机制

为探究“23·7”特大暴雨对门头沟平原区地下水水质的影响及机制,以永定河出山口为研究对象,通过对比暴雨前后地表及地下水水质变化,结合水文地球化学模拟及微生物表征技术进行成因分析.结果显示:暴雨洪水后地下水中Ca²⁺和HCO₃^-浓度均值上升9.75%～14.68%,Cl^-,SO₄^2-,F^-,总Fe,总Mn浓度均值下降26%～86.92%,与地表水变化趋势相同,表明地下水水化学变化主要由受影响的地表水入渗引起.然而,地下水中K⁺,溶解氧（DO）,氧化还原电位（Eh）,NO₃^--N指标变化趋势与地表水相反,表明地下水水化学变化不仅仅是与地表水简单的物理混合.PHREEQC反向模拟结果表明,暴雨影响下地下水水化学演化受物理混合与稀释,矿物溶解沉淀,反硝化以及硫酸盐还原作用共同调节.具体而言,物理混合与稀释贡献为15.82%,在此基础上,硅酸盐矿物溶解增加Ca²⁺浓度,硅酸盐和蒸发岩矿物溶解与阳离子交换作用共同维持了Na⁺平衡,降雨入渗与有机质分解增加了HCO₃^-浓度,反硝化与硫酸盐还原作用使得NO₃^-和SO₄^2-浓度降低.值得关注的是,特大暴雨加剧了首钢工业园附近高浓度Fe污染的稀释扩散,尽管稀释作用使Fe的超标浓度峰值由89.5mg/L降低至25.4mg/L,但Fe超标的数量却由1个增加至4个,比例达66.67%.同时,这一过程显著促进了地下水中Fe（Ⅱ）自养反硝化菌属的富集,提高了反硝化速率,显著降低了地下水中NO₃^--N的浓度.     

黄原胶对多硫化钙还原地下水中Cr(Ⅵ)的影响

通过加入黄原胶对流体进行黏度改性,增强修复剂在地下非均质环境中的迁移性能和污染物的接触效率,从而提高修复效率。实验重点研究了在黄原胶存在条件下,各因素(黄原胶浓度、多硫化钙剂量、地下水离子)对多硫化钙处理Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,黄原胶对Cr(Ⅵ)去除具有一定抑制作用且在反应45 min内符合二级动力学方程;多硫化钙剂量对Cr(Ⅵ)去除影响显著:随着多硫化钙剂量的增加,Cr(Ⅵ)的去除率显著增加,但增加到1.25×后,Cr(Ⅵ)去除率增速减缓;HCO_3~-具有抑制作用,Mg~(2+)具有促进作用,NO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-、Ca~(2+)和K~+影响很小。     

北运河流域(北京段)沉积物中PAHs污染特征与风险评估

为探明北运河流域（北京段）多层沉积物中PAHs（多环芳烃）的污染状况,利用活塞式底泥取样器于2014年11月采集了9处沉积物样品,取样深度为30~80 cm,每处样品根据其垂向介质特征大致分成3~4层,分别测定各层样品的粒径、TOM（总有机质）及16种PAHs的质量分数,探讨PAHs在河道沿程与垂向上的分布特征、来源及生态风险评价.结果表明,北运河流域（北京段）沉积物以砂质壤土为主,w（TOM）（以干质量计,下同）为103.4~146.8 g/kg,w（∑₁₆PAHs）为598.1~28 730.6 ng/g,各层w（∑₁₆PAHs）为108.5~8 810.8 ng/g.沉积物中PAHs以高环为主,主要包括有Phe（Phenanthrene,菲）、Fla（Fluoranthene,荧蒽）、Pyr（Pyrene,芘）、BbF〔Benzo（b）fluoranthene,苯并[b]荧蒽〕.在河道沿程变化上,中下游沉积物的污染程度远高于上游.在垂向变化上,w（TOM）和沉积物粒径对PAHs的分布影响有限,PAHs的垂向分布主要受所处沉积环境与历史污染程度影响.根据主成分分析与同分异构体比值法推断,PAHs主要来源于化石燃料与生物燃料的燃烧,少部分为石油源.利用效应区间值得出的生态风险评价结果表明,北运河流域（北京段）沉积物中PAHs可能已对环境产生负面影响,其中BbF、BkF、InP与BgP已对环境产生毒副作用,需要给予关注与解决.      

北京市温榆河沉积物的重金属污染风险评价

河流沉积物是水环境的基本组成部分,其重金属含量常被作为水环境质量的重要指标之一.本研究探讨了北京市温榆河流域沉积物中重金属的累积特征,并采用沉积物富集系数、Hakanson潜在生态风险指数等方法评估了几种重金属的环境风险,简要分析了其主要来源.研究结果表明,温榆河流域沉积物中Ni和Cd的含量分别为19.9～41.4mg·kg-1和1.19～1.67mg·kg-1,其值介于LE-L值(最低效应水平)与SE-L值(严重效应水平)之间.根据SQG标准,温榆河表层沉积物中的重金属含量处于中度污染水平,可能会对水域生物产生一定的负面影响;而高毒元素As的含量已非常接近LE-L值,应成为下一步重点防控的对象.采用沉积物富集系数法分析,发现80%以上的样点出现了重金属的富集,且毒性强的重金属As、Cd的富集累积较为严重,根据Fe与重金属含量间的相关性,可知沉积物中Zn、Cu、Cr主要为天然地球化学来源,而Cd、As、Ni则主要来源于人为污染.以北京市土壤背景值作为参比进行分析,发现各取样点的表层沉积物均呈现出强至极强的生态风险,参与评价的5种重金属生态风险由强到弱的顺序依次为Cd、As、Cu、Cr、Zn.     

基于2H&18O和水化学成分的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂, 揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样, 进行室内水化学和氢氧同位素组成测定, 分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势, 揭示了流域地下水循环特征。结果表明, 降水是山前地下水的主要补给源, 地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用, 山区受蒸发影响较小, 平原区较大, 尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用; 水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原, 自浅层到深层, 地下水的矿化度逐渐升高; 平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象; 沿海地区未发现海水入侵现象。     

北京温榆河流域微生物污染调查研究

随着工业化和城市化进程的加快,我国河流普遍受到了不同程度的水质污染,而微生物指标对于水质评价具有重要作用.本研究选取细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群以及SC噬菌体、F噬菌体作为指示微生物对北京市温榆河开展了历时一年多的调查研究,结果表明,除了有机污染和富营养化问题外,温榆河流域的微生物污染非常突出.温榆河上游已经受到了一定程度的微生物污染,微生物浓度(以粪大肠菌群为例)波动较大(5.01×10²~5.37×10⁶个·L^-1);下游受清河、坝河等排水河道的影响,微生物污染普遍严重(均值达6.3×10⁶个·L^-1以上),与地表水Ⅴ类水质标准(GB 3838—2002)相比FC浓度平均超出两个数量级.统计分析显示,温榆河微生物污染受季节的影响并不显著(p>0.05),表明人为因素很可能是其主要影响因素.温榆河处于微生物高污染水平,可能威胁地下水水质和农作物质量安全,应从源头加强微生物风险控制.     

温榆河水化学特征演变及其影响因素分析

通过对1980—2006年温榆河主要离子浓度和比例及北京市社会经济发展的综合分析,探讨了温榆河水化学特征的演变及其影响因素.结果表明,温榆河河水呈盐渍化趋势,其中1991—2006年温榆河水的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-及TDS浓度显著上升,而HCO₃^-浓度保持稳定,总溶解性固体(TDS)浓度多年平均值为678.0 mg·L^-1,略高于1970年代北运河土门楼站TDS的661.4 mg·L^-1.温榆河水化学类型为重碳酸盐钙、镁、钠型,自然因素中主要受岩石风化和蒸发作用的控制.与岩石风化及蒸发作用等自然因素相比,农田排涝和城市退水等人为因素在温榆河1980—2006年水化学特征演变过程中具有更为显著的影响,并且K⁺、Cl^-、SO₄^2-和Ca²⁺受人类活动影响较大.Pearson相关分析结果表明,北京市社会经济发展对温榆河河水中K⁺、Cl^-、Ca²⁺和SO₄^2-的浓度变化影响显著,其中K⁺与人口密度、人均GDP、钾肥施用量和道路面积之间呈显著性正相关(r>0.7,p<0.01),与耕地面积、粮食播种面积、灌溉面积、农业用水呈极显著性负相关(r <-0.7,p<0.01);Ca²⁺和SO₄^2-与城市化率和煤炭使用率均呈显著性正相关(r>0.49,p<0.05).该研究结果可为今后北京市合理开发利用温榆河水资源和建设温榆河绿色生态走廊提供科学依据.     

基于负荷历时曲线法的永定河流域河北段磷纳污能力研究

以永定河流域2002—2016年水文数据为依据,利用负荷历时曲线(LDC)法计算永定河流域河北段老鸦庄、左卫、石匣里、响水堡和八号桥5个断面的总磷(TP)纳污能力,并分析纳污能力的时空变化;结合2010—2016年水质监测数据,计算各断面水体TP现状负荷,分析其主要污染源类型与污染负荷应削减量。结果表明:永定河流域河北段水体TP纳污能力时空差异较大,下游纳污能力大于上游;5个断面不同月份、季节的TP允许负荷波动较大,强纳污能力主要集中在7月、10—11月,而1—2月纳污能力较弱;永定河流域河北段主要受非点源污染排放的影响,除老鸦庄断面在丰水区和中流量区TP负荷无需削减外,其他4个断面在丰水区、中流量区和枯水区均需进行不同程度的削减。永定河流域河北段水体TP现状负荷已超过允许负荷,需要制定不同时间尺度的总量控制目标与方案。     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

温榆河中硝化和反硝化基因的Real-time PCR定量

以温榆河为研究对象,采用real-time PCR研究了温榆河不同断面水样和沉积物样品中TB(总细菌)、硝化和反硝化(nosZ和narG)基因数量的变化. 水样中TB基因数量在丰水期为1.05×109~7.38×1011 copies/L,枯水期为1.06×109~2.69×1012 copies/L;氨氧化细菌(AOB)基因数量在丰水期和枯水期分别为nd(未检出)~4.11×108和nd~1.15×109 copies/L. nosZ和narG基因数量在丰水期分别为nd~2.37×108和3.61×108~1.13×1010 copies/L,枯水期分别为2.0×106~3.04×109和nd~1.39×1010copies/L. 枯水期沉积物样品中TB基因数量为1.35×109~7.32×1010 copies/g,nosZ基因数量为nd~1.06×107 copies/g,narG基因数量为1.99×107~1.02×108 copies/g. 枯水期TB基因数量略高于丰水期,枯水期水样中ρ(NH₄+-N)较高导致其AOB基因数量要远高于丰水期,nosZ和narG基因数量并没有明显的水期变化. 相关分析表明,沉积物样品中微生物基因数量与水样中微生物基因数量不相关,而是水质变化长期作用的结果. 冗余度分析表明,丰水期和枯水期水样中影响微生物基因数量的主要环境因子不同,丰水期微生物基因数量是温度、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₂--N)、ρ(NO₃--N)等共同作用的结果,而温度和ρ(COD_Cr)对枯水期微生物基因数量影响显著.      

永定河张家口段污染物允许排放量优化分配与评价

利用环境基尼系数分析了永定河流域张家口段的土地面积、人口数量、国内生产总值(GDP)对区域内水体污染物化学需氧量(COD_Cr)排放量的影响;同时通过环境效率利用最大化与基尼系数最小化模型,优化各控制单元的分配系数,通过环境基尼系数法制定相对公平的削减分配方案;计算各控制单元对COD_Cr排放量的贡献系数,判定不公平因子并分析其空间差异性,从而提出区域发展模式合理性建议。结果表明:各控制单元基于土地面积、人口数量和GDP的环境基尼系数分别为0.504 4、0.306 8和0.234 1,基于土地面积的环境基尼系数远超警戒值;经优化分配后得到的COD_Cr排放量削减方案中,张家口市宣化区应削减率最高,达16%;经贡献系数分析,张家口市中心地区贡献系数小于0.5,不公平特性最为突出。建议对区域产业结构进行适当调整,提高资源利用率,减少污染物排放量。     

模糊数学在浑河（抚顺段）水质综合评价中的应用

根据近年来浑河(抚顺段)水质监测资料，应用模糊数学方法，对浑河(抚顺段)水质进行了综合评价浑河(抚顺段)水质现状和污染状况。