密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的情景分析研究

在密云水库水环境模拟预测集成模型的支持下,考察了不同点源、非点源污染负荷控制措施对水库水质的影响和作用,制定了4个情景方案.基础情景分析表明,密云水库TN超标严重,TP相对较好,叶绿素浓度超过10μg/L的区域主要集中在潮河库区,而且面积较大.情景1、情景2和情景3是考虑了不同点源、非点源管理措施后的密云水库水质状况.结果表明,营养负荷的下降能显著地改善水体水质,尤其是磷负荷的降低可有效地制约藻类生长,叶绿素浓度显著降低,超过10μg/L的区域缩小甚至消失.这一结论说明了加强密云水库流域及周边地区工业、生活和畜禽养殖等点源和农业非点源污染控制对改善密云水库水质的有效性和必要性.     

潮白河密云水库流域水资源问题分析

密云水库作为北京市的地表水源地,其地位越来越重要。随着人口增加,经济发展,水资源利用冲突日益突现。文章对当前潮白河密云水库流域水资源利用存在的问题进行了系统的分析,并对存在的问题提出针对性的对策,为中尺度跨地区流域水资源合理利用和管理提供借鉴。     

官厅水库、密云水库上游流域地表水氮磷含量现状

于平水期和丰水期同点位采集官厅水库、密云水库上游流域的地表水样品共计222件,分别测试了原水、悬浮物中TN、NH₃-N、NO₃^--N和TP的含量,探讨氮、磷的分布规律及污染特征,并参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》进行评价。结果表明:1)研究区地表水处于富营养化状态,永定河水系氮、磷含量相对较高,高值点主要分布在洋河干流断面。2)主要河流的干流氮、磷高值点的出现均与上游的城市废水排放密切相关,应加大城市废水的治理力度,提高排污标准。3) TN 78.26%(丰水期)、91.59%(平水期)的样品劣于Ⅲ类,除洋河上流、桑干河上流和汤河水系外,其他水系大部分样点TN仅达劣Ⅴ类要求,但NO₃^--N和NH₃-N大部分样品符合标准限制,建议制定标准时应加强对NO₃^--N的管控。4) TN 33.04%(丰水期)、14.02%(平水期)的样品不符合Ⅲ类要求,主要分布在洋河中段、壶流河和潮河中段水域。     

密云水库流域非点源污染负荷估算及特征分析

采用改进的输出系数模型,以研究区实测数据为基础,结合基于水文水质资料和文献数据的方法确定输出系数取值,估算了密云水库上游潮河和白河流域平水年(2000年)和丰水年(2010年)的非点源污染负荷.结果表明:①通过对降雨和地形的表征,改进的模型降低了估算误差,总氮、总磷在平水年和丰水年的模拟误差均降低20％以上,可以更精确地模拟污染负荷的时空分布情况.②总氮、总磷负荷量在平水年和丰水年分别为7505.28 t、997.88 t和10022.1 t、1075.6 t,总氮负荷量随降雨径流量的增加而有显著增大,但总磷负荷增加不大,反映出总氮负荷量在不同水文年份中变化显著.③来自流域农业非点源污染的总氮、总磷负荷量占总负荷的85％以上.总磷主要来自于农村生活污染源,占70％以上,2000年与2010年比例变化不大;总氮污染,在2000年主要来自于农村生活,占当年污染负荷总量的31.44％,而2010年主要来自禽类养殖,占当年污染负荷总量的27.27％,反映出10年间经济发展导致主要污染源发生变化.④污染高风险区空间分布的总体特点是“东高西低,局部集中,分布不均,靠近水体”,密云县、赤城县以及丰宁县等人口密度较大、以农业种植和畜禽养殖为主要产业的地区为污染负荷总量较高的区县.     

基于水文集成模型ParFlow的黑河流域下游地下水-地表水相互作用模拟研究

地下水-地表水相互作用是水文循环过程中的重要环节,研究地下水-地表水相互作用的机理过程及其对环境变化的响应对流域生态环境和可持续发展具有重要意义.利用基于三维物理过程的开源、大规模并行模拟计算软件ParFlow求解紧密耦合的地下水和地表水偏微分方程组,建立流域水文集成模型,从而精确解译土壤水分运移的动力学机制,最终实现...     

密云水库流域2000-2005年植被覆盖度变化监测

植被是生态系统最重要的组成部分,而植被覆盖度是衡量地表植被状况的一个最重要的指标,是生态系统健康评价的前提和必要的基础。文章利用2000和2005年2个时相的Landsat 7 ETM+遥感影像为数据源,以BP神经网络法为植被覆盖度估算模型,计算了密云水库流域内不同时期的植被覆盖度,生成了该流域2个时相内的植被覆盖度图,以此分析密云水库流域植被覆盖度的时空变化。结果表明,从2000-2005年,密云水库流域内除无植被覆盖类型外(即水域部分),其余土地利用类型的植被覆盖度都呈增加趋势,其中以沙质地和耕地最为明显,分别增长了29.5%和27.3%,并且密云水库流域的平均植被覆盖度不高,尤其西部地区植被覆盖度较差,水土流失和土地沙化情况比较严重。     

湿地营养物基准制定方法研究

湿地是自然界最具生物多样性和较高生产力的生态系统,对维持地球生态系统健康和调节气候、保持生物多样性等具有重要作用。然而由于受到不合理开发和人类活动的影响,湿地及其周边氮磷营养盐过量富集,导致湿地物种组成退化、生物多样性降低、湿地萎缩、湿地结构和功能受损等问题。目前,世界各国都高度重视湿地的生态保育和建设项目控制,由于我国在该领域起步相对较晚,生态保育和调控的理论及技术手段急需提升。湿地营养物基准是营养物在湿地中产生的生态效应不危及湿地水生态系统和或下游水体功能和用途的最大可接受浓度或限值,基准指标包括原因变量（水体和沉积物中的氮磷浓度）、生物反应变量（生物量）和支持变量（水文、传导率和粒度等）。湿地营养物基准是湿地富营养化识别、评价、管理以及湿地生态系统恢复的重要依据,也是控制下游水体营养物负荷,保护下游水体的重要支撑。     

流域水资源集成管理

 对目前国内外流域水资源管理发展历程与存在的问题的分析入手,立足于水资源管理的实际问题,以流域水资源复杂大系统分析与冲突分析理论为基础,系统地提出了适合我国国情的流域水资源集成管理模式、组织结构与技术路线.     

基于优化模型的抚仙湖营养物标准技术经济评估方法

在对美国水质标准经济分析研究的基础上,结合我国环境管理的实际情况,构建湖泊营养物标准的技术经济评估框架。计算标准建议值条件下的湖泊营养物容量及入量湖,得到削减量。通过不确定性优化模型对削减量进行分配,核算湖泊富营养化控制成本,并假设标准执行后,对流域经济造成的影响进行评估。将该方法应用于抚仙湖营养物标准的技术经济评估系统,结果表明,通过优化模型对削减量进行分配的削减成本较原规划低,通过构建的技术经济评估框架对该成本进行评估,标准执行后,对流域经济影响适中。     

北京密云水库流域非点源污染现状研究

密云水库流域非点源污染现状的初步研究表明 :流域非点污染源主要有化肥损失、畜禽粪便流失、水土流失三种类型。水土流失是最主要、最直接的污染源 ,同时也是其它二种污染的载体 ;不同土地利用类型及耕作方式对污染物流失影响强烈 ,农田流失最严重 ,其中坡耕地形式流失量最大 ;汛期污染物流失量约占全年流失量的 60 % ,表明非点源污染已成为影响水库水质的主要污染源。应推广水土保持技术 ,防止水土流失 ;合理施肥 ,重视畜禽养殖业的环境管理。     

密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律

在密云水库石匣小流域对农田、林果地、荒草坡、村庄等4种不同类型的非点源污染发生区,进行降雨、径流量、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮磷污染物的流失情况.结果表明,径流中总磷的浓度以村庄最高,其次为坡耕地、林果地和荒草坡.村庄径流的溶解态磷浓度为荒草坡径流的10倍.不同地表径流中的溶解态氮浓度的差别较大,村庄最高,其次是耕地、荒草坡、林果地.在降雨初期,随着径流量的增大,径流中总氮的浓度迅速降低,呈线性递减;此后随着径流的减少,总氮的浓度下降速度极其缓慢.不同土地利用类型中吸附态磷占总磷的比重都在90%以上,与泥沙结合的吸附态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度,吸附态磷是磷流失的主要形态.      

北京密云水库流域水体夏季DOC和DIC质量浓度及同位素组成初探

为丰富水库水体碳循环研究,有效地从源头控制饮用水源水营养盐输入.以北京境内密云水库及其主要入库河流（密云水库流域水体,包括白河干支流、潮河干支流和密云水库）为研究对象,京密引水渠水体为参比,对比分析了夏季不同水体溶解性有机碳和溶解性无机碳的质量浓度水平及碳同位素组成.结果表明,密云水库流域水体夏季溶解性有机碳（DOC）质量浓度的总体变化范围是1.07~5.19 mg ·L^-1,平均值是2.61 mg ·L^-1;δ¹³C_DOC值变化范围为-27.4‰~-24.3‰,平均值为-25.8‰.入库河流夏季DOC主要来自土壤有机质,密云水库夏季DOC主要来自陆源C3植物,内源物质对流域水体DOC同样有一定贡献,水位升高导致库滨带淹水可能是密云水库DOC偏高的重要原因.研究区域水体夏季δ¹³C_DIC值变化范围为-12.6‰~-5.75‰,平均值为-9.44‰,土壤CO₂溶解碳酸盐岩过程是河流溶解性无机碳（DIC）的主要贡献者,且DIC明显被水生生物的光合作用所利用.密云水库溶解性碳（DOC和DIC）浓度显著高于京密引水渠水体（P<0.01）,两种水体碳素浓度、组分可能存在差异.总体上,除个别点位外,密云水库流域水体夏季DOC受人类生活源影响较小,DIC转化为DOC可能同样是夏季库区水体DOC的潜在来源.     

密云水库的浮游植物及水体营养程度

2000和2001年调查结果显示,密云水库库区水体的营养特征为浮游植物响应型,浮游植物的群落结构为绿藻(51 6%)-硅藻(29 2%)型.蓝藻门、甲藻门、金藻门、隐藻门、黄藻门分别占6 1%,6 04%,3 27%,2 83%,0 95%.浮游植物中,中营养型指示种占优势,但也出现了一些富营养型指示种.2001年浮游植物细胞密度已达到376 20×104 个/L,垂直分布现象比较明显,随着水深度的增加,细胞密度相应递减.营养状态指数综合评价表明,密云水库水体为中-富营养型,应采取一定措施控制其发展.      

密云水库上游流域土壤有机碳和全氮密度影响因素研究

为揭示影响密云水库上游流域土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和全氮(total nitrogen,TN)密度的主要因子,采用野外采样、实验室分析和数理统计分析相结合的方法,研究了气候(温度和降水)、地形(海拔和坡度)、土壤理化性质(土壤容重、含水量、pH值和黏粒含量)以及土地利用方式等因素对SOC和TN密度的影响.结果表明,密云水库上游流域森林、草地、农田这3种土地利用类型表层(0～20 cm)SOC密度分别为4.77、6.79和2.90 kg.m-2,TN密度分别为0.41、0.69和0.30kg.m-2,3种土地利用类型之间SOC和TN密度差异显著(P<0.05);土壤含水量、土地利用方式、坡度、土壤pH值和黏粒含量是影响SOC密度的主要因子,土地利用方式、土壤黏粒含量和含水量则是影响TN密度的主要因子;气候、地形、土壤理化性质等区域环境因子共同解释了SOC和TN密度变异性的63.6%和53.4%,而环境因子和土地利用方式对SOC和TN密度变异性的综合解释程度分别为67.6%和57.8%.土地利用对SOC和TN密度变异性的贡献相对于环境因子而言较小,因此,建立高空间分辨率的区域环境因子数据库将是精确估算区域土壤碳氮贮量的关键环节.     

密云水库中微塑料的污染特征及生态风险评估

城市供水水库的微塑料污染近年来受到广泛关注.密云水库作为北京市重要的饮用水水源地,有必要对其微塑料污染现状进行全面调查.本研究以密云水库的表层水、沉积物和鱼类为研究对象,调查了微塑料的丰度、分布和组成特征,揭示了微塑料的来源及生态风险.结果表明表层水,沉积物和鱼类肠道中微塑料的平均丰度分别为(6.83±1.87) n·L^-1,(408±141) n·kg^-1和(3.93±2.80) n·ind^-1.微塑料在表层水和沉积物中的空间分布归因于水流方向、人类活动和水坝阻挡.鱼类肠道中微塑料丰度分布差异与栖息地和摄食习惯不同有关,水体上层的滤食性鱼类微塑料污染最严重.在所有样本中,纤维状、≤0.5 mm及透明的微塑料占比较高,聚对苯二甲酸乙二醇酯(47.64%)/聚丙烯(20.03%)和聚乙烯(18.35%)为主要聚合物类型.对微塑料污染特征分析,指出密云水库微塑料的主要来源为人类日常生活、渔业活动和农业生产活动,途径为大气沉降和降雨径流.利用风险指数和污染负荷指数对表层水和沉积物的微塑料污染进行评估,结果显示整体风险较低.本研...     

北京密云水库流域水体夏季POM浓度及来源分析

为有效控制流域水质污染,保障饮用水水源的水质安全,通过测定北京境内密云水库流域水体夏季悬浮颗粒有机质(POM)的浓度水平及其碳、氮同位素特征,同时以京密引水渠水体为参比,对密云水库汇水流域水体POM的来源进行研究.结果 表明,密云水库流域水体夏季颗粒态有机碳(POC)浓度的变化范围为0.04～0.71 mg/L,平均值...     

北京密云水库沉积物中汞的存在形式研究

在改进Tessier方法的基础上,利用冷原子吸收对北京密云水库沉积物中汞的形态进行研究,发现密云水库沉积物的总汞含量较高,沉积物中的汞主要以气态汞、有机汞和硫化物汞的形式存在,生物可以直接利用的汞较低,但一些目前不能直接利用的汞在一定条件下可以转化为可利用的汞,需要对此加以关注。