再论河流溶解氧的数学模型

本文从河流溶解氧时空分布的基本方程出发,分别叙述和探讨了一些影响溶解氧浓度的因素以及估算它们的方法,从而提出河流溶解氧时空分布的一维数学模型。该模型可用来确定相应的现场数据采集和监测程序,确定废水处理的技术要求及天然或人工环境变化的影响,对流域的经济分析和环境规划十分重要。     

三峡库区不同河段支流丰水期叶绿素a和营养盐的空间分布特征

三峡水库建设对流域水生态环境产生了一定的影响,使得三峡库区支流库湾频频暴发水华.为了探究夏季三峡库区不同支流水体氮、磷营养盐和叶绿素a浓度的空间分布差异,于2018年6月对三峡库区不同河段的三条支流——香溪河、神农溪和大宁河流域水生态环境进行了调查分析.结果表明香溪河、神农溪和大宁河流域水体中总氮浓度均值依次为1. 86、1. 90和1. 43 mg·L~(-1).这3条河流水体中总磷浓度均值依次为0. 09、0. 07和0. 05 mg·L~(-1).单因素ANOVA分析表明,总氮空间差异较显著,表现为神农溪香溪河大宁河;总磷空间分布差异显著,表现为香溪河神农溪大宁河.香溪河、神农溪和大宁河水体中叶绿素a浓度的均值依次为6. 41、21. 39和9. 85μg·L~(-1). Pearson相关性分析结果显示,这3条河流的叶绿素a浓度与总磷浓度均有显著相关性,其中神农溪与大宁河的叶绿素a浓度还与真光层和混合层之比(Zeu/Zmix)存在显著相关,且香溪河、神农溪和大宁河的氮磷比的均值依次为22. 36、26. 76和28. 6,表明总磷是影响这3条河流水体中浮游植物生长的关键性指标.     

青山湖流域景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应

景观格局对水质的影响具有时空尺度依赖性,然而不同空间尺度下景观组成、景观配置及景观坡度对季节性水质的影响程度仍然不甚明了. 基于青山湖流域26个监测点的总氮、总磷、硝态氮和铵态氮数据,采用景观格局分析、冗余分析和偏冗余分析方法定量景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应. 结果表明：①子流域尺度内景观格局对河流氮磷浓度的解释力比在缓冲区尺度上高6.8%~8.4%,且这种作用在干季更明显. ②在子流域尺度,林地占比和居民地的散布分裂程度对河流氮磷浓度影响较大;而缓冲区尺度上,农田和居民地分布的坡度以及林地斑块的聚集度是影响氮磷浓度的关键因子. ③景观配置对河流氮磷浓度变化的独立贡献率（20.1%~36.5%）高于景观组成（4.1%~14.5%）和景观坡度（5.5%~23.7%）的独立贡献率,且景观配置对河流氮磷浓度影响随季节变化的敏感度最高,而景观坡度对河流氮磷浓度影响具有更高的空间尺度敏感性. 因此,通过景观格局调控非点源污染应从多尺度角度考虑. 研究结果可从宏观上为制定以非点源污染控制为目标的景观格局优化措施提供科学依据.     

面向GOCI数据的太湖总磷浓度反演及其日内变化研究

总磷浓度是水质评价的一个重要指标,是水体富营养化、蓝藻水华暴发的重要影响因素,遥感技术具有范围广、时效高的优势,利用卫星遥感监测总磷浓度,对于水质和富营养化的研究有着重要意义.利用2013~2014年3次地面实验数据,构建了基于GOCI影像的总磷反演模型,为了检验模型的适用性,选取2014年春、夏、秋、冬各1日GOCI影像,对太湖总磷浓度的日内变化进行分析.结果表明,利用GOCI数据8个波段的波段组合作为变量,进行逐步回归分析所建立的模型具有较高的反演精度,模型的决定系数为0.898,平均绝对误差百分比为14.296%,均方根误差为0.026 mg·L~(-1).同时,利用地面实测样点与同步卫星影像对模型进行了精度分析,2014年8月5日和2014年10月24日同步影像的验证精度分别为:平均绝对误差百分比为33.642%和22.551%,均方根误差为0.076 mg·L~(-1)和0.028 mg·L~(-1).对4个季节中4 d的30幅影像对比分析表明,不同季节总磷浓度的绝对含量存在差异,但是,总磷浓度的时空分布及从早晨到下午的差异性存在相似性.从空间分布上看,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾及西南部沿岸小梅港、长兜港总磷浓度长期偏高,各个区域的总磷浓度变化受到风向、风速等因素的影响;从时间变化上看,早上总磷浓度最高,随后逐渐降低,反映了总磷浓度受到温度和光照影响的效果.     

渭河陕西段沉积物中总磷、总氮时空分布特征及其影响因素研究

为探究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征及其影响因素,以渭河陕西段5个研究点为例,分别于2013年夏季(6月)和冬季(12月)进行两次采样,通过野外实验对水温、p H、电导率、溶解氧、流速等环境因子的测定,结合室内实验对沉积物中总磷、总氮含量的测定和粒度分析,研究沉积物中总磷、总氮的时空分布特征,以及各环境因子与其相关性.结果表明,大多数研究点沉积物中总磷、总氮含量在垂向上呈现先减小后增大再减小的趋势;在季节上呈现夏季含量高于冬季含量的趋势,其中各研究点夏季沉积物中总磷含量平均值为15.79 g·kg-1,总氮含量平均值为5.50 g·kg-1,而冬季沉积物中总磷含量平均值为5.91 g·kg-1,总氮含量平均值为2.46 g·kg-1;通过沉积物氮、磷元素含量与各环境因子的相关性分析,发现影响沉积物中总磷、总氮含量的环境因子主要有温度、p H、电导率和溶解氧.     

红枫水库和普定水库碳、磷、硅生源要素时空分布特征

选取了营养盐浓度和水体滞留时间存在明显差异的普定水库和红枫水库作为研究对象,通过对两个水库碳、磷、硅生源要素时空变化的分析,揭示了河流筑坝水库营养盐时空分布的主要影响因素。分析结果显示：普定水库表层水体溶解性无机碳(DIC)、总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性硅(DSi)大体上均表现出冬季较高、夏季较低的变化趋势;而在垂向分布上,除冬季外,其他三个季节均表现出表层水体较低、底层水体较高的趋势。红枫水库DIC变化趋势与普定水库类似。而红枫水库TP和DTP大致表现为冬夏季偏低、春秋季偏高;由于浓度较低,各个季节垂向变化趋势均不明显。夏季红枫水库底部水体DSi显著高于表层水体,而其他三个季节DSi在垂向剖面上波动较小。两水库表层水体DIC与叶绿素a(Chla)呈负相关,且夏季普定水库和红枫水库表层水体DIC稳定碳同位素(δ¹³C_DIC)显著高于底层,而DIC则表层水体显著低于底层水体。综合分析结果表明,浮游植物光合作用是影响普定水库和红枫水库碳、磷、硅生源要素时空分布的最主要因素。营养盐水平较高、水体滞留时间较短的普定水库,其Chla低于营...     

大溪水库水质变化趋势及污染成因解析

为探究大溪水库水质时空变化规律和影响因素,利用2011—2015年大溪水库常规水质调查数据,综合分析了大溪水库主要污染物浓度、水质等级和富营养化指数的时空变化特征,并对其影响因素进行了解析.结果表明:总氮、总磷、叶绿素a和高锰酸盐指数具有明显的季节性差异(p0.05),总氮、总磷浓度表现出与降水季节性变化的一致性,在夏季最高;Chl-a浓度在夏、秋季高,冬、春季低,与总磷呈现显著正相关(p0.05),与氮磷比呈显著负相关(p0.05);COD_(Mn)呈现夏、秋季高于冬、春季的季节变化规律;在空间上,按空间分布特征将大溪水库分为3个区域:河口区Z1、湖心区Z2和大坝区Z3,分区统计结果显示,Z1区水质最差,而Z2和Z3区水质较好.2011—2015年的水库水质等级评价表明,全库83%的区域达到了地表水III类水质要求,仅Z1区域范围内处于地表IV类水限定范围内,约占水库面积的17%;2011—2015年间全库区水体富营养化指数(TLI)低于50,属于中营养状态.大溪水库水质的季节性波动受降水影响显著,以地表径流和入库河流携带输入外源污染为主要污染源,调整当地土地利用结构,减少农业施肥量与旅游业污水排放,削减入库水体的污染物浓度,是保护大溪水库的关键.     

环太湖不同性质河流水体磷的时空分布特征

为了解不同性质河流对太湖水体富营养化的影响,于2009年2月(枯水期)、2009年5月(平水期)、2009年8月(丰水期)对环太湖三类9条河流中不同形态磷的沿程和时间变化特征进行了研究.结果表明,总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性反应磷(SRP)质量浓度随枯、平、丰水期而呈降低趋势,可酶解磷(EHP)质量浓度随着枯、平、丰水期藻类生物量的升高而升高.受生活污水影响的河流水体中各形态磷的质量浓度都是最高的,但由于此类河流从上游到下游水体自净能力很好,其对太湖富营养化的影响最小.受工业废水影响河流在与太湖交界处各形态磷的质量浓度最大,对太湖富营养化的影响也最大.入湖河流的EHP质量浓度多数情况下远远高于SRP质量浓度,EHP对太湖蓝藻的暴发起关键性作用.     

岱海水体氮、磷时空分布特征及其差异性分析

通过2018～2019年调查数据及历史相关监测资料,分析了岱海上覆水中氮、磷时空分布特征及主要影响因素,并探讨了氮形态、磷形态的时空分布差异性.结果表明,岱海上覆水总氮和总磷常年处于较高水平,尤其是总氮浓度明显高于全国其他湖泊.岱海上覆水总氮浓度在3.29～4.99 mg·L^-1之间,平均值为(3.93±0.33)mg·L^-1;总磷浓度在0.063～0.163 mg·L^-1之间,平均值为(0.111±0.023)mg·L^-1.上覆水中总氮和总磷浓度在春季、夏季呈现湖心深水区明显高于周边,秋季呈自东向西递减的趋势,而在冬季则呈现南部浅水区高于北部区域的趋势.上覆水中氮和磷营养盐均以溶解态为主,溶解态总氮和溶解态总磷占总氮和总磷的比例高达86.62%和77.84%,且溶解态氮以硝态氮为主导、溶解态磷则以有机磷为主要形态.研究中发现,湖水浓缩和内源营养盐释放是造成水体高总氮和总磷的主要原因,建议结合工程措施进行内源治理和生态修复,以防止水质进一步恶化.     

不同水期洞庭湖水体中磷分布特征及影响因素

为研究不同水期洞庭湖水体中磷的分布特征及影响因素,分别于2016年1～12月对洞庭湖湖区及其入湖河流共18个代表性监测断面采集水样,分析了样品中各形态磷质量浓度.结果表明,总体上,洞庭湖水体中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和磷酸盐(DPO)均表现为平水期枯水期丰水期,具有明显的季节性变化特征.空间分布上,枯、平水期湖区水体磷质量浓度由西向东增加,丰水期由西向东减少.时间分布上,东、西洞庭湖和出湖口水体中各形态磷质量浓度季节性分布差异明显,西洞庭湖表现为丰水期大于枯、平水期,东洞庭湖和出湖口表现为枯、平水期大于丰水期.形态组成上,与三峡水库蓄水前不同,洞庭湖湖区及其入湖河流水体中磷以溶解态为主,DTP是TP的主要形态,DPO是DTP的主要形态.洞庭湖水体中悬浮颗粒(SS)和磷的分布有一定的协同性,各水期SS和磷质量浓度呈显著或极显著相关关系,因此认为SS是洞庭湖水体中磷季节性变化的重要影响因素.另外,南嘴断面、大小西湖断面、东洞庭湖湖区等区域受周边人类活动影响造成的水体磷污染较重,应引起高度重视.     

巢湖西半湖总磷浓度对入湖总磷负荷的响应

巢湖富营养化问题比较严重,蓝藻水华暴发频繁。流域内人类生产及生活活动产生的一部分营养物质,随着降水、径流等方式汇入河道,流入湖泊,影响湖泊水质。通过回归分析探究了流域降雨量与各入湖河流流量关系,并在此基础上,确定入湖河流营养负荷对湖泊水质的影响。研究结果表明,南淝河的总磷入湖负荷与巢湖西半湖总磷浓度的一元线性回归拟合度最高,为0.618。研究总磷浓度对入湖河流总磷负荷的响应一方面为预测蓝藻水华暴发提供数据基础,另一方面也可为流域污染负荷控制和水源地水质管理提供决策依据。     

三峡库区上游沱江流域总磷浓度时空变化特性及影响因素分析

沱江是三峡水库上游重要的入库河流和主要的总磷(TP)来源,研究沱江流域TP时空变化特性及其成因对三峡水库TP入库污染物允许通过量达标和流域TP污染治理具有重要意义.利用2011—2018年沱江流域干支流20个国控和省控监测断面的水质数据和断面汇流区污染源数据,采用Pearson相关性分析法、单因素分析法和层次聚类分析法...     

草型湖泊叶绿素a浓度时空分布特征及其与氮磷浓度关系

采用2006—2010年5—10月份乌梁素海监测数据,对叶绿素a浓度的时空分布特征及其与总氮、总磷浓度相关关系进行了分析。结果表明:乌梁素海叶绿素a浓度具有明显的时空分布差异性:在时间上,呈现出明显的季节性变化,5、6、9、10月份叶绿素a浓度较高,7、8月份叶绿素a浓度偏低,秋季≈春季>夏季,最高值出现在2007年9月,均值为9.01 mg/m3,最低值出现在2010年7月,均值为1.80 mg/m3;在空间上,南北部叶绿素a浓度以7.78 mg/m3为界,呈现北部区>南部区的趋势。通过叶绿素a与总氮、总磷浓度相关性分析得出,2006年5月叶绿素a与总氮、总磷(r=0.7450、0.7596)、2008年5月叶绿素a与总磷(r=0.5421)、2010年5月叶绿素a与总氮(r=0.5089)存在较好的相关性。     

滦河流域TN浓度时空变化特征与影响因素分析

水体中氮元素浓度过高是影响河流水环境的重要因素之一.为深入了解滦河流域TN浓度时空变化特征,本研究基于2018-2022年滦河流域TN浓度逐月监测数据,通过空间聚类分析将该流域划分为源头区、中上游区和下游区,开展TN浓度时空分布特征及变化规律研究;通过探究TN浓度与降雨量、径流量、地下水埋深的关系,分析TN浓度变化的影响因素.结果表明：(1)滦河流域TN浓度源头区水质状况良好,TN浓度保持在1.86 mg/L左右;中上游区TN浓度较高,浓度最高断面超过10 mg/L,这与该区域人口聚集、畜禽养殖及农业面源污染等问题有关;下游区受到潘大水库对中上游汇水的调节,TN浓度较中上游区有所下降,稳定在5 mg/L左右.(2)滦河流域TN浓度受降雨量影响显著,月降雨量小于250 mm时,TN浓度与降雨量呈较强负相关,呈现TN浓度随降雨量增大而减少的趋势;月降雨量大于250 mm时,土壤中的氮素受到冲刷被释放,河流中TN浓度随降雨量的增大而升高.(3)潘大水库的调蓄作用对水库下游的TN浓度影响显著,水库的大量泄水会极大增加河道径流,使水库底层沉积物中的氮素释放,从而增大河流中的TN浓度.(4)滦河流...     

无定河流域地表水硝酸盐浓度的时空分布特征及来源解析

无定河流域作为黄河的一级支流,其水生态环境质量深刻影响着黄河流域生态保护与高质量发展.为识别无定河流域硝酸盐污染来源,对2019～2021年期间无定河的地表水样品进行了采集,探究了流域地表水体硝酸盐浓度的时空分布特征及影响因素,借助水化学方法、氮氧同位素示踪技术以及MixSIAR模型定性和定量地确定了地表水硝酸盐各来源及其贡献率.结果表明,无定河流域硝酸盐浓度存在显著时空差异.时间上,丰水期地表水NO^-₃-N浓度均值高于平水期;空间上,下游地表水NO^-₃-N浓度均值高于上游.地表水硝酸盐浓度的时空差异主要受降雨径流、土壤类型以及土地利用类型的影响.无定河流域地表水丰水期硝酸盐的主要来源是生活污水及粪肥、化学肥料和土壤有机氮,其贡献率分别为43.3%、 27.6%和22.1%,降水的贡献率仅占7.0%.不同河段地表水硝酸盐污染源贡献率存在差异,上游土壤氮贡献率明显高于下游,为26.5%;而下游生活污水及粪肥的贡献率明显高于上游,为48.9%.可为无定河乃至干旱及半干旱地区的河流硝酸盐来源解析和污染治理...     

淀山湖夏季微囊藻毒素分布状况及其影响因素

为了解淀山湖夏季微囊藻毒素的昼夜、区域、垂直分布状况及其影响因素,在淀山湖上选择11个采样点,每个采样点设4个采样深度,进行24h的4次采样．测定水样中总氮（TN）,总磷（TP）,微囊藻毒素（MC）浓度,同时记录采样时的水温（TEM）、pH值、可见度（VDWB）、风向、风速．结果表明,MC分布具有明显的昼夜、区域差异,早晨和下午最高,西南水域明显低于其他区域,体现了光照、空气流动对MC分布的影响,同时MC的分布与总磷、pH值、可见度呈正相关（P＜0.05）,多因素分析显示,除光照、空气流动外,影响湖水MC分布的最主要因素为湖水可见度和水中总磷的含量．表明光照、空气流动、水体总磷含量是影响夏季淀山湖水体MC分布的主要原因．     

从水质变化趋势看常州市武南区域重点河流治理成效

为探究武南区域重点河流水质的变化规律、驱动因素以及河流治理成效,基于2006~2018年连续水质监测数据,综合分析了4条重点河流（太滆运河、武宜运河、武进港和永安河）水质演变趋势,并对污染较重的永安河各项水质指标进行了季节性分析和相关性分析.结果表明：2006~2018年,4条河流水质整体呈好转趋势,修正内梅罗指数分别下降36.2%,31.5%,56.4%,48.7%,受河流清淤工程影响,永安河2017年水质有所下降;4条河流氨氮浓度、总氮浓度与高锰酸盐指数下降趋势明显（P<0.05）,总磷浓度则存在一定波动;永安河的总氮、氨氮和高锰酸盐指数间或存在同源关系,氨氮和总氮季节性变化明显,雨季浓度低于旱季,总磷和高锰酸盐指数没有明显季节性变化趋势;城镇化发展与产业结构由传统工业、农业向第三产业的转变均对区域水环境改善有积极作用.     

滇池外海总磷含量时空变化趋势研究

通过秩相关系数法,结合Pearson相关系数、标准偏差等参数以及图表分析方法,对滇池外海2011—2016年8个点位总磷含量时空变化趋势进行了研究,得出了滇池外海总磷含量时空变化趋势,即总磷含量随时间变化呈现出逐步下降的趋势,在空间分布上离散程度较小、分布较均匀。同时由7个点位的Pearson相关系数计算结果得知:滇池外海不同点位总磷污染物变化的相关性较高,初步推断滇池外海总磷污染物具有相同的来源。     

汉江中下游水质时空变异与驱动因素识别

汉江是南水北调中线工程主要水源区和影响区,近年来汉江中下游水生态环境质量退化严重,河流水华频繁暴发,科学识别水环境质量时空变异及主要驱动因素成为优化上游调水工程重要管理需求.本研究基于近年汉江水文水质多源数据,综合利用Daniel趋势检验、MK突变分析、K-means聚类、空间相异度和冗余分析等数学方法,系统揭示了汉江中下游水质时空变异特征及关键影响因素.结果表明：①近年汉江干流水质总体较好,总体处于Ⅱ类,中下游部分断面水质为Ⅲ类;多项水质指标多年来总体较好,但总磷和总氮负荷较高,近年10个断面总磷和总氮平均浓度分别处于0.028~0.263mg·L^-1和0.630~1.852mg·L^-1水平;②时间变化上,Daniel和MK突变结果发现2004~2018年宗关站总磷和总氮年变化趋势不显著,其它多项水质指标也无明显年变化趋势;枯水期主要水质指标总氮、氨氮和五日生化需氧量总体大于丰水期,化学需氧量不同点位呈现出不同的丰枯变化规律,总磷丰水期浓度下降不明显;③空间分布上,K-means聚类和空间相异度结果发现不同断面水质指标变化趋势差异较大,10个水质监测断面总体上可以聚类为3类,上游水质指标最好,中游次之,下游较差;值得注意的是,下游小河等断面多项水质指标均趋于改善,可能与近年来实施的控源减排和清澈养殖等保护行动和措施有关;④在总体较高的氮磷负荷条件下,流量和水温是影响汉江中下游3个分区河流水质指标的重要因素,其中流量在上、下游对水质贡献率较大,水温则在中游贡献率最大.     

张家港市河道水质时空分布特征研究分析

为探索张家港市河道水体水质现状及时空分布特征,本研究应用主成分分析对2018年张家港市13条重要河道中的水温、pH值、DO、电导率、浊度、高锰酸盐指数、总磷、氨氮等水质指标进行分析,识别主导水体变化的环境因子.研究得出：①2018年张家港市河道水质整体较好,大部分河道水体处于III类水;②主成分分析表明,氨氮、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD_Mn）和电导率（EC）的变化主导着研究区域水质变化,4个环境因子之间呈显著正相关;③空间分析表明张家港河是监测河流中污染最为严重的河流,港口桥监测断面为水质污染最严重区域,张家港市市区及东南区域河道污染劣于其他地区;④季节上水质污染程度为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季.通过多元统计方法对河道水质时空变化进行分析,为制定可持续的城市河流水污染控制策略提供了新思路.