制定湖泊营养物基准的技术方法研究进展

湖泊营养物基准是指用可信的科学数据表示水中营养物的允许浓度和生态指标的阈值,是制定富营养化标准、评价湖泊状态依据。文章分析了国外制定湖泊营养物基准的方法:参照状态法、输入-响应模型法和机理推断法,并概述了目前湖泊富营养化预测模型。通过分析对比,提出了适合我国湖泊营养物基准制定的技术方法及思路。     

官厅水库上游河流营养物参照状态的制定

采用参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法,制定了官厅水库上游流域河流雨季和旱季的营养物参照状态,探讨季风气候对河流营养物参照状态的季节性影响,并识别影响官厅水库上游河流营养物浓度的主要人类活动.结果表明：参照河流点和一般河流点总氮（TN）和总磷（TP）浓度在雨季和旱季均表现出明显的季节性差异.参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法制定的营养物参照状态在雨季和旱季也均存在季节性差异,取3种方法的平均值作为官厅水库上游河流的营养物参照状态：TN在雨季和旱季参照状态的建议值分别为1.580和1.672mg/L; TP在雨季和旱季参照状态的建议值分别为0.075和0.055mg/L.影响河流TN浓度的人类活动按贡献大小依次为：畜禽养殖污染负荷强度、耕地（坡度0~8°）比例和城市用地比例.影响河流TP浓度的人类活动按贡献大小依次为：耕地（坡度0~8°）比例和畜禽养殖污染负荷强度.     

我国湖泊营养物基准的制定方法研究

湖泊富营养化的程度日益严重,已经对人类的生产生活、水生动植物的生存造成了危害。西方一些发达国家尤其是美国已经制定了水体水质基准,形成了一系列的基准制定的方法体系,建立了水质的管理体制。文章描述了我国的湖泊富营养化的现状、美国营养物基准的研究进展;列举了几个能够辅助基准制定的数学模型,探讨了我国的湖泊富营养化基准的制定方法步骤;通过几种模型的比较,并结合我国各方面的特点,确定我国基准制定中参照状态向基准的转化方法以及基准模型的应用和成果。     

美国水环境质量基准体系

美国依据《清洁水法》建立了一套较完善的水环境质量基准体系,并开展了水生生物基准、人体健康基准、营养物基准、沉积物质量基准、细菌基准、生物学基准、野生生物基准和物理基准等方面的研究. 在重点分析美国水环境质量基准体系、基准制定方法和研究进展的基础上,提出了我国开展水环境质量基准研究的建议,即提高对我国开展水环境质量基准研究的迫切性和重要性的认识,并根据我国的实际情况,建立一套适合我国国情的水环境基准体系和基准制订工作指南,同时做好国外水环境质量基准的采用与验证工作.      

基于系统动力学的湖泊营养物基准参照状态研究

湖泊营养物基准参照状态的科学合理确定是营养物基准制订的重要技术基础之一,以巢湖为例,基于系统动力学仿真模型,耦合了多种数学模型对湖泊营养物的产生、分布及输移进行系统仿真,并结合系统反演方法获得湖泊过去近50年不同水文条件下的各营养物浓度演化过程及湖泊富营养化水平.结果表明:经过试验校准的系统仿真模型能够较真实地反映湖泊...     

湖库富营养化敏感分级概念及指标体系研究

依据水体富营养化的危害程度与地理位置、流动条件等因素有关的概念,在一个较小的尺度上提出了水体富营养化敏感分级的概念,将富营养化的控制级别从河流-湖泊2级扩展到多级,并提出了分级采用的指标体系的一般概念.同时与美国环境保护局的大尺度分区(分级)方法进行了比较分析,发现美国14个生态分区河流与湖库的富营养化基准存在不协调之处,认为以该统计方法分别进行河流与湖库富营养化基准制定,可能产生河流基准的控制指标严于湖泊基准的不合理情况.      

SPARROW模型在水环境管理中的应用及发展趋势

模型是研究水环境变化、进行水环境管理的重要工具.SPARROW（spatially referenced regressions on watershed attributes）是一个基于质量平衡方法将监测数据与流域特征和污染物来源信息相关联的非线性流域回归模型,具有数据需求量少、结构透明、普适性强等优点.为深刻理解SPARROW模型在水环境管理中的应用现状及未来发展趋势,笔者对SPARROW模型的原理以及其在营养物背景浓度模拟、水质评价、水质目标管理、气候变化对水环境影响等方面应用的国内外研究现状进行了系统梳理.结果表明:①通过选择合适的参考点,SPARROW模型可以有效模拟流域背景营养物通量和浓度,为流域水质标准的制定提供参照依据.②SPARROW模型可将营养物监测获得的数据信息外推至未监测区域,在水质监测数据数量有限的情况下进行水质评价.③SPARROW模型可模拟不同土地使用条件、资源管理等情境下河流营养物负荷,为水质的管理与决策提供支撑.④气候变化情景下,基于SPARROW模型进行气候变化对水环境影响的研究可以支撑水环境管理方案的制定,以应对未来气候变化导致的营养物输出增加.针对SPARROW模型目前在应用中存在的问题进行了分析与讨论,建议未来在应用SPARROW模型时,加强以下几个方面的研究:①进一步开发高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、氨氮等相关模块;②将SPARROW模型与机器学习模型相结合,提高量化模型参数的能力,使模型更好地应用于不同尺度、不同流域的水质相关研究.      

云贵高原湖区湖泊营养物生态分区技术方法研究

提出一种基于主成分分析、聚类分析、判别分析和空间自相关的分区模型,用于对云贵高原湖区湖泊营养物生态分区的研究.首先运用主成分分析方法对众多指标进行了降维综合处理,产生彼此互补相关又能综合反映湖区情况的4个新指标,累计贡献率达到93.69%,具有充分的代表性,构建了云贵高原湖区湖泊营养物生态分区指标体系.在此基础上,根据各区域新指标值,结合聚类模型初步将湖泊流域分为5类,再利用判别分析完成非湖泊流域的类别判别,最后运用空间自相关分析方法,按聚类结果进行全局自相关分析,Moran’sI为0.320,且检验值Z值为68.2,远大于临界值(显著水平1%所对应的临界值2.58),表明聚类结果与空间位置具有显著相关性,之后运用局部自相关对区域各因素的主成分综合得分的空间分布格局进行了量化分析,揭示了零散分类区块在空间地域分布上的关联和差异,根据关联结果完成最终的分区.结果表明,利用此分区模型可以尽量避免人为因素,得到更为客观的分区结果,具有良好的适应性和可行性,可为探索适合我国湖泊营养物生态分区的指标体系和分区技术方法,完成全国湖泊营养物生态分区和科学地制定我国湖泊营养物基准和富营养化控制标准提供技术支持.     

辽河口近岸海域水体营养物推荐基准值的制定方法

确定水质参照状态是近岸海域营养物及其响应指标基准制定的关键,基于现场观测数据分析确定参照状态并提出推荐基准值是一种重要的方法.以辽河口近岸海域为例,根据1995年~1999年和2003年~2009年的数据分析,主要应用频数分析法确定了参照状态,并结合1976年的数据分析,提出了该海域营养物(溶解无机氮、总氮、活性磷酸盐、总磷)及响应指标(叶绿素、溶解氧)的推荐基准值.分析显示,辽河口近岸海域营养物溶解无机氮、总氮、活性磷酸盐和总磷的推荐基准值分别为0.11, 0.19, 0.006, 0.032mg/L;响应指标叶绿素、溶解氧的推荐基准值分别为0.0009, 6.14mg/L.     

中国湖泊富营养化防治策略研究

随着湖泊富营养化的加剧,藻类水华暴发的频率也越来越高,规模越来越大,成为制约中国社会和国民经济持续发展的重大环境瓶颈问题,前景堪忧.本文从全国湖泊流域整体层面出发,分析制定基于生态分区的营养物基准和富营养化控制标准,以富营养化控制标准为依据,建立全国不同分区的营养物总量控制和生态修复体系,提出全国湖泊营养物削减和富营养化控制的国家方案,希望为中国湖泊富营养化防治工作提供借鉴.     

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.     

荷兰人体健康土壤环境基准与标准研究及其对我国的启示

土壤环境基准与标准是开展土壤环境保护与管理的基础. 荷兰是世界上较早开展污染土壤风险管控与土壤环境基准研究的发达国家之一,本文以荷兰为例,综述其土壤环境基准与标准研究,以期为我国土壤环境基准制定提供参考. 通过分析荷兰建立的有关土壤环境保护与管理的政策与法规,系统梳理已经制定的基于保护人体健康的土壤环境基准与标准,从人体毒理学基准、用地类型、暴露途径以及暴露参数四方面阐述荷兰土壤环境基准的制定方法,最后提出对我国土壤环境基准研究的建议. 荷兰较早制定了有关土壤修复的法案,形成了以土壤修复和可持续管理为主的法律体系,建立了以干预值和最大值为主的标准体系,并确定了土壤环境基准推导的理论方法. 我国应完善土壤污染防治的法规标准体系,开展符合区域具体情况、多种用地方式下的精细化土壤环境基准研究,加强本土化暴露评估模型研究,建立土壤环境基准数据库与优控污染物名录.      

应用藻类试验评价受污染河流的毒性和富营养化

藻类试验能提供水样中营养物和有毒化合物含量方面的信息,这些特性在对四条流经奥斯陆的河流的研究中得到应用。从河流中采来的水样分成两个部分,其中一部分加入营养物溶液。用羊角月牙藻在两部分中进行藻类试验,通过细胞产生量、生长率和生长曲线的形状,可以就营养物含量和毒物性质将水样分成五种类型。藻类试验表明河流的水质在流经城市时产生了剧烈的变化。     

湖泊营养物控制的国家战略

太湖蓝藻的暴发将我国水污染治理的焦点聚集于湖泊富营养化治理上。我国湖泊富营养化的加剧，已经成为制约我国社会和国民经济持续发展的重大环境问题，制定湖泊营养物控制的国家战略，在这个国家战略下确立生态分区的湖泊营养物基准和标准，采用TMDLs总量控制方法和营养物削减集成技术，依靠国家的强力行动和全民的积极参与，改善湖泊水质状况，恢复湖泊生态环境是我们亟待解决的问题。[编者按]     

我国水质基准制定中生态毒性数据质量评估方法研究

水质基准是制定水质标准的科学依据,而生态毒理学数据是制定水质基准的基础,在推导水生态基准之前,必须对毒性数据的质量进行评估.借鉴美国、欧盟、澳大利亚和新西兰的数据质量评估方法,提出了我国水质基准制定中生态毒性数据质量评估方法,评估要素包括数据来源、化学物质、受试生物、试验过程和试验结果5个方面,共25个打分项,总体赋分...     

矿化度作为蒙新高原湖泊营养物基准影响指标的可行性

基于蒙新高原湖区多年综合调查资料及现场监测数据分析,结果显示蒙新湖区存在咸化趋势.多元逐步回归分析表明总磷、矿化度是影响蒙新湖区初级生产力的重要因子.相关性分析显示,蒙新高原湖区湖泊矿化度与溶解氧、pH值、总氮、叶绿素a及透明度相关,其中,溶解氧、pH值与矿化度呈极显著负相关(P<0.01);总氮、叶绿素a与矿化度呈极显著正相关(P<0.01);透明度与矿化度呈显著负相关(P<0.05).通过矿化度与国际公认的营养物基准指标[原因变量(TP、TN)和反应变量(Chl-a、SD)]之间的线性关系研究表明,矿化度应成为蒙新高原湖区湖泊营养物基准影响指标之一,研究结果为确定蒙新高原湖区湖泊营养物基准的候选变量和指标提供了理论依据.     

水环境质量基准、标准与流域水污染物总量控制策略

辨析了水环境质量基准与标准的概念差异,指出了它们对水污染物总量控制的作用.全面总结了美国水环境质量基准与标准的制定过程与方法,并对比分析了国内外水质标准体系在组成、保护功能、制定方法上的不同,以及水质标准在水污染物总量控制的应用情况.分析表明:水质标准是在水质基准基础上依据水体功能来确定的,水质基准是制定标准的基本依据.当前水质基准主要包括毒理学基准和生态学基准2类,基准值主要采用生态毒理学、调查统计分析方法确定,水生态分区是制定生态学基准的区域单元.从水质标准与总量控制的关系上看,基于水质标准的总量控制是当前水污染控制的发展趋势,并且水质标准体系的内容和组成正在不断发展和完善,保障水生态系统和人体健康安全将是水质标准要保护的核心功能.最后,提出了我国水环境质量基准和标准的发展对策及方向.      

水体沉积物重金属质量基准研究新进展——生物效应数据库法

根据加拿大、美国佛罗里达、澳大利亚、新西兰、中国香港等国家和地区水体沉积物质量基准研究的最新资料 ,综述了目前国际上广泛采用的用于制定沉积物质量基准的新方法——生物效应数据库法 ,介绍了该方法制定基准研究和应用的新进展     

我国湖泊水环境标准体系建设及其发展建议

在分析我国湖泊水环境标准现状及发展的基础上,提出了构建与完善我国湖泊水环境标准体系的设想与建议:重点编制湖泊水环境术语、湖泊沉积物质量标准、湖泊富营养化评价标准、健康湖泊的评价指标标准等;强化湖泊标准科研前期的投入和研究,对湖泊科研示范基地要建立标准与科研、标准与生产相协调的机制;以制定标准为主,兼顾技术规定,调动企业参与;尽快构建我国湖泊营养物基准,亟需尽快制定及修订、完善已有的标准规范。