苏州古城区域河道碳氮磷类污染物的分布特征

苏州是水质型缺水城市,节水、减排、控源和截污等工程实施后,水质问题依然严峻.为了解苏州古城区域河道中碳氮磷类污染物的总量及分布特征,提出河道疏浚决策依据,于2019年春季在苏州古城区域采集了20个代表性断面的河道底泥和水体样品,测定了河道底泥的深度,分析了河道底泥和水体样品中碳氮磷类污染指标的含量,评价了河道底泥和水体的污染程度,并预测了换水、引水、降雨和疏浚情境下水质的变化.结果表明,苏州古城区域河道底泥深度在22~1025 mm之间（均值为266 mm）,底泥总质量约为5.2×10⁵ t.底泥中总有机碳、总氮、氨氮、总磷和有效磷平均含量分别为3.4%、2074 mg·kg^-1、140.2 mg·kg^-1、1765 mg·kg^-1和57.2 mg·kg^-1,属中度污染,总磷含量超标点超过90%,环城河污染程度最高,建议优先疏浚.水体中总有机碳、生化需氧量、化学需氧量、总氮、氨氮、凯氏氮、总磷和磷酸盐平均浓度分别为7.8、0.6、13.1、2.5、0.643、1.3、0.18和0.09 mg·L^-1,属重度污染,为劣V类地表水,总氮浓度严重超标.基于沿程碳氮磷类污染物总量的分布情况,苏州古城区域河道疏浚推荐顺序为环城河、古城北部河道、干将河和古城南部河道.降雨情景下,初期径流污染物浓度高,将导致河道水质急剧下降;换水和引水情境下水中总氮总量均减少0.2 t,完全疏浚后水中总氮总量分别进一步减少4.58 t和2.19 t.底泥磷以外源输入为主,可受纳部分水体中的磷,故疏浚后,水体中总磷总量可能增加.     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

城市感潮河流溶解氧收支及调控的模拟研究

城市感潮河段受径流、潮汐动力及流域排污等多重影响,易引发河道缺氧现象.通过建立潭江(开平段)二维水动力水质模型,并采用拉格朗日粒子示踪、情景分析等手段,研究水流输运、生化反应过程对溶解氧的影响,进而探索提升关键断面溶解氧浓度的调控策略.结果表明：(1)潭江干流上游水团输送比支流镇海水更快,且同等增量下,潭江干流流量变化对下游影响更大;但对潭江干流开平市区下游新美断面污染贡献中,镇海水对其总磷(TP)污染贡献较大,而新昌水对其总氮(TN)污染贡献较大;(2)新美断面、镇海水的娄冈断面及新昌水的公义断面均为耗氧断面;水体有机物耗氧是本区域溶解氧消耗的主要过程,占总消耗的64.4%,其次为底泥耗氧,占总消耗的32.5%;水体中氧气的主要来源为浮游植物的光合作用,占比约64.6%;(3)增加上游流量、下移城区排口位置或削减上游临近城区污染源均可提高下游溶解氧浓度;与镇海水相比,提高潭江干流流量的效果更为明显;下移城区排口位置虽有效果但可操作性较弱.     

基于三维数值模型的河道水质动态模拟研究

文章考虑水质迁移过程及水体自净作用,构建了基于三维水动力模型的河道水质数值模拟模型,运用无结构贴体网格划分技术建立了河道的计算网格模型,实现了对BOD_5、NH_3-N以及TP浓度扩散过程的模拟,分析了水质指标的迁移规律。结果表明:河道水质自上游向下游逐渐变差,该河道的污染源主要来自其他河道的输入性污染,下游河道水质劣于《地表水环境质量标准:GB3838-2002》Ⅴ类水标准。     

农田排水沟渠水体-底泥中溶质氮分布特征试验研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段.针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,本研究以天然沟渠为对象,以非点源溶质氮为例,通过2014年3月~2015年2月现场监测试验,分析了农田排水沟渠水体及底泥中非点源溶质氮的分布特征.结果表明,沿沟渠纵向,试验沟渠水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量均呈现一定程度递减趋势,表现出沟渠系统对非点源溶质的净化作用;水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量在沟渠横断面分布存在较大不均匀性,其分布特征与断面形态、流量变化过程、流速分布等因素有关,其中水体中总氮质量浓度均衡度为76.89%,底泥中总氮含量均衡度为57.04%;试验期内,水体中总氮质量浓度呈"凹"形变化、底泥中总氮含量呈"凸"形变化,二者表现出相逆的变化趋势.     

苏州河氨化菌分布及生理生化研究

对苏州河氨化菌进行了生态调查,并对其进行了生理生化分析。研究结果表明,苏州河水体中氨化菌数量普遍较高,上游至下游氨化菌数量逐步增多。赵屯至北新泾5个断面之间的差异很小,均在104个/mL左右,浙江路桥和武宁路桥的氨化菌数量要比上游的5个断面高出1个数量级。苏州河下游武宁路桥和浙江路桥断面水体中全年氨化菌数量季节变化较大。氯化菌的数量与水体中总氮和氨氮成正比,与硝酸盐成反比。     

杭州典型城市河道污染特征及差异性分析评价

2014-2015年期间分季度对杭州市区内8条河道的15个采样点进行了采样调查。分析测定了水体及沉积物样品中的常规理化指标。结果显示大部分河道水体的氨氮、总磷含量超过地表水环境质量标准Ⅴ类标准;氮磷营养盐浓度和高锰酸盐指数季节变化明显且在秋季达到最高并导致当季溶氧含量较低;河道沉积物中有机质和氮磷含量高,且生活污水是其主要污染来源。总体来说,由于生活污水的输入,新塘河下游水质最差,而生态修复措施运行良好的后横港和沿山河上游水质相对较好。杭州市城市河道在今后的生态治理中需要更加注意外源和内源污染负荷,特别是其中氮磷的控制,同时注意工程的运行维护。     

苏州河底泥中重金属的形态分布调查

通过对苏州河底泥中重金属污染状况调查,分析了从上游至下游5个断面底泥中重金属含量及其形态分布.结果表明,苏州河底泥中重金属总量较高,但其实际可释放部分的含量仅占总量的3%左右.     

湟水河流域水质时空变化特征及其污染源解析

基于2012—2014年水质数据,综合应用多元统计分析与一维水质模型(Qual2Kw),系统分析了湟水河水质时空变化及其污染物来源.结果表明:湟水河河流水质主要受化学需氧量、生化需氧量、铜、六价铬、水温、溶解氧、总氮、氨氮等8项水质指标影响,且氨氮和总氮污染严重;湟水河水质时间上可划分为3个时段:时段1(6—10月)、时段2(5月和11月)和时段3(12月—4月),时段1水质明显优于时段2和时段3,湟水河水体受工业生活排放污水的影响显著,面源污染对河流水质的影响低于点源污染;空间上可分为3大区段:湟水河上游、中游和下游,中游西宁市段污染较重;基于Qual2Kw模型的污染物贡献比例计算结果揭示了湟水河民和桥断面的氨氮负荷主要来源于扎马隆(S2)-西钢桥(S3),总氮主要来源于报社桥(S5)-小峡桥(S6),其中支流点源是氨氮的主要污染源,普通点源即城镇生活污水和工业废水排放是总氮的主要污染来源,上游干流农田地表径流、畜禽养殖废水、农村生活污水等污染源氨氮、总氮排放也不容忽视.研究结果可以为湟水河流域水环境管理提供科学依据.     

伊通河长春城区段底泥污染特征与评价

为评估伊通河长春城区段底泥的污染特征,在目标河段进行底泥样品采集,对其水理性质、总有机碳、有机质、总氮、总磷等指标进行测试分析,运用模糊综合评价法对目标河段底泥营养物质污染进行评价。结果表明:目标河段底泥pH平均值为7.22,基本呈中性。总氮、总磷平均值分别为622,639 mg/kg,总有机碳、有机质含量从上游至下游逐渐上升,下游营养物质污染程度严重。模综合评价结果显示:总有机碳所占权重最大,大部分河段底泥质量模糊综合评价等级高于1.6级,自上游至下游污染渐趋严重。     

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

城市内河表层沉积物氮形态及影响因素

采用连续分级提取法对许昌市清潩河河道10个表层沉积物样品中氮形态含量进行测定, 分别得到离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可提取态氮(WAEF-N)、强碱可提取态氮(SAEF-N)、强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)和非可转化态氮(NTN), 探讨了不同形态氮分布特征、影响因素及其对河道水环境潜在的风险. 结果表明,沉积物中总氮(TN)含量为2140~9470mg/kg, 与沉积物有机质含量沿河道变化趋势基本一致; 可转化态氮(TTN)的优势形态从上游至下游逐渐由IEF-N向SAEF-N再向SOEF-N转化, 逐渐趋于稳定; IEF-N含量受沉积物有机质、pH值及上覆水体氨氮和悬浮物含量影响, 且与TN极显著相关, 说明清潩河沉积物TN含量可以作为河道内源污染风险判断的重要指标; 此外上覆水体较高的COD含量对SAEF-N和NTN的沉积、较高的氨氮含量对IEF-N和TN的释放以及总磷含量对NTN活性的增强等都产生影响.因此, 在开展清潩河水环境综合整治时, 需考虑水相与沉积物相的相互作用, 同步开展治理工作.     

丹江口水库入库河流总氮通量监测

针对丹江口水库总氮超标问题,对作为主要集水区的汉库入库各河流进行了一整年的水量和水质同步监测。结果表明:(1)主要河流入汉库总氮量共24503t/a,湖北和陕西两省入库总氮量比例总体上与水资源量比例相当,其中,汉江干流上游陕西来水入库总氮量占68.2%,湖北主要支流包括十堰堵河(18%)、神定河(7%)、泗河(4%)、官山河(0.9%)、浪河(0.7%)剑河(0.5%)和天河(0.5%)。(2)入汉库总氮总量月变化与入库总水量变化一致,总氮入库量主要集中在5~9月,占全年的77%。(3)根据各河流水环境容量和纳污特征,可将入库河流划分为容量型、点源污染型、农业面源型和混合型等四种类型。建议对不同类型河流应采取不同控制对策,点面结合,综合防治。     

山美水库沉积物氮磷和有机质污染特征及评价

为揭示山美水库沉积物中污染物的空间分布状况,测定了山美水库47个采样点(包含8个柱状样)的TN、TP及OM含量,分析了各污染因子之间的相关性以及C/N,并对山美水库沉积物的污染层进行了污染状况评价.结果表明,污染层TN平均含量为1 180 mg·kg~(-1),TP平均含量为642 mg·kg~(-1),OM的平均质量分数为3.30%.其中TN与TP含量随着深度加深到正常层呈现稳定或较低的状态.污染层C/N整体远高于普通湖泊,有机质大多由自然陆源贡献,少部分由浮游动植物及藻类转化而来.相关性分析表明TN、TP和OM三者之间都呈极显著相关,说明沉积物中氮磷多以有机形式存在,且具有一定同源性.评价结果中有机氮及有机指数都为尚清洁的状态,总磷为中度污染,接近重度污染.     

潮白河再生水生态补给河道区浅层地下水氮转化

再生水与天然地下水水质存在差异,利用再生水生态补给河道区可能会带来环境风险.引温济潮工程已运行10余年,为研究再生水长期河道入渗下不同位置地下水氮组分的演化特征与机制,收集近11年的地表水与地下水监测资料.采用聚类分析将地表水划分为不同区域后选择典型地下水监测点分析氮组分的演化差异,并利用Cl-计算混合比得出地下水中目标成分的计算浓度,初步推测地表水入渗后发生的氮转化,并选取DO、TOC、底泥、水文地质条件等环境指标分析证明.结果表明:①地表水明显分为3组,包括减河、土坝以北潮白河段、土坝以南潮白河段,各组间指标存在显著差异,影响水质差异的主要因素为再生水的氮、磷含量及水体流态.②再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚有利于氮的去除,减河和土坝以北潮白河段地表水中的NO₃--N流经包气带时通过反硝化与同化作用衰减,NH₄+-N通过吸附与硝化作用得以去除,入渗后未引起地下水中的氮浓度明显增加.③而土坝以南潮白河段,河道补水后翌年地下水位抬升并趋于稳定,长期地表水入渗使底泥的氮和有机质含量升高,使得该断面于2013年后达到适宜的碳氮比而发生有机氮矿化作用,由于包气带较薄,生成的NH₄+-N较少吸附于土壤介质中,易随水流入渗而引起地下水中ρ（NH₄+-N）升高.研究显示,再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚可有效去除氮组分,但部分地区包气带较薄且发生有机氮矿化作用会增加地下水的氮污染风险.      

秦淮河典型河段总氮总磷时空变异特征

2010年6月～2011年5月,对秦淮河典型河段水体总氮(TN)、总磷(TP)的污染状况进行了周年定点观测,采用传统统计学方法初步探讨了秦淮河水体TN、TP污染状况及时空间变化特征.结果表明,秦淮河TN、TP污染严重,且具有很强的时空变异性.秦淮河传统农业区、集约农业区和城市区TN平均浓度分别为1.80、3.97、9.25 mg·L-1,TP平均浓度分别为0.03、0.11、0.50 mg·L-1,表明秦淮河TN、TP主要来源于城市区和集约农业区,而传统农业区对水体TN、TP贡献较小.秦淮河丰水期和枯水期TN平均浓度分别为1.89、4.58 mg·L-1,TP平均浓度分别为0.11、0.14 mg·L-1,表明秦淮河枯水期较丰水期污染严重.富营养化评价结果显示,秦淮河河段大都处于富营养化状态,应及时采取治理措施.     

重庆市主城区次级河流总氮总磷污染特征分析及富营养化评价

为掌握重庆市主城区次级河流水环境状况,于2013年4月~2014年3月,在重庆市主城区选取6条典型次级河流测定水体理化指标,开展水体总氮(TN)、总磷(TP)污染特征分析及富营养化评价.结果表明:16条河流TN、TP污染较为严重,不同季节TN、TP均超过国际认可的发生水体富营养化临界值;富营养状态指数评价结果表明,各季节所有河流都处于富营养化状态,富营养化程度排序为:盘溪河清水溪跳蹬河花溪河伏牛溪朝阳河.2各次级河流TN、TP季节变化情况较为显著,为春、冬季TN、TP质量浓度高,夏、秋季TN、TP质量浓度低;3河流在各季节TN、TP从上游向下游增加趋势比较明显,污染物沿河流不断聚集,污染物质量浓度递增率最大达到1.25 mg·(L·km)-1.因此,进一步深入研究城市次级河流污染特征对城市水体污染控制具有重要意义.     

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

太湖西部河网中沉积物氮的空间分布特征

选取太湖主要入湖水系(西苕溪水系和宜溧-洮滆水系)为研究对象,于2014年1月完成水体及表层沉积物各102个样品的采集,分析了沉积物中氮(N)不同形态的空间分布特征及其影响因素.结果表明,西苕溪水系表层沉积物总氮(TN)含量高于宜溧-洮滆水系,均值分别为2164.91 mg·kg~(-1)和983.52 mg·kg~(-1),两个水系间沉积物TN含量存在显著差异.西苕溪和宜溧-洮滆两个水系沉积物中无机氮(IN)以氨氮(NH+4-N)为主,平均含量分别为120.90 mg·kg~(-1)和49.85 mg·kg~(-1),而硝态氮(NO_3~--N)平均含量仅为9.60 mg·kg~(-1)和13.95 mg·kg~(-1).沉积物中有机氮(ON)含量及分布与TN相似,西苕溪和宜溧-洮滆水系ON均值分别为2034.41 mg·kg~(-1)和917.77 mg·kg~(-1),占各自TN的百分比分别为93.90%和92.99%.表层沉积物各形态N之间及与上覆水体之间均具有显著的相关性,表明沉积物与上覆水之间的浓度梯度可能会驱动IN向上覆水体进行释放.