海河流域河流生态系统健康评价

随着经济发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.本研究以海河流域2010年73个采样点的水质、营养盐和底栖动物指标为例,采用指标体系法,从化学完整性和生物完整性两方面评价了流域内河流生态系统健康.结果表明,海河流域河流生态系统健康状况整体较差,有72.6%的样点处于"极差"健康状态,同时表现出明显的地区集聚效应;河流水质与人类活动强度密切相关;海河流域水体富营养化趋势明显;流域内底栖动物多样性低,清洁物种较少.氨氮、总氮、总磷等营养盐指标是影响河流生态系统健康的关键因子,应从控制上述指标入手,遏制海河流域河流生态系统健康恶化.对于河流生态系统健康评价,多因子的综合评价法优于单因子评价法.     

海河流域河流富营养化程度总体评估

以海河流域2009年地表水水质现状数据为基础,分别运用河流水体富营养化潜势和浮游植物表征河流富营养化水平.结果显示,流域河流水体中富营养盐含量相对较高,河流水体中TN、NH3-N平均含量分别为8.13、4.34 mg·L-1,分别超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类限值(2 mg·L-1)4倍、2倍以上.北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)、子牙河水系和海河干流中TN浓度超过9 mg·L-1;海河流域河流水体中TP平均含量为0.87 mg·L-1,超过地表水Ⅴ类限值(0.4 mg·L-1)2倍以上.北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系水中TP平均含量均超过1.0 mg·L-1.主要河流3%处于中或贫营养,44%处于极富营养化水平,主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系,表明流域河流总体呈现富营养化状态,平原段河流富营养化严重.河流治理要兼顾耗氧污染控制和营养盐控制,以改善河流水质.     

海河流域平原型河流栖息地评价

栖息地作为河流水生态系统的重要组成部分,可为生物组分提供生存及繁衍所需的物理、化学及生物条件。良好的栖息地组成及结构是构成河流水生态系统生态完整性和生态健康的必要条件,栖息地质量综合评估可识别河流外部胁迫因子、河流生态完整性水平及健康状况,为河流生态恢复提供科学依据。文章以海河流域典型水系——大清河水系、天津水系和滦河水系为例,对流域尺度下河流栖息地质量进行了评价。结果表明,大清河水系、天津水系和滦河水系河流栖息地质量指数优化值分别为4.934、2.648、7.591,大清河水系河流栖息地质量一般、天津水系河流栖息地质量较差,滦河水系河流栖息地质量较好。     

海河流域水质变化与水量的关系研究

采用曼-肯德尔和森方法,对海河流域省界断面水质达标比例和主要指标的超标比例及降雨量进行分析,探讨水质的演变特征及与降雨量的关系.结果表明:近10年非汛期达标比例和全年期COD超标比例呈现显著的变化趋势.氨氮的断面超标比例较高.汛期水质达标比例与汛期降雨量存在显著负相关,汛期降雨量增加降低了水质达标比例.DO、高锰酸盐指数、BOD和氨氮的超标比例年内变化存在差异,其主要与指标自身特性、气温以及与水文循环有关.     

海河流域河流空间分布特征及演变趋势

海河流域涵盖我国"京津冀"经济圈,河流对流域内人类生存和经济发展具有重要支撑作用,研究河流空间分布及演变趋势对于合理利用河流水资源、保护河流生态和实现经济可持续发展具有重要意义.本文运用遥感资料的GIS分析方法,对海河流域的河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度、闸坝等指标进行分析,发现:1海河流域河流地貌划分为上游山区段、中部平原段和下游滨海段,3个区段水系形状依次为树枝状(受人为干扰小),编织状(中度人为干扰),稀疏编织状(人为干扰强烈);2流域水库和水闸修建阻断河流纵向连续性,五大水系(滦河、北三河、永定河、大清河、子牙河)连续性指标值低于5;320世纪60年代—80年代—2000年,流域河流平均曲率不断减小,河网密度呈现不定向波动,反映出人为控制对河道形态改变程度大.今后应减少人类活动对河流自然属性的改变,河流治理和修复过程中应充分考虑保护和改造河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度.     

土地利用类型及其社会经济特征对河流水质的影响

流域尺度上土地利用类型与水体水质之间存在相关关系,这种相关关系同时会受到各种社会经济活动的影响.在自然或半自然区域内,土地利用类型与水质的相关关系比较显著.然而,在城市区域内社会经济活动将会影响土地利用类型与水质的相关关系.为证实这一现象的存在,选取京津地区11个小流域为研究对象,分别从小流域综合分析和小流域聚类分析2个角度,分析土地利用类型及其社会经济特征与河流水质的关系,并以温榆河小流域情景分析进一步探讨社会经济因素对土地利用类型与河流水质关系的影响,结果显示,聚类分析中,半自然区域中小流域的TN、TP、NH4+-N均与土地利用类型相关,而城市区域中小流域的TN、TP、NH4+-N均与社会经济因素相关,社会经济因素的差异改变甚至削弱了土地利用类型与河流水质的相关性,验证了假设现象的存在.因此,在跨域城乡梯度的区域尺度研究水体水质及其影响因素的相关性时,需要综合考虑土地利用类型及其社会经济特征.     

海河流域北部地区河流沉积物重金属的生态风险评价

以海河流域北部地区主要河流为研究对象,采用Hkanson潜在生态风险指数法,根据39个采样点评价了河流沉积物重金属的潜在生态风险程度.结果表明,以中国大陆沉积物重金属背景值作为参考值,研究区内除Pb含量接近背景值外,Cu、Zn、Cd和Cr含量均超出了背景参考值.基于单项重金属的潜在生态风险指数,研究区内采样点Cu、Pb、Zn和Cr的风险等级属于"轻微",Cd则有不同程度的污染,各重金属污染等级排列顺序为Cd>Pb>Cu>Cr>Zn.基于多种重金属的潜在风险指数,32个采样点属于"轻微"等级,5个采样点属于"中等"等级,2个采样点属于"很强"等级.风险较高的河流为北京汤河、大石河和保定拒马河,表明这些河流是需要加强控制的重点地区.     

海河流域典型河流粪源性指示微生物的污染特征及其时空分布

当前,我国河流污染的监测、研究与治理甚少考虑微生物指标,导致国内大多河流的微生物污染状况不明.本研究以海河流域上游山区段永定河(张家口市)、中游平原段温榆河(北京市)和下游滨海段北运河(天津市)3段典型河流为对象,选取粪大肠菌群、大肠杆菌、肠球菌、SC噬菌体为指示微生物指标,开展了历时1年的野外调查,以期明确海河流域典型河流微生物污染的浓度水平及其时空分布特征.结果表明:除有机污染和富营养化问题外,3条河流也受到了较为严重的微生物污染.监测断面的肠球菌、大肠杆菌、粪大肠菌群、SC噬菌体的年平均浓度分别在1.039×103~9.168×105CFU·L-1、10~1.870×106CFU·L-1、1.43×102~8.105×106CFU·L-1、0~4.77×106PFU·L-1之间.曼-惠特尼U检验分析结果表明,流域内指示微生物浓度分布的季节性变化不显著;3条河流中,中游平原段温榆河因受污水处理厂退水排入河道的影响,微生物污染水平最高;上游山区段永定河虽有机污染较轻,但动物粪便污染严重,导致河流微生物污染状况亦不容乐观.为保障流域公共卫生安全和地下水安全,上游山区段农村畜禽粪便处理、中游平原段污水处理厂退水应得到进一步的关注与管理.     

洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系研究

采用空间分析和统计分析方法,从综合农业用地和各类农业用地面积百分比两个层次研究洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系.结果表明,研究区10个小流域入湖河流水质空间差异性显著,流域西部入湖河流总磷污染严重,北部和南部入湖河流(D3除外)主要污染指标为有机物和氮;流域农业用地面积百分比与入湖河流水质的关系密切,综合农业用地面积百分比与雨季入湖河流高锰酸盐指数、NH+4-N、TN、TP呈负相关,相关系数分别为-0.859、-0.565、-0.693、-0.181,与非雨季高锰酸盐指数、NH+4-N呈负相关,相关系数为-0.384、-0.328,与非雨季TN和TP呈正相关,相关系数为0.221、0.146;各类农业用地面积百分比对入湖河流水质表征作用较强,耕地与TN、TP在雨季和非雨季均呈正相关,与两者的相关系数雨季为0.252、0.581,非雨季为0.149、0.511,耕地与高锰酸盐指数、NH+4-N在雨季和非雨季分别呈正相关和负相关,与两者的相关系数雨季为0.388、0.053,非雨季为-0.137、-0.147,林地与耕地的表现则正好相反,与TN、TP、高锰酸盐指数、NH+4-N的相关系数雨季为-0.526、-0.275、-0.469、-0.155,非雨季为-0.012、-0.100、0.282、0.151,鱼塘对TN和TP的指示作用不显著,草地和园地在雨季与耕地的表现类似,非雨季与耕地的表现相反.可见,洱海流域农业面源治理时应重点加强北部和南部在雨季时耕地、草地和园地的管控.     

河流污染类型优控顺序确定方法及其在海河流域的应用

建立河流污染类型优控顺序方法并将其应用于海河流域,结合海河流域主要河流站点水质监测数据和沉积物分析数据,对各水系河流的耗氧污染、富营养化及沉积物重金属污染状况进行整体评估,确定海河流域河流污染优先控制顺序.结果表明,海河流域有36%河长耗氧污染严重,重污染河流主要分布在黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为100%、54%和68%.重度富营养化河流主要分布在子牙河水系、北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为50.0%、52.3%和39.7%;沉积物重金属生态风险普遍较低,子牙河水系、滦河水系和漳卫河水系重度污染河长比例分别为26.5%、21.6%和28.0%.海河流域河流中度以上的耗氧污染、富营养化及重金属污染河长分别为8203 km、6927 km和6733 km,由此确定流域河流污染优控顺序应该是首先关注耗氧污染,然后再控制河流富营养化,最后再治理重金属污染.分水系优控顺序研究表明永定河水系、大清河水系、黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系主要面临耗氧污染问题;北三河水系应首先控制富营养化;滦河水系、海河干流和漳卫河水系应关注沉积物重金属污染.     

海河流域主要污染物排放强度及其源结构解析——以2007年为例

以海河流域污染源普查数据为基础,通过污染物排放量、排放密度和排放行业结构分析,系统解析流域污染源结构.结果表明,流域废污水来源复杂,污染物排放空间差异显著,工业行业结构性污染突出.流域北部废污水排放以生活污水为主,南部以工业废水为主,COD排放以工业源为主.污染物排放空间格局上,COD排放主要集中在北三河、子牙河及徒骇马颊河水系;氨氮排放在子牙河水系高度集中;重金属、氰化物、挥发酚仅在局部区域集中排放.污染物行业结构上,造纸、食品和石化是COD主要排放行业,占排放总量75%;石化、食品和皮革是氨氮排放主要行业,占排放总量80%;重金属主要排放行业为石化、皮革和冶金.根据污染物排放强度分布和排放结构,子牙河水系是海河流域污染治理重点区域,造纸、食品和石化行业是污染负荷削减重点行业.     

河流污染治理任务路线图制定方法及其在海河流域的应用

针对河流水污染治理的长期性、复杂性和系统性要求,参考技术路线图的制定原则和一般步骤,吸纳制定重要领域科技路线图的系统方法,从需求分析、任务布局、特征目标界定、实施阶段和技术重点等方面,建立了制定河流治理路线图的一般方法,并在海河流域开展应用研究,分析了海河流域河流水污染治理的问题和需求、确定了治理的战略任务,确立了水污染治理的特征目标,提出了海河流域河流水污染治理的路线图,为流域河流污染治理和生态修复提供前瞻性的战略指导和支撑.     

基于MODIS数据估算海河流域植被生态用水方法探讨

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和地面气象数据,建立了区域植被生态用水模型．通过地表温度和植被覆盖度的“现状”三角关系,应用该模型计算了地表温度．植被覆盖度指数(ITVC),结合植被系数法计算了地表植被生态用水,并用该模型的计算结果分析了海河流域的生态用水．结果显示,基于“现状”三角法和植被系数法计算的植被现状环境用水与地表大型蒸渗仪实测结果较一致．海河流域植被生态用水具有明显的区域分布特征,西部山区和中东部黑龙港及运东平原和大清河淀东平原区植被生态用水量比较低,而在太行山山前平原、东南部平原以及北部燕山一带植被生态用水量比较高．     

黑河流域底栖动物群落结构及水质评价

为了解黑河流域上中游底栖动物群落结构特征及其与环境因子之间的关系,于2018年8月对研究区域17个采样点的底栖动物和水体理化指标进行调查研究.共鉴定出底栖动物43种,其中节肢动物34种（79.1%）,软体动物7种（16.3%）,环节动物2种（4.6%）;就整个研究区域而言,优势种为大蚊（Tipulidae）、豆娘幼虫（Damselfly）、水蜘蛛（Argyroneta）、耳萝卜螺（Radix auricularia）、琥珀螺（Suecinea sp.）、白旋螺（Gyraulusalbus）,干、支流优势种分布趋势为干流（6种）优于支流（5种）;底栖动物平均密度和平均生物量分别为77ind/m²和3.7423g/m²现存量存在显著空间差异,整体上干流（1032ind/m²、60.0963g/m²）大于支流（276ind/m²、3.5233g/m²）,物种数干流（36种）大于支流（15种）;单因素方差分析显示,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数分布特征为干流大于支流.黑河流域上游支流和中游干流不同河段底栖动物物种组成呈空间异质性,而多样性指数对物种组成依赖性强,但因黑河流域底栖动物物种组成受自然因素和人类活动双重影响程度差异较大,使得Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数不适合黑河水质评价.依据BI指数和综合污染指数评价表明,黑河上游支流水质优于中游干流.根据底栖动物与环境因子之间的相关矩阵分析并结合RDA分析表明：BOD₅、水温（WT）、电导率（EC）、DO、溶解性总固体（TDS）、COD_Mn及盐度是影响底栖动物群落结构的主要环境因子.     

基于韦伯-费希纳定律的海河流域水库水环境预警评价

水库作为水源地在流域水环境安全中具有重要作用.根据韦伯-费希纳定律(Weber-FechnerLaw,W-F),选取与水库水环境关系密切的水质评价指标,通过确定水环境综合影响指数Ki值与水环境状态之间的关系,建立基于人类感觉强度与外界水环境质量变化关系定量化的水环境预警模型.并以海河流域4座水库为实例进行应用与验证.结果表明:水库Ki值与水环境状态是线性函数关系,水库Ki值与营养指数间是指数函数关系.此模型可以用于流域内不同时空条件下水库水环境状态和富营养化的预警与水环境综合评价.官厅水库水环境综合影响指数Ki值为0.0494,水环境综合预警等级为轻警,主要的污染指标为COMMn、TN和TP.4座水库的Ki值变化范围在0.0107～0.0564之间,密云水库富营养化预警级别为轻警,官厅水库、潘家口水库和岳城水库均为中警;4座水库水环境预警等级空间上差异明显,从高到低顺序为潘家口水库、官厅水库、岳城水库、密云水库.潘家口水库水环境时间上恶化趋势明显,建议加强流域水库水环境的监控和采取更严格的管理措施.     

Development and preliminary application of a method to assess river ecological status in the Hai River Basin, north China

The river ecosystem in the Hai River Basin(HRB), an important economic region in China, is seriously degraded. With the aim of river restoration in the HRB, we developed a method to assess the river's ecological status and conducted a preliminary application of the method.The established method was a predictive model, which used macroinvertebrates as indicator organisms. The river's ecological status was determined by calculating the ratio of observed to expected values(O/E). The method included ecoregionalization according to natural factors, and the selection of reference sites based on combinations of habitat quality and macroinvertebrate community. Macroinvertebrate taxa included Insecta,Crustacea, Gastropoda, and Oligochaeta, with 39 families and 95 genera identified in the HRB. The HRB communities were dominated by pollution tolerant taxa, such as Lymnaeidae, Chironomus, Limnodrilus, Glyptotendipes, and Tubifex. The average Shannon–Wiener index was 1.40 ± 0.5, indicating a low biodiversity. In the river length of 3.31 × 10~4 km, 55% of the sites were designated poor, with a bad ecological status. Among nine secondary river systems, Luan and Zi-ya had the best and worst river conditions,respectively. Only 17 reference site groups were selected for river management in the 41 ecoregions examined. This study lays the foundation for river restoration and related research in the HRB, and we anticipate further developments of this novel method.     

海河流域河流生态基流量整合计算

以海河流域为对象 ,对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究 ,提出了海河流域生态基流量的整合计算的基本原则 ,即 :分阶段恢复原则、恢复模式原则、等级制原则和时空优化配置原则 .海河流域生态环境恢复对象包括 2 4条河段和 12块湿地 .根据河流生态基流量整合计算模型 ,计算得到海河流域的河流生态基流量 :高方案为 2 12 5 2× 10 8m3·a- 1 ,中方案为 13 1 79× 10 8m3·a- 1 ,低方案为 69 3 2× 10 8m3·a- 1 .并计算 3年内不同月份的生态基流量 .在高中低方案中 ,生态基流量的最大值均在 8月份 ,最小值均在 2月份 ,按照从大至小的顺序依次为 :8月份、7月份、9月份、6月份、10月份、5月份、11月份、4月份、3月份、12月份、1月份、2月份 .建议管理部门首先保证低方案的生态基流量 ,充分关注枯水年份和枯水季节的生态基流量 ,加强监测和管理生态敏感性强的河段、湿地和河口