不同草皮缓冲带对径流污染物的去除效果试验研究

选择上海地区常见的5种草皮植被,利用自行设计的试验装置构建草皮缓冲带,模拟上海地区农业面源污染和降雨特征,进行缓冲带污染物净化效果试验研究。结果表明,草皮的存在明显提高缓冲带对污染物的净化效果,并且能增强缓冲带土壤的渗透能力;百慕大缓冲带对径流SS的截留能力最强,平均去除率达到71.86%;草皮缓冲带对渗流水营养物质的净化效果明显高于径流,渗流水TN、TP平均去除率以白花三叶草最高,分别为58.27%和60.49%;综合考虑降雨特征和污染物净化效果等因素,百慕大、白花三叶草和高羊茅等3种草皮,可以作为上海地区缓冲带草皮植被的优先选择种类。     

黄河中游砒砂岩地区长川流域生态用水分析

在野外实地观测的基础上,利用GIS和情景分析方法,对地处典型黄河中游砒砂岩地区的内蒙古长川流域不同水土流失综合治理和退耕还林(草)情景下的生态用水特征进行分析。结果表明:长川流域平均蒸散量和平均生态用水量分别为274.3mm和370.7mm,植被蒸散的水分消耗较大,但流域降雨量基本能满足植被的蒸散耗水需求,流域的整体生态用水量处于较适宜水平。研究区水土保持生物措施情景(B2方案)的生态用水量小于适宜生态用水阈值(411.3mm),但其植被蒸散量大于有效降雨量(279.0mm),从长远角度看,B2方案还是受水分(降雨)条件的限制;而4种退耕还林(草)情景的生态用水量和植被蒸散量均小于适宜生态用水阈值和有效降雨量,不受降雨条件的限制。     

陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变

为了深入认识陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变过程及其与降雨和植被NDVI变化的关系,采用基于RUSLE(修正通用土壤流失方程)的土壤侵蚀评估方法,开展流域土壤侵蚀时空分布及其与降雨、植被NDVI的关系研究.结果表明:① 2000—2014年无定河流域多年均土壤侵蚀模数为457.90 t/(km2·a),呈波动增加过程.流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占流域总面积的88.35%,其他土壤侵蚀等级面积比例随等级升高而减少.研究时段内除微度侵蚀面积比例减少外,其他土壤侵蚀等级面积比例均呈增加过程,并且侵蚀面积年变化速率也由微度侵蚀的0.52%降至剧烈侵蚀的0.01%. ② 无定河流域西北部土壤侵蚀程度最低,西南部其次,东南部最高,与其地貌类型及降水量沿东南—西北方向递减有关,但均反映出流域2000—2014年土壤侵蚀的增加过程.研究时段内流域不同土壤侵蚀等级间面积及比例转移主要由低等级土壤侵蚀类型转为相邻高等级土壤侵蚀类型. ③ 无定河流域土壤侵蚀与降水量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力呈显著正相关(P < 0.01),相关系数分别为0.90、0.95和0.98,而与植被NDVI的关系不显著.研究显示,降雨变化尤其是侵蚀性降雨(≥12 mm/d)增加是陕北无定河流域土壤侵蚀增强的主要原因.      

基于陆基遥感研究降雨过程对人民渠水质影响

利用监测频率为1min的陆基高光谱水质遥感监测仪于2021年9月24日～11月18日在四川德阳人民渠对浊度、悬浮物、总磷等关键水质参数开展连续监测,精细刻画了水质分钟级的动态变化特征,并结合逐时降水数据探究了不同雨强对人民渠水质的影响.结果显示:降雨量与浊度(r=0.82,P<0.001)、悬浮物(r=0.88,P<0.001)和总磷浓度(r=0.81,P<0.001)均存在极显著正相关,而降雨量与总氮浓度(r=0.39,P=0.07)存在正相关但相关性不显著.当小雨时,降雨量少,没有形成明显的地表径流,河流水质几乎不受影响;大雨及暴雨时,地表径流的形成造成浊度、悬浮物和总磷浓度显著增加,总氮浓度增长幅度则较为平缓.通过高频水质数据可以精细刻画从高强度降雨发生到引发流域氮磷污染物大通量、脉冲式输入再到水质短期剧烈变化这一关键流域污染过程,研究结果为高强度降雨频发地区和未来极端降雨增加情景下流域的污染物控制和综合治理措施提供科学依据.     

粤港澳大湾区植被CUE变化及与气候变化的关系

基于MOD17数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了2000~2019年粤港澳大湾区植被生产力和植被碳利用率（CUE）变化及其与气候变化的关系.结果表明,粤港澳大湾区总初级生产力（GPP）和净初级生产力（NPP）均值分别为1.80和0.89kg·C/m²,呈中部低四周高的空间格局,CUE均值为0.51,呈中部和东南部略高于四周的空间格局;GPP和NPP总体呈增加趋势,其年际变化率均值分别为0.01和0.001kg·C/（m²·a）,GPP年增长率远高于NPP年增长率,不同植被类型GPP和NPP也呈增加趋势.植被CUE则呈逐年下降趋势,其年际变化率均值为-0.002a^-1,由于气候因子变化对光合作用速率和呼吸作用速率产生的不同程度影响,从未来发展趋势看,68.22%的区域表明CUE仍呈下降趋势,植被碳固定能力减弱;不同植被类型CUE存在差异,其中农田CUE平均值最高,为（0.511±0.014）,森林和草地CUE分别为（0.500±0.019）和（0.501±0.020）,从变化趋势看,不同植被类型CUE呈极显著下降趋势（P < 0.01）;GPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体呈正相关关系,其所占比例分别为94.52%、53.36%和90.58%,NPP与气温、累积降雨和累积净太阳辐射量总体上也表现为正相关关系,其所占比例分别为86.86%、71.10%和85.97%.然而,CUE与气候因子的关系却有所不同.CUE与气温和累积降雨呈正相关关系,但与累积太阳辐射呈负相关关系,不同植被类型GPP、NPP和CUE与气温、累积降雨量呈正相关关系,GPP和NPP与累计净太阳辐射呈正相关关系,但CUE与累积太阳辐射却呈负相关关系.     

不同降雨条件下植被对绿色屋顶径流调控效益影响

植被是绿色屋顶的重要组成部分,可通过截留雨水和蒸散耗水等过程影响绿色屋顶的径流调控效益.本文基于太阳花(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被等4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年雨季26场降雨径流过程的监测数据,从径流和洪峰削减、产流和峰现时间延迟四方面定量分析植被在不同降雨条件下对绿色屋顶径流调控效益的影响.结果表明,绿色屋顶径流削减率与降雨量呈显著负相关(P 0. 01),降雨量10 mm时,绿色屋顶径流削减率等于或接近100%;降雨量超过30 mm,所有绿色屋顶的径流削减率降低到70%以下;当降雨量达到监测期内最大的81. 4 mm时,各绿色屋顶径流削减率都低于55%.植被覆盖类型对绿色屋顶径流调控效益的影响随降雨条件而改变,大雨条件下不同植被覆盖类型绿色屋顶的径流削减率差异最大,中雨和暴雨条件下次之,小雨条件下因各绿色屋顶几乎都不产流而无明显差异.在中雨、大雨和暴雨条件下,有植被覆盖绿色屋顶的径流削减率、洪峰削减率、产流和峰现时间延迟等4个指标都明显优于无植被覆盖的绿色屋顶.株高和单位面积地上生物量最高的太阳花绿色屋顶的径流调控效益优于佛甲草绿色屋顶.     

降雨对香溪河库湾主要藻种原位生长的影响

为明晰蓄水期降雨对三峡库区香溪河支流主要藻种原位生长的影响因素,本文在三峡水库降雨前后采用原位培养装置(培养笼)对铜绿微囊藻、小球藻和栅藻生物量变化特征进行原位培养实验.结果表明:①研究期间(2017年10月4～18日)降雨期与非降雨期水动力条件存在显著性差异(ANOVA,P 0. 05),降雨期间3种主要藻种Chl-a总量、比生长速率均显著小于非降雨期(ANOVA,P 0. 05),表明降雨对藻类生长起一定的抑制作用;相关分析结果指出,表征垂向掺混的4个水动力参数与3种藻种比生长速率呈显著/极显著负相关关系,表明水动力条件中剪切力τ、垂向紊流黏性系数Vr和垂向紊流扩散系数Vt的改变是导致藻类迅速衰亡的关键因素;②降雨前培养装置内混合层深度较低(1～2 m),降雨后(10月10～18日)混合层深度明显上升(大于5 m),同时降雨期叶绿素a(Chl-a)浓度显著低于非降雨期(ANOVA,P 0. 05).相关分析结果表明,光混比与3种藻种的比生长速率呈显著/极显著正相关,表明降雨导致水体垂向扰动增强,混合层不断扩大,打破了水体原有的水温分层从而抑制藻类的生长增殖;③降雨量、水温、光照强度、总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)在降雨期与非降雨期均存在显著差异(ANOVA,P 0. 05),相关分析表明,降雨带来降雨量、水温、光照强度、总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)改变是影响3种主要藻种比生长速率的关键环境参数.     

离子型稀土浸矿崩塌堆积体地表产流和残留氨氮迁移特征

离子型稀土是我国重要的战略资源,其开采过程中产生的残留氨氮污染是亟待解决的环境问题.为了揭示稀土浸矿崩塌堆积体地表产流和残留氨氮迁移特征,从而为离子型稀土矿区氨氮污染治理提供科学依据,在我国赣南稀土矿区典型浸矿崩塌堆积体建设3个自然坡面径流小区,在此基础上开展降雨径流监测,分析崩塌堆积体地表产流和氨氮迁移特征.结果表明：矿区崩塌堆积体径流系数变化范围为0.01～0.30,地表径流深和径流系数可用降雨特征因子的线性函数拟合,且复合降雨因子的拟合精度优于单因子,其中以降雨量×最大10 min雨强的拟合效果最优(最大R²=0.97);监测得到的地表径流平均氨氮浓度在1.58～5.99 mg/L之间,高于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类水环境标准;径流氨氮浓度与降雨量、降雨历时均呈负相关,与其他降雨因子均呈正相关,其中最大30 min雨强线性方程对氨氮浓度的拟合精度最优(最大R²=0.83).研究显示,研究区稀土浸矿崩塌堆积体地表径流存在氨氮污染风险,而崩壁是残留氨氮由浸矿山体向地表迁移的关键部位,基于最大30 min雨强指标构...     

基于RUSLE模型的土壤侵蚀影响因素定量评估:以陕北洛河流域为例

为了定量区分土壤侵蚀过程中退耕还林还草实施与降雨的作用,采用日降水、土壤类型、MODIS NDVI及DEM数据和修正通用土壤侵蚀方程(RUSLE),研究了陕北洛河流域退耕还林还草工程实施和降雨对土壤侵蚀的影响,结果表明:(1)2000-2014年陕北洛河流域植被覆盖呈改善趋势,其中25°区域植被NDVI平均值高于25°区域,但改善速率低于25°区域。当不考虑降雨因素变化时,25°和25°区域年平均土壤侵蚀模数均呈显著的减少趋势,表明25°区域的植被覆盖改善,确实能够起到减少土壤侵蚀的作用。(2)2000-2014年陕北洛河流域总体上年降水量、年侵蚀性降雨量、年降雨侵蚀力和年平均土壤侵蚀模数均呈增加过程,且具有较强的同步性,相关性也较强。2009年之后,情况发生变化,尽管仍保持同步关系,但相对较小的年降水量却产生了相对较大的年侵蚀性降雨量,反映出流域内降水日数减少,降水强度增大的情况,与已有研究一致。(3)降雨是流域土壤侵蚀的主导和控制因子,对土壤侵蚀的正向作用占74%,而植被覆盖仅为辅助因子,起次要作用,对土壤侵蚀的负向作用占26%。研究认为需要加强黄土高原气候变化背景下流域土壤侵蚀研究。     

雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.     

First flush of storm runoff pollution from an urban catchment in China

Storm runoff pollution process was investigated in an urban catchment with an area of 1.3 km^2 in Wuhan City of China. The results indicate that the pollutant concentration peaks preceded the flow peaks in all of 8 monitored storm events. The intervals between pollution peak and flow peak were shorter in the rain events with higher intensity in the initial period than those with lower intensity. The fractions of pollution load transported by the first 30% of runoff volume （FF30） were 52.2%-72.1% for total suspended solids （TSS）, 53.0%-65.3% for chemical oxygen demand （COD）, 40.4%-50.6% for total nitrogen （TN）, and 45.8%-63.2% for total phosphorus （TP）, respectively. Runoff pollution was positively related to non-raining days before the rainfall. Intercepting the first 30% of runoff volume can remove 62.4% of TSS load, 59.4% of COD load, 46.8% of TN load, and 54.1% of TP load, respectively, according to all the storm events. It is suggested that controlling the first flush is a critical measure in reduction of urban stormwater pollution.     

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

高速公路路面雨水径流下渗系统性能研究

为了分析径流下渗系统在径流削减和污染控制方面的性能,本文对一个高速公路路面雨水径流下渗系统性进行了监测.结果表明,降雨量、径流量、径流削减量和径流排放量之间存在明显的正相关性(r=0.82～0.97,p0.05).该系统表现出高效的径流削减能力,当降雨量小于20 mm时,可以削减70%以上的径流量.与径流削减相比,该系统在污染物负荷控制方面更为有效.当降雨量在0～10 mm之间时,污染负荷的削减率几乎为100%;而当降雨在10～20 mm之间时,污染负荷的削减率仍然可以超过60%.相对总氮(TN)和总磷(TP)而言,下渗系统对悬浮物(SS)和化学需氧量(COD_(Cr))的去除能力要更高、更稳定.研究表明,径流下渗系统作为雨水管理的工具,在径流削减和改善水质方面具有良好的性能.     

2次降雨间隔时间对城市地表径流污染负荷的影响

2003～2005年通过对武汉市十里铺集水区12次降雨径流的水量和水质过程监测,研究了城市降雨径流污染负荷同2次降雨间隔时间的关系,探讨了城市地表状况、排水系统管理以及降雨特征在城市降雨径流污染负荷形成中的作用.结果表明,城市降雨径流污染负荷受2次降雨间隔时间和降雨径流量的共同影响.2次降雨间隔时间与初期降雨径流污染负荷存在显著的正相关关系 (p<0.01).汉阳地区城市地表卫生管理差和雨、污合流制的排水系统是城市径流污染负荷形成的主要原因.可以利用2次降雨间隔时间和降雨径流量预测城市降雨径流污染负荷.加强城市地表卫生管理和排水系统的管理,降低污染物在晴天累积的程度,从源头上减少污染物的数量,是有效控制城市降雨径流污染的首先途径.     

西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

在西安市某文教区路面、屋面和绿地设置径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月~2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属和溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d₅₀,研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征.结果表明,各类下垫面降雨径流主要污染物均为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流中SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,PAHs与国内相关研究相比属于中等污染水平,路面、屋面和绿地径流的EMC分别为266.8~389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L.路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.3类下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小.降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为d₅₀与降雨强度呈现良好的相关性.因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染物浓度远大于降雨径流,而屋面融雪径流因流量较小导致携带污染物的能力较弱故水质优于降雨径流.     

武汉市城区降雨径流污染负荷对受纳水体的贡献

通过连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究,考察了降雨径流污染对受纳水体的贡献.结果表明,城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例,是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一.在城市集水区尺度上,3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%.采取截流措施,控制初期径流污染是合流制城区降雨径流污染控制的关键.     

奥林匹克森林公园典型人工林地非点源污染输出特征分析

选取北京奥林匹克森林公园的典型人工林地为研究对象,通过对天然降雨径流过程及泥沙、氮、磷等污染物浓度随径流变化过程的监测,研究公园典型密草林她覆盖下,不同坡形及人工沟渠汇流条件下的径流及污染物浓度、形态和负荷的输出特征.结果表明,相同降雨条件下,林地1的坡长/坡宽比小,径流深度大,林地1坡度较大的草皮型汇流沟渠对径流的削...     

用于控制太湖流域农村面源污染的透水坝技术试验研究

为了控制太湖流域农村面源污染,结合人工湿地原理和快速渗滤机理,开发了透水坝技术并进行了运行试验.该技术利用平原河网地区现有河道的容积来承受农村面源污染水量、水质的冲击负荷,通过控制透水坝的渗流量,拦蓄径流为后续的处理单元提供自流动力.4个月的运行结果表明,使用梯形渗流模型进行透水坝的渗流量计算比较准确,透水坝达到了拦蓄5天处理雨量为1400Om3的降雨径流的设计要求,同时透水坝的TN、TP去除率分别为15.59%和23.44%.