流域水生态系统完整性模拟方法展望

水生态系统完整性变化模拟是流域水生态退化诊断、风险预警和修复重建的基础。受到多种环境压力的叠加影响,水生态系统完整性状态具有累积性、复合性和滞后性的响应特征,难以采用常规静态实验和水质模型进行表征和预测。梳理了国内外该领域最新进展,按照水生生物、生态系统动力学、栖息地适宜性、统计经验、流域水系统耦合等5类模型,阐明了不同类型模型的基本原理、适用性和应用案例。结果表明:我国环境管理亟需水生态系统完整性模拟工具支撑,应围绕该领域开展重大科学基础研究,突破河湖水生生物模拟预测和多尺度耦合关键技术,加快构建具有自主知识产权的水生态系统完整性模型库和参数库,推动建设我国流域水生态系统模拟器大科学装置,支撑构建长江、黄河等重点河流水生态系统综合管理体系。     

基于保护目标制定的湖泊流域入湖河流河段划分方法——以滇池流域为例

通过科学合理地划分河段实现栖息地分类管理是恢复流域生物完整性的重要内容之一.湖泊流域入湖河流空间尺度小、坡降大、生态学过程差异性显著的特点导致其河段类型复杂多样,与河流流域河段类型的大尺度特征具有明显区别,因此,河流流域河段划分指标及其方法不适用于湖泊流域,亟需发展以栖息地分类管理为目的的湖泊流域河段划分方法.本文通过回顾河流分类的概念、划分依据及划分方法的发展历程,明确了湖泊流域河段划分理论基础,提出了基于保护目标制定的湖泊流域河段划分方法,为恢复湖泊流域生物完整性提供了更为精细的管理单元.同时,以滇池流域为例,通过筛选与大型底栖动物敏感种群和濒危种群显著相关的环境因子,建立了由地貌类型、土地利用方式、河水来源、河道人工化情况及水体营养程度构成的指标划分体系;在实现各划分指标空间化的基础上,利用空间叠加聚类技术手段,将滇池流域入湖河流划分为9个河段类型,为滇池流域水生态系统健康恢复提供了科学依据.     

基于化学与生物复合指标的流域水生态系统健康评价——以滇池为例

水生态系统在人类社会的发展过程中发挥着至关重要的作用,由于人类活动的干扰,水生态系统的健康状况受到严重威胁.因此,本研究在对滇池流域水生态系统状况深入调查研究的基础上,根据水质状态和生态特性,利用层次分析法构建以化学完整性和生物完整性为标准的滇池流域水生态系统健康评估指标体系,计算各样点健康评价指标,综合评价滇池流域水生态系统健康状态.结果表明:滇池全流域水生态系统整体健康状态处于中下水平,流域上游区域健康等级多为良好,流域中游区域健康等级多为一般,流域下游区域健康等级多为一般和极差;滇池湖体健康等级则多为一般和差,尤以滇池北部(草海)健康状况较差;滇池流域河流和水库的健康状态整体比滇池湖泊的健康状态好,河流和水库的健康状态差异性不显著;生物状况是滇池流域水生态系统健康状态较差的主要限制性因素.     

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.     

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.     

我国水生态系统完整性研究的重大意义、现状、挑战与主要任务

水生态系统完整性研究是当今国际热点,维护水生态系统健康与稳定已成为世界各国水生态系统保护的目标、方向和管理策略. “十三五”以来,我国地表水环境质量改善效果显著,但部分流域或局部水生态退化问题成为突出短板,强调水生态系统整体保护、促进水生态环境质量全面改善、提高生态系统自我修复能力将是未来我国水生态环境保护的重点任务. 本文详细剖析了典型流域水生态系统保护现状和需求,阐述了我国开展水生态系统完整性研究的重大意义,系统总结了完整性研究国际进展和应用实践,深入分析了当前我国完整性研究面临的主要挑战,提出了未来发展思路与重点任务. 加快研发完整性监测与评价新技术,建立物理、化学和水生生物多要素统筹的完整性评价指标体系,创新发展多尺度完整性评价理论,持续开展典型流域完整性状况评估,摸清水生态家底及演变趋势;突破完整性退化诊断与修复调控新技术,厘清退化机制及驱动因子,阐明气候变化与人类活动复杂压力下退化水生态系统修复路径和调控策略,提升水生态系统保护修复的科学性,加快推动我国水生态环境管理制度迈上新台阶,为恢复和维持重点流域水生态系统原真性和完整性提供科技支撑.      

北京市河流生态系统健康评价

伴随经济的快速发展,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.以北京市河流水系为例,于2020年秋季至2021年夏季在区域内101个样点进行了4个季度的野外调查,选取涵盖水文、水质、水生生物和栖息环境质量的34个评价指标,采用主成分分析和相关分析进行筛选,利用熵权法确定各评价指标权重,构建北京市河流生态系统健康评价指标体系,并对其健康状况进行评价.结果表明,北京市河流生态系统健康评价指标体系包括：水温、流速、BOD₅、NH₄⁺-N、Cu、浮游植物密度、浮游动物密度、底栖动物Shannon指数和BMWP指数、鱼类Shannon指数和栖息地质量指数11项指标.北京市河流101个点位中,健康状态占比4.95%,亚健康占比23.76%,一般及以下占比71.29%.河流健康状况具有较强的空间异质性,北部和西部地区河流健康状况良好,而中部及东南地区健康状况相对较差.单项指标评价结果显示,北京市河流水质状况整体尚可,为"亚健康-一般"状态,生物和栖息地状况评价均为"一般-差"状态,但水文状况堪忧,为差状态.北京市各水系评价结果显示,潮白河水系健康状况最好,永定河、大清河和蓟运河水系健康状态一般,北运河水系健康状况最差.维持河流生态基流,保障河流水系连通性,改善和恢复河流栖息地环境是今后北京市河流进行生态修复与保护需要重点关注的方面.     

河北省水污染形势分析及防治对策

河北省境内水系发达,河流、水库众多,共有七大水系,从北到南依次为:滦河及冀东沿海水系、北三河水系、永定河水系、大清河水系、子牙河水系、漳卫南运河水系、黑龙港及运东水系.通过对这七大水系48条主要河流、16个水库(淀、湖)近10年来的水环境监测数据分析,可以总结出河北省地表水环境质量的总体状况.     

2007年河北省环境状况公报（节选）

全省水环境质量与上年相比基本持平。七大水系污染由轻到重排序为永定河水系、大清河水系、滦河水系及冀东沿海水系、北三河水系、漳卫南运河水系、黑龙港水系、子牙河水系。     

北方地区中小河流水生态特征与主要评价因子的研究

分析了北方中小河流的水生态现状和特点,针对北方中小河流水生态特征确定其质量评价的要素和重点水质考核指标、水生态特征指标等重点评价因子,结合沈阳市城乡典型天然河流受社会经济发展影响的实际情况,提出了中小河流水生态质量综合评估的方法,为北方水系的污染控制和生态修复提供了参考依据。     

河流生态系统与河流类型自然保护区建设

人类已极大地改变了河流自然生态系统，使水文循环和自然环境劣变，防洪形势更加严峻，并破坏了一些物种的生存模式和大量栖息地，对生物多样性保护产生不利影响。现实要求我国应高度关注河流生态系统的特殊保护问题，而建设河流类型自然保护区则是实现这一战构想的有效途径之一。     

辽河流域浑河、太子河生态需水量研究

针对浑河和太子河的鱼类栖息地环境需求,构建了由流速、水深、水面宽率、湿周率和过水面积率5个河道参数组成的栖息地适宜性指标体系.分别选择浑河的沈阳、邢家窝棚和太子河的辽阳、本溪和唐马寨5个河段,通过分析河道形态特征以及水位与流量的相关关系,建立了河道流量与每个栖息地指标间的经验关系公式,并确定指示鱼类在不同生活期的最小栖息地适宜标准,计算出为满足不同栖息地标准所需要维持的河道最小生态需水量,并采用最大值原则确定出各河段为满足鱼类生存的河道最小生态需水量.结果表明,浑河的最小生态流量4月～11月介于9.59～12.78 m3·s-1,分别占年平均天然径流量的17.13%～23.72%,12月～3月为5.70 m3·s-1,占天然径流量的10.59%;太子河的4月～11月介于9.83～19.83 m3·s-1,占天然径流量的23.33%～37.01%,12～3月为3.84～6.47 m3·s-1,占天然径流量的8.83%～9.82%.     

辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法

多指标综合评价是当前河流生态系统健康评价的发展趋势. 根据辽河流域2005年水生态监测数据,构建了涵盖水体物理化学、水生生物和河流物理栖息地质量要素的健康候选指标体系. 采用主成分分析与相关性分析方法对评价指标进行了筛选,以此构建了由五日生化需氧量、溶解氧、电导率、总氮、总磷、高锰酸盐指数、粪大肠菌群数、着生藻类Shannon-Weaver多样性指数、底栖动物完整性指数、河流物理栖息地质量综合指数等10个指标构成的河流健康综合评价指标体系. 以改进的灰色关联方法作为评价方法,评判多指标下的河流健康等级状况. 结果表明,辽河流域的25个采样点中有3个达到“健康”等级,14个达到“亚健康”等级,其余则为“较差”和“极差”等级,其中健康与亚健康等级采样点均位于辽河源头以及支流上游区,受人类活动干扰较小,而较差和极差等级主要位于辽河中下游河段;城市和工业排污是影响河流健康的主要原因.      

国民政府对1931年江淮水灾救治述论

1931年,江淮流域发生特大水灾。南京国民政府积极应对,在制度上建立起协调和组织全国性救灾机构——国民政府救济会,颁布了多项救灾规章制度,制定和丰富赈款募集办法和途径;在实践上以急赈为先,继之开展卫生防疫、以工代赈和农赈等救灾措施。国民政府在救灾中起着主导作用,凸显了政府强力介入公共领域力量,也显示了政府企图通过民族灾难来进行国家整合的努力。     

河流线型对河流自净能力的影响

为研究河流线型对河流自净能力的影响,选取5条具有不同河流线型的河涌进行研究,以弯曲度和分形维数表征河流线型,以TP、NH 3-N、NO 2-N、NO 3-N、COD Cr、TOC、DOC、叶绿素(Chlorophyll)和蓝绿藻藻蓝蛋白(BGA-PC)等9项水质指标沿程削减率表征河流自净能力,并分析各研究河段的悬浮微生物生物量和生物活性,探讨河流线型影响河流自净能力的作用机制。结果表明:多项水质指标沿程削减率随河流线型蜿蜒程度的增加而提升。在直立式浆砌石挡墙河段,河流线型通过提高悬浮微生物生物活性,进而增强河流自净能力,使TP、NH 3-N、NO 3-N、DOC、Chlorophyll和BGA-PC的沿程削减率显著提升;而在格宾石笼挡墙河段,河流线型通过增加悬浮生物生物量和提高生物活性,进而增强河流自净能力,使NO 2-N、COD Cr、TOC和DOC的沿程削减率显著提高。     

基于空间数据的太子河河流生境分类

在文献调研的基础上,结合河流特征和专家经验确定分类使用的指标,利用DEM、河流水系等空间数据,在ArcGIS软件下提取子流域,并计算子流域内河流系统的坡降、蜿蜒度、河网密度和河流等级4个分类指标值,应用聚类分析方法对太子河河流生境进行分类,将太子河河流生境分为源头陡峭河流生境、源头弯曲河流生境、源头河流生境、支流中下游河流生境、平原支流密集河网生境、支流弯曲河流生境、干流下游生境和干流蜿蜒河流生境等8种类型,各类型河流长度在223.8~773.1km之间,其中支流弯曲河流生境最长,而干流下游生境最短. 根据各生境类型的特征,提出了我国东北地区河流生境分类的指标参考值;根据不同生境类型的河道侵蚀、水量以及多样性潜力等特征,提出了不同河流生境类型的环境管理对策.      

郁江、黔江和浔江广西桂平段水质变化趋势分析

根据2003-2012年水质监测资料,采用秩相关系数法对郁江、黔江和浔江广西桂平段水质变化趋势进行分析。结果表明,黔江和浔江水质呈明显好转趋势;郁江水质呈好转趋势,但不明显。提出了继续加强水污染防治工作的建议。     

威远江、小黑江流域面源污染调查

对澜沧江水系威远江、小黑江流域面源污染情况开展调查,包括:化肥使用情况,农药和农膜使用情况,畜禽养殖情况,乡镇生活污水及生活垃圾情况。针对调查结果提出了流域面源污染的防治对策。     

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.     

运城涑水河水环境污染综合整治对策与措施

涑水河是黄河中下游地区重要的支流之一,其流域为山西运城市经济社会发展最重要的区域。从运城涑水河的现状出发,利用运城环境保护监测站测量的数据资料,分析了涑水河污染的原因及影响,提出了加强和改进涑水河环境综合整治措施和对策。