太湖西苕溪流域地表水、地下水硝酸盐污染特征及来源

为探寻西苕溪流域地下水中NO₃--N的污染来源,对西苕溪流域地表水、地下水体的NO₃--N污染状况进行了调查,并结合水化学与NO₃--N同位素对其来源进行解析. 结果显示,西苕溪流域地表水的ρ(NO₃--N)为1.07～3.45 mg/L,ρ(NO₂--N)为0.15～0.35 mg/L;地下水中ρ(NO₃--N)为3.24～15.31 mg/L,平均值达9.26 mg/L. 下游地区地下水的ρ(NO₂--N)较高(0.26～4.25 mg/L),平均值达3.00 mg/L. ρ(NO₃-)与ρ(Cl-)的关系显示,西苕溪地表水、地下水存在比较稳定的NO₃--N输入来源. NO₃--N同位素分析结果显示,地表水的δ15N为7.0‰～16.7‰,说明上游NO₃--N主要来源于土壤有机氮的矿化,中下游则主要受到农业施用化肥与人类生活污水二者的共同影响;地下水的δ15N为14.3‰～27.1‰,说明调查区域内的地下水受人畜粪便和生活污水的影响可能更为强烈,另外,地下水中存在的反硝化作用也是造成地下水δ15N增高的原因.      

辽河流域河流栖息地评价指标与评价方法研究

建立了由底质、栖息地复杂性、速度-深度结合特性、堤岸稳定性、河道变化、河水水量状况、植被多样性、水质状况、人类活动强度和河岸土地利用类型所构成的河流栖息地评价指标体系,确定了各指标的等级划分以及栖息地综合指数的计算方法.结合2005年辽河流域河流生态调查结果,对流域内所调查的28个河段的栖息地质量状况进行了具体评价,并进一步分析了河道栖息地综合指数与河流理化因子、底栖生物以及小流域土地利用状况的相关关系.结果表明:①辽河流域28个河段的栖息地质量状况差异显著,其中10个河段达到了较好等级以上,6个仅为中等水平,12个河段为较差等级以下;②栖息地质量与理化因子、底栖生物指标具有显著相关性,表明栖息地质量是影响水质与生物状况的重要因素;③小流域的人类未利用土地比例与栖息地质量显著相关,表明小流域土地利用程度对栖息地环境质量影响较大,是恢复与保护河流栖息地质量的重要条件.     

流域水质目标管理技术研究(Ⅰ)——控制单元的总量控制技术

对国内外水污染防治技术体系进行了归纳总结,系统地介绍了美国水质管理技术——TMDL计划的技术框架和特点,指出TMDL对我国水质目标管理的借鉴意义. 在“以人为本,保护水生态”以及“分类、分区、分级、分期”理念的指导下,构建了以保持水生态系统健康为目标的流域水质目标管理技术体系,阐述了该体系的内涵和特点,研究了面向控制单元的总量控制技术方法,对水环境生态分区、水质标准体系的建立、水污染控制单元的选取、实际和允许负荷量的计算、污染负荷分配等关键技术进行了探讨,最后就如何实现流域水质目标管理体系提出了建议.       

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

渭河上游天然径流变化及其自然与人为因素影响贡献量

从20世纪60年代开始,渭河上游入陕西境内的水量不断减少,90年代天然径流量仅为60年代的60%。分析天然径流与降水的相关关系,对降水与非降水因素对径流减少的贡献进行了定量分析。结果表明,降水与非降水因素共同作用使得渭河上游径流量不断减少,且从20世纪70年代开始,非降水因素的贡献率逐渐增强,成为影响渭河上游天然径流量减少的主要因素。分析天然径流量与气温的相关关系,两者的相关系数在0.47以上,采用假设法,将气温从非降水因素中提取出来,进一步分析自然因素与人为因素的影响,结果表明,80年代以前,以自然因素影响为主,80年代以后,以人为因素影响为主,且人为因素的影响程度在逐渐增强,其原因在于人类活动改变下垫面导致径流减少。     

太子河河岸带土地利用类型与硅藻群落结构的关系

为了评价河岸带土地利用对河流硅藻群落的影响,于2012年5月对太子河河岸带4种主要土地利用类型(森林用地、森林耕作用地、耕地、城镇建设用地)下38个采样点的硅藻群落和水环境特征进行采样分析. 结果表明:森林用地的指示种为膨大桥弯藻(Cymbella turgida)、优美桥弯藻(C. delicatula)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、Gomphonema trancatum等寡污指示种;耕地的指示种为颗粒直链藻(M. granulate)、库津小环藻(Cyclotella kuetzingiana)、线形菱形藻(N. linearis)、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等污染指示种. 聚类分析结果显示,相同土地利用类型区域内,硅藻群落结构特征较为相似. 典范对应分析显示,ρ(COD_Mn)、ρ(SS)(SS为悬浮物)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)是影响硅藻群落结构特征的主要水环境因子. 不同土地利用类型区域内硅藻群落结构特征差异显著,其中,森林用地内硅藻生物指数(17.98)和硅藻属数量(17.33个)最高,Shannon-Wiener多样性指数(2.22)和Pielou均匀度指数(0.54)最低;耕地内Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数平均值最高,分别为3.37和0.82;城镇建设用地内物种丰富度(11.00)、硅藻生物指数(9.20)和硅藻平均密度(0.71×104 L-1)最低. 研究显示,不同土地利用类型通过对水环境因子的影响进而影响硅藻群落的变化,其中城镇建设用地面积所占比例较高的河流水环境质量和硅藻群落状况最差;太子河河岸带土地利用类型对河流硅藻群落结构影响显著,并表现出明显的空间异质性.      

基于鱼类完整性指数的滦河流域生态系统健康评价

生物完整性指数作为评价河流健康的重要工具,对流域管理有明确的指导作用.为全面掌握滦河流域生态系统健康状况,构建F-IBI（鱼类完整性指数）,开展滦河流域生态系统健康评价.于2016年10-11月对滦河流域58个采样点收集了鱼类与环境数据,根据栖息地质量评分与水质等级来确定参考点（12个）和受损点（7个）.利用分布范围检验、敏感性分析及冗余检验对20个候选指标进行筛选,以获得构建F-IBI的核心指标.采用1、3、5赋分法对核心指标进行赋分,并计算F-IBI最终得分.利用分位数法将F-IBI划分为"健康" "亚健康" "一般" "差" "极差"5个等级.利用非参数检验对F-IBI的适用性进行校验.结果表明:①鱼类物种数、个体数、Shannon-Wiener多样性指数、底栖食性鱼类个体百分比、耐受性鱼类个体百分比、产黏性卵鱼类个体百分比、产沉性卵鱼类个体百分比、上层鱼类个体百分比和广布种鱼类个体百分比等9个指标被筛选出,其适合作为构建F-IBI的核心指标.②F-IBI计算结果表明滦河流域58个采样点中,"健康"和"亚健康"等级采样点有22个,"一般"等级采样点22个,"差"和"极差"等级采样点14个.滦河干支流上游地区健康状况较好,干流中下游及部分独流入海河流健康状况较差,这主要受到不同地区社会经济发展的影响.③Mann-Whitney U检验发现,F-IBI在参考点与非参考点之间有显著差异,栖息地综合得分随F-IBI评价等级降低而下降,在"健康"与除"亚健康"外的其他等级以及"极差"与除"差"外的其他等级之间有显著差异.研究显示,构建的F-IBI适用于滦河流域生态系统健康评价.      

甾醇对南山老龙洞地下河粪便污染的指示

分别于2014年10月,2015年1、3、5月采集重庆南山老龙洞地下河出口的水样,过滤取水悬浮物质,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)定量分析悬浮物中甾类物质的成分与质量浓度;利用多指标综合分析对南山老龙洞地下河粪便污染进行判断并追溯粪便污染物的主要来源.结果表明,样品中共测出10种甾类物质,其中包括9种醇类和1种酮类.总甾类物质的质量浓度为1 573~5 007 ng·L-1,且3、5月均大于10、1月.虽然各月间地下河的组成存在差异,但以胆固醇、β-谷甾醇和粪醇为主要成分,三者的质量浓度之和占总甾类的50.8%~80.4%.另外,(差向异构粪醇+粪醇)/(粪醇+差向异构粪醇+二氢胆固醇)的值均大于0.7,指示各月均受到粪便污染;10月差向异构粪醇/粪醇的值小于0.2,指示污水主要来自上游污水处理厂;1、3、5月的粪醇/ΣSteroids、粪醇/24-乙基粪醇的值分别为0.109~0.254、6.3~10.3,指示地下河主要受到人类粪便的影响;3月的24-乙基粪醇/24-乙基胆甾烷醇为0.86,小于1月的5.4和5月的2.3,说明该月地下河受家禽类动物粪便的影响较1月和5月严重.     

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

太子河流域硅藻群落与驱动因子的定量关系

定量研究水生生物对水环境参数的适宜值是评估栖息地质量和维持生物完整性的主要途径. 以辽宁省太子河流域为研究范例,选择Y(优势度指数)大于0.000 1的硅藻为研究对象,结合水环境参数,采用CCA(典范对应分析)、CART(分类回归树)和WA(加权平均回归分析)等方法,分析硅藻与水环境因子的关系,并计算硅藻对驱动因子的最适值. CCA结果表明,IOS(底质指数)、ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)和ρ(COD_Mn)是硅藻群落的驱动因子;CART预测结果表明,IOS高的水环境硅藻密度高于IOS低的水环境,ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)低的水环境硅藻密度高于ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)高的水环境;WA结果显示,96种硅藻对IOS、ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)的最适值范围分别为1.00~6.44、60.29~820.30 mg/L和0.46~2.89 mg/L. 钝端菱形藻解剖刀变种和尖端菱形藻适宜栖息于IOS较低而ρ(COD_Mn)较高的水环境, Gomphonema trancatum和肿大桥弯藻则适宜栖息于IOS较高的水环境;缠结异极藻二叉变种和尖细异极藻适宜栖息于ρ(TDS)较高的水环境,弧形峨眉藻和克洛钝脆杆藻则适宜栖息于ρ(TDS)较低的水环境;弧形峨眉藻和隐头舟形藻威蓝变种适宜栖息于ρ(COD_Mn)较低的水环境. 针杆藻和桥弯藻对IOS的最适值高于舟形藻和菱形藻以及其他藻种,96种硅藻对ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)的最适值均表现为菱形藻和异极藻较高、针杆藻和桥弯藻较低.