浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

感潮河段盐度和缺氧水体时空分布规律研究

感潮河段水体的物质输运规律及其时空分布不仅受径流、潮汐动力的双重影响,还受水闸调度等人类活动的影响.针对水闸调度影响下感潮河段复杂的水动力学及其伴随的物质输运过程,提出一种新的算盘式网格结构,建立了水动力学和物质输送的三维数学模型,考察了在径流、潮汐及水闸调度综合作用下,感潮河段水流密度分层的特点,并对水体中溶解氧和盐度的时空分布规律及其影响因素进行研究.结果发现,数值模拟计算结果与观测值吻合良好,表明所建立的三维数值模型可以很好地预测感潮河段的水流运动和物质输运规律.研究表明,感潮河段的缺氧水体首先出现在盐水楔的前端,在盐-淡水分层强度、盐水停留时间及水闸调度的综合作用下,出现溶解氧浓度持续降低的趋势,并导致缺氧水体范围从河口上游向下游扩展,随水闸的放流缺氧水体被冲刷的现象.     

大辽河感潮河段及近岸河口氮、磷的分布及潜在性富营养化

根据2013年8月和11月大辽河感潮河段及近岸河口区水质的实测数据,对水体中不同形态氮、磷含量的季节和空间分布特征进行了研究,并对水体潜在性富营养化程度进行了评价.结果表明,2013年丰水期和枯水期,从大辽河感潮河段至近岸河口区,硝酸盐是水体无机氮存在的主要形态,其约占总无机氮的55%;颗粒态磷(TPP-P)是水体磷营养盐的主要存在形式,其含量占水体磷营养盐的50%以上.空间上,从大辽河感潮河段至近岸河口区,水体的氮、磷形态的浓度表现为逐渐降低的趋势,相关性分析结果显示,水体大多数氮、磷形态与盐度呈显著的负相关关系,说明海水物理稀释相比其它环境因子对水体氮、磷形态空间分布起着主要作用;季节上,大辽河感潮河段及近岸河口区水体氮、磷含量表现为"枯水期丰水期",这主要与感潮河段季节性陆源输入情况不同有关.大辽河感潮河段及近岸河口区水体DIN-N浓度均大于0.30 mg·L~(-1),N/P大于60,均表现为磷限制潜在富营养化水平.     

潮河流域降雨径流事件污染物输出特征

在半干旱半湿润地区,非点源养分污染的发生主要由降水径流事件驱动,伴随这些短暂脉冲事件流失的养分量决定着一年总的污染排放负荷,因此研究汛期降雨径流事件下水体污染动态特征是半干旱半湿润地区污染负荷模拟及控制的关键.以北京市密云水库上游的潮河流域为研究区域,2018年和2019年汛期进行古北口站和下会站的降雨径流过程水质水量同步监测.结果表明：①监测的3场降雨事件（E1、E2和E3）中,E1的降雨量和强度最大,相应的流量和污染物浓度最高;②不同降雨事件下,污染物浓度及其变化不同.大暴雨事件和暴雨事件（E1、E3）下,总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺-N）、硝氮（NO₃^--N）、总磷（TP）和悬浮物（TSS）的浓度与流量变化过程相似;大雨事件下（E2）,总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）和悬浮物（TSS）的浓度与流量变化过程相似,硝氮（NO₃^--N）浓度变化与流量相反;③不同降雨事件下,不同形态污染物浓度及其变化不同.降雨侵蚀强烈（E1、E2）,颗粒态污染物浓度变化明显,与悬浮物（TSS）呈显著正相关关系;降雨未引起土壤侵蚀（E3）,氮磷形态以溶解态氮（TDN）和溶解态磷（TDP）为主,浓度变化主要与流量有关;④不同降雨事件下,不同站点的流量和污染物浓度不同.强降雨侵蚀事件在古北口表现更明显,引起流量和总磷（TP）、悬浮物（TSS）的变化幅度更大.以上结果可以用来确定降雨事件引发的非点源污染物输出特征,为该地区的汛期水质预测与控制提供参考.     

感潮河网水环境容量数值计算

对感潮河网水环境容量和污染物允许排放量的概念进行了分析，考虑了感潮河网水环境容量的时空动态变化及其影响因素，提出了基于感潮河网水质模型的水环境容量数值计算方法。该方法不公反映了感潮河网地区水流运动复杂、流态不稳定、流向多变的特点，而且反映了感８潮河网水环境容量受边界水质变化、河段水质目标不一致、水利工程运行等多种因素影响下的时空变化规律，该方法经过实例计算验证，效果良好。     

江河入海径流通量监测技术研究

江河入海径流通量是影响流域排海污染物通量的关键参数,也是实施污染物入海通量监测的技术难点。本文对江河入海径流通量监测的两项关键技术,即监测断面设置方法和流态监测技术方法进行重点研究。通过比对河口的河流段、过渡段和潮流段地理位置以及水动力特征,分析在不同河段设置入海径流通量监测断面的可行性。同时,研究分析入海河流过渡段流态监测的4种方法即代表点、代表层、代表垂线和组合式测流法的技术特点及适用条件。最后以闸坝影响、过渡段、地形复杂和水深较浅的辽河在线监测试验基地为案例,利用其2016年丰水期在线连续监测数据,对入海径流通量监测方法进行了验证。结果表明该方法可以较为准确地反映江河入海径流通量的状况,研究成果可为我国江河污染物入海通量监测提供技术支撑。     

基于GA的感潮河流水污染控制多目标优化

文章针对感潮河流水质时空变化的特点,建立了污水处理费用函数、动态水质模型与NSGA-Ⅱ算法相耦合的流域水污染控制多目标优化方法。采用该方法对深圳河流域5个污水处理厂的污染物去除效率进行优化,得到流域污水处理费用与河流上、中、下游控制断面水质潮周期超标率的多目标解集排列图。结果表明:(1)所有控制断面水质超标率都小于50%、25%和0%时,最小处理费用分别为1.92、1.94和1.98亿元/a;(2)上、中、下游控制断面各自的水质超标率为0%时,最小处理费用分别为1.98、1.91和1.90亿元/a。决策者可根据水质管理要求和经济条件在多目标解集排列图中进行方案比选。该方法的应用可为感潮河流水污染控制提供科学依据。     

西南水闸的改建方案对下游水体水质影响研究

西南涌属于北江下游大堤左岸的分洪河道。西南水闸重建后,通过调节西南水闸闸孔的开度,引入北江水进行河涌整治,将导致西南涌上游污染物向下游迁移,但涨潮时须关闸门,不让污染较严重的西南涌水进入北江。由于下游珠江口河水的上溯,上下游河水交汇处河水流速最小,污染物的交换能力最弱,导致污染物的最大浓度沉积。本研究将应用珠江口一维感潮河网模型,从水环境效果的角度出发,模拟分析在水环境容量较小的平、枯水期,不同的引水方案对水质的影响程度,提出最佳引水方案和河涌整治措施建议。     

基于数学模型的感潮河网水环境改善方案研究——以上海市金山区浦南东片为例

平原感潮河网地区水环境改善方案制定是一个多目标、多变量的优化问题,以上海市金山区浦南东片为例,通过建立水动力数学模型,研究不同工程方案和调度方案组合下,区域中小河道水动力条件和水环境质量的改善效果。研究表明,通过增加南排杭州湾口门等工程方案,可扩大研究区域的引排水量,对南部、东部片区河道水动力条件改善效果明显;通过灵活运用水资源调度方案,可进一步实现不同片区中小河道水动力的显著提升。