Hydrological Connectivity Between Headwater Streams and Downstream Waters: How Science Can Inform Policy1

Abstract: In January 2001, the U.S. Supreme Court ruled that the U.S. Army Corps of Engineers exceeded its statutory authority by asserting Clean Water Act (CWA) jurisdiction over non‐navigable, isolated, intrastate waters based solely on their use by migratory birds. The Supreme Court’s majority opinion addressed broader issues of CWA jurisdiction by implying that the CWA intended some “connection” to navigability and that isolated waters need a “significant nexus” to navigable waters to be jurisdictional. Subsequent to this decision (SWANCC), there have been many lawsuits challenging CWA jurisdiction, many of which are focused on headwater, intermittent, and ephemeral streams. To inform the legal and policy debate surrounding this issue, we present information on the geographic distribution of headwater streams and intermittent and ephemeral streams throughout the U.S., summarize major findings from the scientific literature in considering hydrological connectivity between headwater streams and downstream waters, and relate the scientific information presented to policy issues surrounding the scope of waters protected under the CWA. Headwater streams comprise approximately 53% (2,900,000 km) of the total stream length in the U.S., excluding Alaska, and intermittent and ephemeral streams comprise approximately 59% (3,200,000 km) of the total stream length and approximately 50% (1,460,000 km) of the headwater stream length in the U.S., excluding Alaska. Hillslopes, headwater streams, and downstream waters are best described as individual elements of integrated hydrological systems. Hydrological connectivity allows for the exchange of mass, momentum, energy, and organisms longitudinally, laterally, vertically, and temporally between headwater streams and downstream waters. Via hydrological connectivity, headwater, intermittent and ephemeral streams cumulatively contribute to the functional integrity of downstream waters; hydrologically and ecologically, they are a part of the tributary system. As this debate continues, scientific input from multiple fields will be important for policymaking at the federal, state, and local levels and to inform water resource management regardless of the level at which those decisions are being made. Strengthening the interface between science, policy, and public participation is critical if we are going to achieve effective water resource management.     

Limits of ecodesign: the case for open source product development

Abstract

In pursuit of coping mechanisms for the challenges of sustainable manufacturing, systematic methods have been developed to allow engineers to improve the ratio between products’ utility and environmental impact. These necessary efforts remain however limited if the surrounding production and consumption practices are not called into question at the same time. This article introduces open source product development as a potential approach for unlocking the limits of existing sustainable product design practices and to lead towards alternative and eco-efficient production and consumption practices termed as participative production. First, it discusses the potential advantages of this emerging practice in terms of environmental sustainability. Second, it provides a screened qualitative environmental analysis of 18 exemplary open source hardware products. Specific sustainable design principles implemented by these products are highlighted and discussed in order to identify challenges for further common research in the field of open source and sustainable product development.     

鄱阳湖典型湿地沉水植物的分布格局及其水环境影响因子

沉水植物是湖泊湿地生态系统中关键组分,调查研究沉水植物分布格局及其水环境影响因子,对于沉水植被的恢复与重建具有重要的指导意义。2013年5月初期分别对鄱阳湖典型湿地区域中有沉水植物的25个样地进行群落结构调查,采用系统取样方法对沉水植物进行调查采样并监测水环境因子,在野外调查的基础上运用GIS软件制作鄱阳湖典型区域沉水植物的生物量分布图,并采用主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)方法分析其主要影响因子。结果表明:鄱阳湖湿地沉水植物以苦草(Vallisneria natans)为广布种,其中蚌湖及白沙湖以黑藻(Hydrilla verticillata)为优势种,白沙洲及乐安河龙口段以苦草为优势种,伴生种主要有金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、菹草(P.crispus)、小茨藻(Najas minor)、大茨藻(N.marina)、刺苦草(V.spinulosa)和水车前(Ottelia alismoides)等。采用双向指示种分析法将研究区沉水植物分为6个群落;5月初大部分沉水植物尚处于生长季初期,生物量相对较低,仅菹草的生物量较大;沉水植物与浮叶植物共存现象明显。主成分分析(PCA)结果显示,第一主成分中水深、总磷和溶解氧等因子的系数值较大,第二主成分中pH值、化学需氧量和水体透明度等因子的系数值较大,是影响沉水植物分布的关键因子;典范对应分析(CCA)结果显示,水深、总磷和总氮对苦草和黑藻的影响显著,水体透明度是马来眼子菜的主要影响因子。     

巢湖流域不同土地利用类型地表径流污染特征研究

巢湖是我国五大淡水湖之一,目前正面临着严重的环境污染与水体富营养化问题。通过对巢湖流域塘西地区大豆地,水稻田,菜地,山芋地,小麦地,集镇街道,山坡地,饲养场地,农村道路,湖滩芦苇地,荒地等１１种土地利用类型地表径流污染现状的详细调查与分析,建立了巢湖流域不同土地利用类型地表径流污染研究的一般程序与方法。     

天津工业区春夏季VOCs污染特征及精细化来源解析

2021年3—8月,采用热脱附气相色谱质谱法对天津工业区环境空气中109种挥发性有机物（VOCs）进行离线监测,研究了VOCs组成特征、臭氧生成潜势（OFP）及来源,并对工业源进行精细化分析。结果表明：观测期间VOCs浓度为（46.6±19.7）~（136.8±55.7）µg/m³,对VOCs浓度贡献较高的物种是烷烃、卤代烃、含氧挥发性有机物（OVOCs）,烷烃、芳香烃浓度呈中午低、早晚高的日变化趋势,OVOCs反之;OFP贡献占比较大的物种有烷烃、芳香烃、烯烃和OVOCs,烷烃的OFP贡献占比主要受其浓度占比影响,夏季芳香烃、烯烃的OFP贡献占比明显升高,臭氧（O₃）治理应加强二者的排放管控。来源解析显示,春夏季VOCs的主要来源为工业源、溶剂使用源、柴油车尾气排放源、油气挥发源和天然源。工业源精细化分析表明,芳香烃浓度与焦炭、纯碱产量,OVOCs浓度与天然气、乙烯、农用氮磷钾化肥产量,卤代烃浓度与天然气、汽车、农用氮磷钾化肥、纯碱产量,烯烃浓度与发电设备产量均呈正相关,初步判断,本地区环境空气中的芳香烃、OVOCs、卤代烃、烯烃可能来自于以上细分工业企业。

     

田埂在农业面源污染治理中的应用现状与展望

农业面源污染是当前影响我国水环境质量持续改善的主要因素之一。农业面源污染中约1/4的氮、磷污染物来自种植业污染,其主要通过径流、侧渗和下渗等方式向受纳水体迁移。田埂作为农田环境的重要组成部分之一,是种植田块内污染物进入受纳水体的第一道处理设施,能有效减少径流、降低侧渗和减轻水土流失,从而降低种植田块向水体排放的污染物量,被认为是一项经济、简单又具有广泛推广使用基础的农业面源污染治理技术。基于文献分析,从降低农业面源污染的角度系统梳理了国内外有关田埂对农田退水中污染物去除效果的研究成果,综述了田埂的研究现状,阐述了田埂去除污染物的主要方式,分析了田埂去除污染物的可能机理,最后探讨了田埂广泛推广应用还需要关注的问题。

     

多级A/O工艺强化城市生活污水再生过程的污染物去除效果研究

北京市某城市污水厂在传统的A ²/O工艺基础上特别增设多级A/O(MAO)工艺强化脱氮除磷效果。以该污水厂各工艺单元出水为研究对象,通过对水质常规理化指标、紫外吸收光谱及其相关参数分析,并结合多元数据统计学手段,分析该工艺对城市污水中污染物的去除效果,特别是溶解性有机物(DOM)的去除。经MAO工艺强化后COD_Cr、DOC、TN、TP和N$H^{+}_{4}$-N的去除率分别为95.14%、89.70%、94.53%、97.26%和99.74%,达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准;增设MAO工艺后,提高了对DOM的去除率,DOM分子量和团聚化程度显著提高,化合物的稳定性增强。对污水再生过程处理单元水质化学指标与紫外光谱参数的相关性分析表明,芳香环上取代基类型以脂肪链为主时对脱氮除磷促进作用更加明显。     

吉兰泰盐湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康风险评价

选取西北干旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,系统采集71个地下水样品,测定重金属Cr⁶⁺、As、Hg,以及主要化学成分的含量,以地质统计学插值绘图揭示盐湖盆地地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和US EPA健康风险评价模型解析地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的污染及健康风险状况,以统计相关检验进行Cr⁶⁺、As和Hg的源分析.结果表明：盐湖盆地地下水中普遍含有Cr⁶⁺、As、Hg,Cr⁶⁺在盐湖上游及东北部含量较高,As在西南台地含量较高,Hg在西北部巴音乌拉山出现高值区域,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响;Cr⁶⁺、As出现局部区域超标,超标率分别为8.45%和2.82%;Cr⁶⁺主要超标区域在盐湖西南侧呈条块状分布,并在盐湖附近Cr⁶⁺含量较高;As以点状超标,分布于西南部和东北部;盐湖盆地地下水87.3%处于安全清洁状态,仅5.6%轻度污染出现在西南部,不存在中度和重度污染;通过饮用水途径的化学致癌物的健康风险值远高于非化学致癌物的健康风险值,西南部图格力高勒沟谷区域化学致癌物Cr⁶⁺超过了US EPA最大可接受风险,但整个盐湖盆地Cr⁶⁺的平均健康风险值低于US EPA最大可接受风险;As和Hg均低于US EPA最大可接受风险;盐湖盆地总致癌风险特征与Cr⁶⁺基本一致,Cr⁶⁺平均健康风险占总致癌风险贡献率的89%;Cr⁶⁺超标原因包括盐湖盆地高锰酸盐指数偏高,促使Cr³⁺氧化成为Cr⁶⁺,As与Cr存在一定的同源关系.     

基于控制单元划分的大辽河流域污染物空间分布及来源解析

为明确大辽河流域污染物特征及污染物来源,建立“流域—控制单元—行政区”空间拓扑关系,对2019年大辽河流域国控断面水质情况、各控制单元内污染物入河量及空间分布特征进行分析。结果表明：1）大辽河流域28个水质监测断面中,逐月水质均能达到《水污染防治行动计划》中考核目标的占29%,超标污染物以COD、NH₃-N为主,超标断面中,COD、NH₃-N主要来源为城镇生活源、农村生活源和分散式畜禽养殖,TP主要来源于不同土地利用类型污染源和城镇生活源;2）2019年COD、NH₃-N、TN、TP污染物入河量分别为59 195.5、3 115.5、18 229.7、538.3 t/a,从污染源贡献上看,总体呈现为城镇生活源>农村生活源>分散式畜禽养殖污染源>不同土地利用类型（含林地、草地、耕地、城镇用地）污染源>工业源>规模化畜禽养殖污染源;3）污染物入河量空间分布均呈现中部>西南部>东北部,其中控制单元C3、C6、C8、C11、C13、C15、C17是重点管控单元,以上重点管控单元中,COD、NH₃-N、TN、TP污染物入河量贡献率分别为68%、73%、77%、72%;4）污染物入河量估算结果与通量模拟值之间误差均小于20%,可用于研究区范围内污染负荷估算。

     

上海市松江镇饮用水水源区的保护与环境管理方案

保护集镇饮用水河流是当前水污染防治工作的重点。本文通过现状分析，针对城乡结合部河流以面源为主的特点，找出影响饮用水河流水质的主要污染源及污水排放特征．用系统分析方法，将集镇的经济、人口、环境统计资料作为环境管理模型的主要输入信息，经计算机仿真，得出保护水源水质应采取的对策与治理方案。