湘江流域水环境问题及其综合应对策略

基于历史长系列水文资料统计与水质评价方法,对湘江流域水环境质量时空尺度变化规律进行了分析,并一步明晰了造成水环境问题的主要成因,最后提出了相应的综合应对策略。结果表明,在时间上,湘江流域水质呈不断恶化态势;在空间上,湘江上游水质好于中下游,中游水质污染最为严重。区域气候与江湖关系变化、社会经济发展、水土资源开发等都对湘江流域水环境产生显著影响。为解决湘江水环境问题,在优化调整流域生态水文格局的基础上,进行生态环境友好型水利工程群的布置、建设和联合调度,并制定适合流域水环境特征的政策法规体系。     

湘江衡阳段重金属在水体、悬浮颗粒物及表层沉积物中的分布特征研究

采用ICP-MS研究湘江衡阳段上覆水、悬浮颗粒物、表层沉积物及孔隙水中重金属的含量及分布特征.结果表明,湘江衡阳段主要的重金属污染元素是Cd,上覆水中Cd的平均含量为0.26μg·L-1,高于美国水质基准的持续基准浓度CCC(USEPA2009),已经对部分水生生物表现出潜在的毒性效应;悬浮颗粒物和表层沉积物中Cd的富集含量较高,分别为42.03μg·g-1和29.62μg·g-1,达到加拿大淡水沉积物保护准则最初影响水平TEL的70倍和50倍,其中,从沉积物中取得的孔隙水中Cd平均含量为3.8μg·L-1,该值是CCC的15倍甚至高于最大基准浓度(CMC),已经对部分水生生物表现出实际的急性毒性效应.湘江衡阳段重金属的空间分布特征表现为中下游污染较上游严重,在衡阳水口山地区等污染企业密集区,重金属含量较高,表明人类活动输入已经成为湘江重金属的重要来源.研究结果还表明,悬浮颗粒物及沉积物相作为水体重金属污染物的主要赋存介质,对重金属污染的迁移、沉积、转化及生物富集作用具有决定性的意义,其重要性不容忽视.     

湘江流域水质特征及水污染经济损失估算

基于2008~2016年湘江流域内40个监测站点10项参数的月观测资料,运用水质指数法分析流域水质时空分异特征,并采用主成分分析和多元线性回归分析识别影响流域水环境演变的主要因素.在此基础上将水质、水量与水资源价值结合起来,利用改进的污染损失率法和模糊数学法,构建污染价值损失模型,定量估算流域水污染经济损失.结果表明,湘江流域水质总体以优为主,2008~2011年水质变差,2011年后水质逐渐改善,2015~2016年改善状况较为明显.在季节尺度上,枯水期水质最差,丰水期和平水期接近.流域主要污染物是Hg、Pb、TP、NH₄⁺-N和COD_Mn.经济发展是影响流域水质变化的主要驱动因素.污染价值损失结果表明,长沙和郴州损失量最大,湘潭、株洲和衡阳次之,娄底损失最小.在年际尺度上,2013年污染损失最高（297.04亿元）,2008年最低（66.53亿元）,总体上2008~2016年污染损失在波动中增加.     

长株潭都市区湘江生态经济带建设

都市区作为高密度的人类聚集地,人口与生态环境的矛盾日益突出。都市区生态经济建设显得尤为重要。长株潭都市区3座城市呈“品”字型分布,湘江一水串起3市,建设集旅游观光、生态绿化、科技园区、住宅区和重点小城镇于一体的带状生态经济综合体,即湘江生态经济带,对整个长株潭都市区生态经济建设发挥重要作用。     

湘江子流域重点污染企业影响区土壤重金属镉污染源识别

土壤重金属Cd（镉）是威胁人类健康最严重的重金属污染元素之一.土壤Cd污染来源复杂,明确土壤重金属分布特征,探索重点污染企业影响区土壤重金属源解析方法,对土壤Cd污染防治具有重要意义.2018年5-9月,以湘江流域头山、大河滩两个子流域为研究对象,采用系统布点法,借助2 km×2 km的网格在研究区内均匀布点共计2 638个,分析重点污染企业对土壤Cd污染的影响及w（Cd）的空间分布特征,并借助双变量局部莫兰指数方法（bivariate local Moran's I）、广义加性模型（GAM）量化土壤中w（Cd）与企业分布的空间相关性及不同行业源的贡献率.结果表明:①研究区土壤中w（Cd）为0.032~14.01 mg/kg,平均值（0.63 mg/kg）较高,高值区主要分布在研究区西部,低值区位于研究区东部.②研究区重点污染企业总体聚集程度不高（Moran's I=0.45）,而分行业企业呈显著的高聚集分布（0.88 ≤ Moran's I ≤ 0.97）特征,尤其是冶炼与压延加工业的集聚性最为明显.③土壤中w（Cd）与不同行业的空间相关聚类分析发现,存在较大区域的H-H[土壤w（Cd）高值与企业高密度]聚类分布,说明土壤中w（Cd）受企业分布的影响较大,在企业集聚区存在较多的土壤w（Cd）高值区.④在企业影响区内,土壤w（Cd）分布受行业影响排序依次为采选业>化学品制造业>冶炼和压延加工业>其他行业,其方差解释率分别为51.2%、48.0%、46.2%、19.3%.研究显示,研究区土壤中w（Cd）分布受企业的影响明显,在污染源识别中采选业对土壤Cd污染影响最突出,研究结果可为湘江流域土壤重金属污染防治和企业污染源的管理提供依据.      

湘江沉积物重金属生态风险及释放通量研究

以湘江石峰大桥至马家河大桥区段的湘江沉积物作为研究对象,通过采集该区段表层沉积物样品,利用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）和原子吸收分光光度计测定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn、As和Hg的含量和赋存形态.结果表明,Cd和As的平均含量均超过土壤环境质量标准（GB15618-1995）三级标准限值,Mn平均含量超过我国土壤元素背景值（583mg/kg）.采用Hakanson潜在生态危害指数法评价沉积物中重金属生态风险,表明5个采样点中有4个采样点潜在生态危害综合指数均超过600,属于很强生态危害程度.最后通过连续实验研究了不同流速、不同pH值对沉积物中Cu、Zn、Cd以及Mn释放规律的影响,结果表明,增大水流速度、降低上覆水体pH值均可促进沉积物中重金属的释放,实验还发现4种重金属的释放通量都比较小,其中释放通量最大的Mn为7.50 μg/（g·d）,沉积物中重金属向水环境的释放是一个缓慢、长期的过程.     

湘江株洲段沉积物中铅的形态分析及污染评价研究

采用Tessier五步浸提法,对湘江株洲段的枫溪、白石、霞湾、马家河四个断面沉积物样品进行分析,分别提取可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态五种形态,并采用电感耦合等离子体发射光谱法测定铅的各种形态含量.这四个断面的表层沉积物中铅形态含量最低的均为碳酸盐结合态,次低的为可交换态,铁锰氧化物结合态和残渣态是含量相对较高的形态.选择风险评价准则、地累积指数法和潜在生态危害指数三种方法对铅的污染状况进行了评价.     

GM(1,1)模型在湘江株洲段氨氮预测中的应用

用MATLAB语言建立GM(1,1)模型,以湘江株洲段2003年-2008年氨氮监测值为基础,预测了湘江株洲段2003年-2015年氨氮年平均浓度。所建模型,经精度检验符合预测规律,具有一定的有效性、可行性和适应性。结果表明,建立的GM(1,1)模型精度较高,预测结果与实际监测浓度接近。氨氮年平均浓度呈下降的趋势。     

基于MATLAB的湘江流域工业固体废物灰色预测

对灰色预测原理及其建模步骤作了系统介绍。借助MATLAB软件建立等维灰数递补残差修正动态模型预测湘江流域未来10年工业固体废物年产量,以期为湘江流域今后工业固体废物的管理、污染防治工作提供科学依据。结果表明:(1)用此模型进行预测,相对误差均在5%以下,预测精度较高,取得了较理想的预测效果;(2)湘江流域未来10年工业固体废物年产量预测值呈指数趋势增长,年增长率为8%～12%,到2016年湘江流域工业固体废物年产量预计将达到7645.01万t。     

湘江流域土壤中有机氯农药的残留规律

2004年5月采集了湘江流域51个样品,用AES萃取技术,使用GC-MS方法测定了样品中的六氯苯(HCB)、滴滴涕(DDTs)、氯丹、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯和灭蚁灵等有机氯农药(OCPs). 结果表明:HCB和DDTs的检出率为100%,氯丹和灭蚁灵的检出率较低,艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂和七氯未检出,说明HCB和DDTs曾在湘江流域广泛施用. w(OCPs)平均值为145.49 μg/kg,其中w(DDTs)占w(OCPs)的90.9%,且有些土壤样品中w(DDT)/w(DDE+DDD)较大,说明DDTs曾作为湘江流域的主要杀虫剂施用过,并且近期仍然有输入. 农药残留量与农药的施用量成正比,农药施用量高的衡阳地区,其土壤中的农药残留量最高. 不同使用功能的土壤中有机氯农药的残留量不同,表现为旱地中的残留量高于水稻地,蔬菜地中以辣椒地的残留量最高.