奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.      

城镇河流CO2及CH4排放与市政排水管网污水输入的关联影响

城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题.本研究以上海市市郊城镇河网R1与中心城区河流R2为研究对象,监测了其在旱天与雨天条件下的CO_2及CH_4排放特征,分析了城镇河流污染程度及类型与碳排放的关联影响,并同时解释了市政排水管网污水输入影响城镇河流CO_2及CH_4排放的机制过程.结果表明:①旱天时,中心城区河流的CO_2与CH_4平均排放通量为(2.48±1.02)mmol·(m~2·h)~(-1)与(1.21×10~(-2)±0.71×10~(-2)) mmol·(m~2·h)~(-1),市郊城镇河网的CO_2与CH_4的平均排放通量则为(1.53±0.39)mmol·(m~2·h)~(-1)与(9.26×10~(-3)±9.18×10~(-3)) mmol·(m~2·h)~(-1).雨天时,受市政排水管网污水影响,中心城区河流泵站下游的水体的CH_4通量大幅增加,可达旱天时的119倍;②本研究与全球其他河流碳排放统计数据进一步表明,城镇河流碳排放与本身污染水平存在关联性,总体上污染程度高的河流碳排放强度也高;③从PCA相关性分析结果来看,河流有机污染是影响碳排放的重要因素,这在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现;河流碳排放与氮污染的相关性随区域下垫面利用类型不同而有所不同;在污染较轻的城镇河流中,水体物理因子也是一个重要的影响因素;④排水管网污水输入对城镇河流碳排放的影响,体现在短期内向河流中输入的大量CH_4,以及长期上强化受纳河流碳物质赋存及循环,并进一步提高河流本身的CO_2与CH_4排放潜势.     

长江经济带氮淋溶流失空间格局及其水环境影响评估

氮淋溶流失是地表和地下水环境退化的重要驱动过程.由于氮素迁移转化过程复杂,量化氮淋溶流失及其水环境影响是区域营养盐管理的重点和难点.本研究从天然和人为输入角度构建了陆域氮淋溶流失模型,核算了2011—2015年长江经济带地级市单元的氮淋溶流失量,并基于灰水足迹和水资源量评估了氮淋溶流失的水环境影响.结果表明:①长江经济带的氮年均输入强度为8465 kg·km~(-2),以人为输入源为主,占总氮输入的89.9%;②研究区总氮输入的19.4%被淋溶流失到水环境中,平均淋溶流失强度为1656 kg·km~(-2);非点源是长江经济带的最大来源,淋溶流失系数平均值为0.143;③基于实测氮通量的反演结果与氮淋溶流失核算量存在显著的线性相关关系,表明基于氮输入核算的氮流失量能够反映氮淋溶流失空间分布规律;④长江经济带的氮淋溶流失导致的灰水足迹已经超过地区水资源总量,地级市单元的氮污染指数最高达到29.2,氮的水环境超载问题十分严重.     

多级闸坝对大型底栖动物群落日漂流规律的影响

河流中底栖动物的漂流模式是维持群落动态稳定的重要因素,闸坝改变了河流原有的水文节律,阻隔了底栖动物纵向漂流的连续性,闸坝对河流大型底栖动物群落的影响机制是近年来河流纵向格局维持研究的热点问题.2018年8月选择神农架国家级保护区的九冲河,在上游参照点(S1)、第一级电站取水口下游(S2)和第二级电站取水口下游(S3)布设3个样点开展24 h的日漂流监测,研究多级闸坝对大型底栖动物漂流类群、漂流节律和β生物多样性的变化.结果表明:①九冲河漂流的主要优势类群为蜉蝣目和毛翅目.②受堰坝阻隔影响,各样点漂流最优势物种发生了变化,S1样点为四节蜉(Baetis sp.),S2样点为花翅蜉(Baetiella sp.),S3样点为舌石蛾(Glossosoma sp.).③尽管各样点仍然以双峰型漂流模式为主,但参照点S1为“alternans”型的夜漂流,而坝下S2和S3样点则为“bigeminus”型的夜漂流,前者漂流密度的最大值出现在黎明前,而后者则为日落后.④坝下(S2和S3)漂流底栖动物的物种数明显低于参照点(S1),单因素方差分析表明闸坝阻隔具有显著的累积效应,3个样点漂流底栖动物的生物量之间存在差异显著(P < 0.05),漂流密度在参照点S1和坝下(S2和S3)的差异显著(P < 0.05).⑤基于Bray-Curtis相似性的聚类分析表明,S2样点群落发生了明显的分化,其日间样品均与S3样点聚为一类,而夜间样品全部与S1样点聚为一类.⑥采用无度量多维度标定排序(NMDS)进行的β多样性分析表明,S1样点漂流群落的昼夜差异性最小,S3样点的差异性最大.研究显示,九冲河小水电梯级开发造成了漂流型大型底栖动物群落结构、漂流规律和β生物多样性发生变化,3个样点的漂流优势类群发生改变,β多样性的变化随梯级闸坝呈现明显的累积效应,从长期来看会对河流生态系统的稳定性和生态功能造成深远影响.      

澜沧江流域沉积物间隙水-上覆水营养盐特征与交换通量分析

为分析澜沧江梯级水库建设对澜沧江流域沉积物-水界面交换过程的影响,于2016年2~3月对澜沧江云南段间隙水-上覆水氮、磷营养盐进行了调查与分析.结果表明,澜沧江自然河道沉积物间隙水总氮(TN)均值为15.254 mg·L~(-1),显著高于水库均值6.577 mg·L~(-1);但其总磷(TP)均值为0.654 mg·L~(-1),低于水库区域的1.432 mg·L~(-1).澜沧江流域沉积物间隙水氮、磷浓度均高于上覆水浓度,上覆水-间隙水垂向TN浓度在表层沉积物处达到最大值,且自然河道总溶解氮(DTN)扩散通量均值为2.117 mg·(m~2·d)~(-1),高于水库的均值0.785 mg·(m~2·d)~(-1);但其总溶解磷(DTP)扩散通量为0.044 mg·(m~2·d)~(-1),低于水库的均值0.053 mg·(m~2·d)~(-1),上覆水氮盐主要来源于沉积物间隙水.澜沧江梯级水库建设导致的沉积物组成差异与水体扰动差异是间隙水-上覆水界面交换差异的主要原因.     

五里峡水库初级生产力对水气界面二氧化碳和甲烷排放速率时空变化的影响

近年来水库温室气体备受关注,为揭示水库水气界面CO_2和CH_4在时间和空间上的变化特征,于2016年7~12月采用静态箱法在五里峡水库对其CO_2和CH_4排放速率进行4次监测,并测试微型光合生物初级生产力等.结果表明,五里峡水库夏季为大气CO_2的汇,变化范围在-30.14~-3.47 mg·(m~2·h)~(-1),秋、冬季均为大气CO_2的源,变化范围在15.57~115.06 mg·(m~2·h)~(-1).甲烷排放速率在夏季变化幅度明显,变化范围在0.08~1.03 mg·(m~2·h)~(-1),而在秋、冬季变化稳定,变化范围在-0.07~0.43 mg·(m~2·h)~(-1).受水库周期性蓄水和排水影响,CO_2和CH_4排放速率在空间上表现为水库消落带和坝尾较低而库区较高的分布格局.此外,CO_2和CH_4排放速率时空变化与微型光合生物初级生产力分别呈显著负相关和正相关(r为-0.477和0.771).这是因为产甲烷菌能够将夏季微型光合生物固定的有机碳转化成CH_4释放到大气中,从而使微型光合生物对水圈CO_2和CH_4循环产生负反馈效应和正反馈效应.因此,本研究结果为进一步评估微型生物对岩溶水体碳循环的贡献提供了理论依据.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

北港河流域水质特征及主要污染物通量估算研究

通过对北港河进行水文水质同步监测,采用多元统计法对26个采样点位10个监测指标进行分析,识别出流域水环境污染特征及主要影响因素,并进一步估算了主要污染物的通量,以期为有限资料条件下的河流污染治理提供依据.结果表明:北港河水系污染严重,主要污染物为氮、磷及有机污染物;表征生活污水、面源污染与畜禽养殖废水对水质影响的主成分的贡献率为47.95%,表征工业污染的主成分的贡献率为12.50%;重污染企业数、人口密度、建设用地占比与流域氮、耗氧有机物具有显著正相关性,表明重污染企业数、人口密度与建成区分布是影响水质的最重要指标;按污染轻重,可将流域划分为3类分区:上游轻污染区、谷饶溪及东寮坑重污染区、其他区域则为中度污染区.污染物通量变化趋势分析显示,COD_(Cr)、NH_4~+-N通量变化趋势基本与流量变化趋势一致,而TP通量则受上游点源排放影响出现一定差异性.通量变化趋势主要受水闸调度影响呈现开闸大幅度上升、闭闸大幅度下降的规律,在闭闸初期则受练江干流高水位顶托作用影响,流量及污染物通量为负值,练江干流水倒灌入北港河;此外,监测期间COD_(Cr)、NH_4~+-N最高日污染通量出现在第2次开闸期间,分别为39.23、4.98 t·d~(-1),TP最高日污染通量则出现在第1次开闸期间,为547.36 kg·d~(-1).污染通量贡献率分析表明,干流水质主要受谷饶溪及东寮坑影响,其中,谷饶溪COD_(Cr)、NH_4~+-N、TP污染贡献率分别达到了64%、47%、22%,东寮坑COD_(Cr)、NH_4~+-N、TP的贡献率则分别为26%、28%、25%,建议加强对该汇水区内生活污水、工业废水等点源污染控制.     

南京冬季一次重霾污染事件PM2.5区域传输收支分析

利用WRF-Chem模式对2015年12月21—23日南京一次重霾污染过程进行模拟.基于合理的模拟评估,采用大气传输通量计算法,着重分析了此次霾污染过程中模拟的南京地区PM_(2.5)的传输收支特征,以及周边地区大气污染物传输对南京市PM_(2.5)变化的贡献.结果表明,此次霾污染过程中,本地源与外来源区域传输共同影响着南京市的空气质量.PM_(2.5)的跨区域传输是此次重霾污染发生和消亡的重要因素.在霾污染事件的形成维持阶段,南京地区是作为周边地区PM_(2.5)的接收区,大气污染物主要由南京的西边界输入,大气污染物的外源输入是南京PM_(2.5)污染的主要贡献来源,占南京PM_(2.5)污染的84%.在霾污染事件的消亡阶段,南京地区则是作为周边地区PM_(2.5)的源,大气污染物主要由南京的东边界持续向外输出.     

室内颗粒物的稳态置换流净化机制

对室内颗粒物输运扩散进行了机理上的探讨.用时间空间尺度分析方法,把颗粒物通量分解为宏观平均运动δ尺度的平移滑移,湍流运动的η微尺度的湍流扩散,以及分子运动λ尺度的布朗运动4部分,得到颗粒物通量的系综平均表达式及模式计算表达式,并以此分析总结出提高室内颗粒物净化效率的方法,即低流速及低湍流度梯度.采用数值计算比较了稳态置换流与常规点状上进风上排风形成流场的区别,通过现场实测比较了不同方式安装稳态置换流装置的2个房间的颗粒物数浓度随时间变化,提出并应用剂量加权净化效率对净化效果进行了比较.结果表明,稳态置换流的维持弱正压、线状斜对边进排气口布局、低流速及低湍流度等做法能有效提高净化效率并降低能耗.