基于BDPs的多级土壤渗滤系统处理受污染河水的试验研究

针对受污染的流入滇池的河流河水,采用具有曝气段和缺氧段的两段式多级土壤渗滤(multi-soil-layering,MSL)系统,开展了在缺氧段添加非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料PBS颗粒的强化脱氮除磷研究.结果表明,添加PBS碳源可有效解决传统MSL系统因碳源不足而导致的脱氮效果不理想的问题.在河水污染较轻及较重两种情况下,系统对TN的平均去除率分别达到78%、85%,平均单位表面去除负荷分别为9.09g·m-·2d-1、24.55g·m-·2d-1;TP平均去除率分别达到92%、98%,平均单位表面去除负荷分别为0.76g·m-·2d-1、2.02g·m-·2d-1.此外,系统对COD的平均去除率可达到75%以上.     

三峡库区典型退耕还林模式土壤养分流失控制

选择三峡库区典型退耕还林模式,包括园地(茶园)及林地(板栗)与原有坡耕地对照,观测并分析其土壤养分(氮磷)输出途径及数量情况,以评估实施退耕还林工程对流域土壤养分输出的影响.结果表明:1退耕后土壤养分氮磷年流失量(包括随泥沙和地表径流流失的量)减少;总氮(TN)年输出量从大到小依次为坡耕地(2 444.27 g·hm-2)茶园地(998.70g·hm-2)板栗林地(532.61 g·hm-2);总磷(TP)为坡耕地(1 690.48 g·hm-2)茶园地(488.06 g·hm-2)板栗林地(129.00 g·hm-2);与坡耕地比较,退耕还林模式(园地、林地)总氮、总磷年输出载荷分别减少了68.68%和81.75%.2茶园地、板栗林地与坡耕地相比,土壤养分速效态氮流失量明显减少,硝态氮(NO-3-N)输出总量依次为坡耕地(113.79g·hm-2)茶园地(73.75 g·hm-2)板栗林地(56.06 g·hm-2);铵态氮(NH+4-N)养分输出次序为茶园最大(69.34 g·hm-2),坡耕地次之(52.45 g·hm-2),板栗林地最小(47.23 g·hm-2).3硝态氮、铵态氮主要通过地表径流输出,所占总量比例分别为91.4%和92.2%;总氮和总磷主要通过泥沙输出,所占总量比例分别为86.6%和98.4%.通过退耕还林等措施,该地区地表径流以及土壤侵蚀输出明显减少,土壤养分流失得到有效控制.     

碧水岩地下河中微量金属元素对降雨的响应特征及来源分析

在降雨条件下,利用自动采样器对广西碧水岩地下河出口进行高频采样,分析了碧水岩地下河出口水体中Cu、Pb、Zn、Cd等微量金属元素的水化学动态变化特征,探讨了地下河水中微量金属来源及其对降雨的响应机制.结果表明,地下河水化学组分表现出了较明显的规律,其中主要元素Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO-3等在降雨过程中稀释作用明显,而Al、Mn、TFe、Cu、Pb、Zn、Cd等金属元素对降雨响应敏感,其质量浓度在降雨过程中有所升高,相应质量浓度曲线均表现出多峰值特点,且在最大降雨发生后第9 h达到最大峰值.推断水岩作用、河底沉积物再释放和水土流失是导致河水金属元素浓度增高的原因,金属元素不同来源及地下河双入口的结构特征是形成金属元素质量浓度曲线多峰值的原因,其中水岩作用引起的水化学变化较河底沉积物再释放和水土流失更敏感,而后者是导致河水重金属元素增加的主要原因.监测期间,溶质在地下河中的平均迁移速度约为0.47 km·h~(-1),污染物运移速度较快,因此,通过对岩溶地下河水化学动态的监测,掌握微量金属组分来源及迁移特性,对于地下河水环境污染治理具有重要意义.     

基于河岸带地球化学特征的河水-地下水交互边界识别——以广州市流溪河为例

河水-地下水交互作用对河流水质净化、流域水生态健康和河岸土地合理规划具有重要意义.本文以广州市流溪河为研究对象,实时监测河水和河岸带地下水基本理化指标并采集水样和土样进行水体主离子、氮形态、金属离子浓度、氘(δD)氧(δ~(18)O)同位素和土壤渗透系数(K)测试分析.结果表明:监测期间以河水侧向补给地下水为主,对地下水水位的影响范围在距河岸10 m内;距河岸1 m处地下水溶解氧(DO)浓度、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化明显,变异系数(n=7)分别为30.9%、42.0%和44.4%.河水和河岸带地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,受碳酸盐岩风化控制.河水入渗补给地下水初期,河岸带含水层向还原环境转化(ORP平均下降92.25 mV),非饱和带Mn氧化物发生还原性溶解,地下水中Mn~(2+)浓度逐渐增加并达最大值(0.52 mg·L~(-1));基于δD、δ~(18)O和Cl~-浓度的混合模型估算的河水对距河岸5 m处地下水的贡献率分别为10.4%、11.6%和11.5%,表明监测断面河水-地下水交互边界约在距河岸5 m处.     

基于DPSR模型的区域河流健康综合评价指标体系研究

深入的河流健康状态评价技术研究,有助于管理者了解河流现状,尤其是健康状况,进而合理地开发利用河流,实现河流生态、经济、文化的可持续发展.研究基于DPSR(驱动力D-压力P-状态S-响应R)模型,构建了河流健康评价理论框架,遵循科学性、系统性、稳定性、可比性原则,从驱动力、压力、状态、响应4个维度构建区域河流健康综合评价指标体系.研究可为水生态环境健康管理提供决策依据,对于区域河流恢复、生态环境建设、转变经济增长方式及社会的可持续发展有着重要的理论和现实意义.     

路面径流生态阻控技术研究——以改性麦饭石透水沥青路面为例

为强化透水沥青路面对路面径流中氮、磷的控制效果,采用铁盐联合碱热技术制备了涂层负载改性麦饭石蓄水层集料,并运用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对改性后麦饭石集料的表面形态、特征和化学成分进行了表征.同时,通过静态吸附试验对TP的吸附效果及其作用机理进行了对比研究.最后将改性麦饭石作为蓄水层集料应用于透水沥青路面中,通过模拟降雨和周期蓄水试验探究其净化机制.结果表明:相比于天然麦饭石,铁盐联合碱改性麦饭石的表面性状发生了明显变化,最大饱和吸附容量明显提高,对氨氮和磷酸盐的吸附容量分别从1.32 mg·g~(-1)和1.48 mg·g~(-1)提升到12.82 mg·g~(-1)和6.38 mg·g~(-1);降雨全过程中改性蓄水层路面对NH~+_4-N的整体去除效率可提高20%左右,对TP的净化效率至少可提高15%,蓄水阶段较模拟降雨阶段污染物的去除效果显著提高,改性后麦饭石蓄水层24 h后的出水水质均可达III类水标准,强化蓄水层和提高蓄水时间是提高路面径流净化效率的有效措施.因此,本实验中铁盐联合碱热技术制备的改性麦饭石可推荐用于海绵城市生态处理设施透水沥青路面中削减氨氮和总磷的污染负荷.     

广州市谷河黑臭评价及其与裸藻丰度和生物量相关性分析

藻类密度增加是黑臭现象发生的重要原因之一.目前的黑臭评价标准缺少藻类等水生生物指标,而黑臭河流中浮游微藻时空特征研究也极少.于2017年秋和2018年冬和春在谷河布设6个样点,采用污染指数法(I_1)和黑臭多因子加权指数法(I_2)评价谷河黑臭情况,同时调查浮游微藻的丰度和生物量等,并对黑臭评价结果和微藻进行Pearson相关分析.结果表明,I_2指数法更适合评价谷河的黑臭情况;裸藻门丰度与I_2的相关系数较高(r=0.784,p0.01);裸藻门丰度比例和生物量比例与I_2的相关系数分别为0.750和0.776(p0.01);裸藻门的种数和裸藻门污染指示种个数与I_2的相关系数均为0.623(p0.01).裸藻门可能适合于作为评价谷河黑臭的水生生物指标.天然水体中微藻或裸藻与致臭物质的产生等有待深入研究.     

稻田灌溉河流CH4和N2O排放特征及影响因素

随着农业氮肥大量施用,大量碳氮营养物质以淋溶或径流形式进入周边灌溉水体,使其成为甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源.以我国东南部地区典型稻田灌溉河流为研究对象,于2014年9月至2016年9月连续两年原位观测表层水体CH4和N2O溶存浓度及其排放通量,旨在明确稻田灌溉河流CH4和N2O的排放特征、排放强度及其主要驱动因子.结果表明,观测期内c(CH4溶存)的年平均值为(390.57±43.95)nmol·L-1(92.80～1 577.54 nmol·L-1),c(N2O溶存)的年平均值为(40.23±3.20)nmol·L-1(10.05～75.40 nmol·L-1).CH4和N2O的排放通量(年平均)分别为(20.73±6.08)mg·(m2·h)-1和(34.30±7.12)μg·(m2·h)-1.CH4和N2O溶存浓度和排放通量整体上均呈现出春夏排放高,秋冬排放低的季节变化趋势.两年CH4累计排放总量为(3 876.30±1 153.96)kg·hm-2,N2O累计排放总量为(5.74±0.98)kg·hm-2.两者持续性全球增温潜势(SGWP,以CO2-eq计)平均为(87.99±15.73)t·(hm2·a)-1.CH4排放通量与水温、底泥可溶性有机碳(DOC)显著正相关,而与水体溶解氧(DO)显著负相关;N2O排放通量与水温、水中铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)显著正相关,而与水体DO显著负相关.该研究可为科学估算我国农业灌溉流域CH4和N2O排放总量提供数据支撑和重要参考.     

湘东北典型河源区土壤重金属分布特征、来源解析及潜在生态风险评价

水源地土壤环境质量状况关乎其流域内居民生命健康安全,是生态环境保护研究中的热点科学问题.选择湘东北典型河源区,采集表层土壤样品共87件,通过GIS技术和潜在生态风险指数法研究了土壤重金属（Cd、Pb、Cr、Hg和As）的空间分布特征和潜在生态风险,并采用多元统计分析和正定矩阵因子分解（PMF）模型解释了其可能来源和贡献率.结果表明：①湘东北典型河源区土壤呈酸性,土壤重金属ω（Cd）、ω（Pb）、ω（Cr）、ω（Hg）和ω（As）平均值分别为0.20、41.07、130.51、0.29和11.63mg ·kg^-1,对标背景值,除As外均有富集;②土壤重金属综合潜在生态风险为中等风险等级,其中Cr、Pb和As为轻微风险等级,Cd和Hg均为强风险等级;③土壤Cd和Pb具有同源性,主要来源于农业活动,Cr和As受生活垃圾排放和自然母质的双重影响,Hg主要来源于化石燃烧及交通运输;④生活垃圾排放源、自然母质源、化石燃烧及交通运输源和农业活动源对湘东北典型河源区土壤重金属的贡献率分别为21.36%、35.92%、19.30%和23.42%,人为源贡献率大于自然源.研究结果对湘东北典型河源区的污染防治、生态修复和美丽乡村建设具有参考价值.     

长江流域径流模拟及其对极端降雨的响应

研究流域径流量变化可为水资源科学调配、利用开发、水旱灾害防治、水环境污染整治和国民经济可持续发展等提供重要依据.但近年来受全球变暖影响,极端气候事件,尤其是极端降雨的发生频率和强度出现了变化,直接或间接影响径流量变化.运用SWAT模型模拟1965~2019年间长江流域径流时空变化规律,分析了不同极端降雨条件下径流对降雨的响应.结果表明,1965~2019年间长江流域径流变化并不显著,流域总径流和中下游径流均经历了"枯-丰-枯-丰"4个阶段.极端降雨情景模拟发现,50 a一遇极端降雨下,长江上、中和下游代表性子流域日均径流变化率分别为6200%、21%和15%,月均径流变化率为355%、5%和1.3%,年均变化率为78%、1%和0.24%.而100 a一遇极端降雨下,3个子流域日均径流变化率分别为8000%、25%和17%,月均径流变化率为437%、7%和1.5%,年均变化率为96%、1.2%和0.28%.研究结果可为流域水资源管理和利用及洪涝灾害预测与防控等提供理论依据.