Model‐Based Nitrogen and Phosphorus (Nutrient) Criteria for Large Temperate Rivers: 2. Criteria Derivation

Nitrogen and phosphorus criteria were developed for 233 km of the Yellowstone River, one of the first cases where a mechanistic model has been used to derive large river numeric nutrient criteria. A water quality model and a companion model which simulates lateral algal biomass across transects were used to simulate effects of increasing nutrients on five variables (dissolved oxygen, total organic carbon, total dissolved gas, pH, and benthic algal biomass in depths ≤1 m). Incremental increases in nutrients were evaluated relative to their impact on predefined thresholds for each variable; the first variable to exceed a threshold set the nutrient criteria. Simulations were made at a low flow, the 14Q5 (lowest average 14 consecutive day flow, July‐September, recurring one in five years), which was derived using benthic algae growth curves and EPA guidance on excursion frequency. An extant climate dataset with an annual recurrence was used, and tributary water quality and flows were coincident with the river's 10 lowest flow years. The river had different sensitivities to nutrients longitudinally, pH being the most sensitive variable in the upstream reach and algal biomass in the lower. Model‐based criteria for the Yellowstone River are as follows: between the Bighorn and Powder river confluences, 55 μg TP/l and 655 μg TN/l; from the Powder River confluence to Montana state line, 95 μg TP/l and 815 μg TN/l. Pros and cons of using steady‐state models to derive river nutrient criteria are discussed.     

金盆水库暴雨径流时空演变过程及水质评价

为探究西安金盆水库汛期暴雨径流沿程时空演变过程及库区水质响应,对汛期2019年8月初与9月中旬两场暴雨径流上游河道至库区各断面的水质指标进行持续原位监测,并在垂向上采用单因子污染指数法和综合污染指数法对库区进行水质评价.结果表明：汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况,两次径流初期入流量小,水库潜流均经历全断面径流-底部潜流-间层流的过程,在末期,8月初径流库区间层流位置由初期的545~565 m扩大为535~580 m,9月中旬径流潜流位置由初期540~575 m的间层流演变成575 m以下的底部潜流;连续的入流使库区热分层结构削弱,溶解氧得到补充,同时大量颗粒态污染物汇入库区,营养盐在垂向上表现为中层、底层水体高于表层;单因子污染指数表明径流潜流处总磷和高锰酸盐指数值都有一定的增加,末期均超过地表水Ⅲ类水质标准;综合污染指数表明8月初径流中层水质处于中污染,底层则受厌氧与颗粒沉降的双重影响达到重污染,并且在径流一周后达到峰值,而9月中旬的575 m以下的潜流直接导致中层水体处于重污染,底层由于溶解氧的补充处于中污染;汛期通过泄洪洞的排放与分层取水可以有效地保障供水安全.     

太湖流域典型河流含氮物消减速率研究

采用自主研发的原位培养装置,开展了太湖流域典型河流水体含氮物消减速率及其影响因素研究.结果表明,总氮和氨氮消减速率呈现显著的空间差异性（P<0.05）,消减速率分别为（280.6±180.0）~（1458.8±725.7）mg/（m³·d）、（35.2±3.7）~（343.6±88.4）mg/（m³·d）,但硝态氮消减速率（44.3±7.6）~（521.2±19.2）mg/（m³·d））无显著的空间差异性（P>0.05）.微生物作用下氮素消减速率为95.0~733.1mg/（m³·d）,分别占含氮物总消减速率和总负荷的12.9%~50.3%和2.0%~13.4%,非微生物作用下氮素消减速率为180.0~996.7mg/（m³·d）,占含氮物总消减速率和总负荷的49.8%~87.0%和7.4%~25.7%,说明污染物进入水体,短期内微生物作用对含氮物消减速率的贡献较低.氮素消减速率与TN、NO₃^-、SS均呈线性相关关系（P<0.05）,说明TN、NO₃^-、SS在一定程度上是氮素消减作用的影响因素.     

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.     

闸控河段水质多相转化模型

针对闸控河段水质转化机理复杂的特点,提出在“水体-悬浮物-底泥-生物体”界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型.结合槐店闸调度影响实验数据,对水质多相转化模型进行了参数识别和验证,进而模拟了不同相态水质成分的时空变化过程.结果发现:来水流量和闸门调度方式使闸上和闸下断面各相水质浓度发生变化,同时影响到藻类的生长和富集状态;闸门调度会改变闸上、闸下河段的水质主导反应机制;由于闸门调度增加了对水体的扰动,水体与外界的物质交换效果增强;在实验前期蓝藻数量的变化主要受水流的迁移作用影响,在后期闸上断面主要受闸门阻隔的影响,闸下断面主要受流速、流量和营养物质浓度改变等作用综合影响.     

北京山区植被恢复建设对流域径流量影响研究

植被恢复是山区保持水土资源、恢复生态环境的关键措施.为探究植被恢复对流域产水量的影响,以密云水库集水区红门川森林流域为研究对象,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、基于分离评判原理的水文分析法、Zhang(2001)模型等方法,定量分析了1989－2009年间北京山区气候及森林变化对流域径流量的影响.研究结果表明:红门川流域年降水及产流性降水量在研究时段内均呈波动下降趋势(P>0.05);流域年径流呈显著性减少趋势,且年径流量在1998 年前后发生减少突变(P<0.01);气候变化对红门川流域径流减少贡献率为43%,植被恢复建设导致的森林数量及质量变化对流域径流减少贡献率为18.6%,其他人类活动影响贡献率为38.4%.综合比较得知,与植被恢复建设相比,降水减少对山区产水量减少影响更大.研究结果可为北京山区森林流域水土资源规划及管理提供参考.     

北京市六环内绿色空间滞蓄雨水径流功能的变化评估

面对日益频发的城市内涝问题,科学认识绿色空间控制雨水径流的作用具有重要意义。论文以北京市六环内区域为研究区,评估了2000-2010年绿色空间滞蓄雨水径流的功能及其变化。结果表明：2000-2010年北京城市绿色空间减少198.49 km²,主要表现为农田和荒草地面积减小,五到六环内绿色空间缩减最为严重,且最大斑块指数（LPI）和聚集度指数（AI）均减小,景观破碎化趋势明显。绿色空间夏季滞蓄雨水径流量由2000年的1.32×10⁸ m³增加到2010年的1.46×10⁸ m³,但雨水滞蓄率相应地由23.43%下降到16.89%,这与绿色空间面积减小和景观格局变化有关。此外,五到六环内绿色空间滞蓄雨水径流能力最高,滞蓄率高达22%~32%,且逐年呈降低趋势;二到三环内绿色空间滞蓄雨水能力最低,需要重点加强暴雨内涝防治。这主要与不同环路内绿色空间的面积和斑块连通性有关。因此,建议优化调整北京市六环内绿色空间的组成结构和景观格局,充分发挥其滞蓄雨水径流功能,以降低城市内涝风险。     

城市河流异养菌耐药状况及微生物群落结构特征

为深入了解城市河流中细菌的耐药状况和微生物群落结构特征,在西安市浐河和灞河河段8个采样点以及某污水处理厂二级出水排放口采集水样,利用细菌培养技术、PCR检测和DGGE(变性梯度凝胶电泳)分析技术,对河流中异养菌耐药率、四环素抗性基因以及微生物群落结构进行研究. 结果表明:浐河和灞河水样中异养菌对SMZ(磺胺甲恶唑)、TET(四环素)、CIP(环丙沙星)和CTX(头孢噻肟)的平均耐药率分别为18.3%、6.2%、2.7%和1.3%,耐药率高低顺序与污水厂排放水中的异养菌相同. 城市河流中异养菌浓度与其耐药率并不存在显著的相关性. 与上游河段相比,污水厂排放口下游河段的异养菌浓度没有明显增加,但对多种抗生素的耐药率却有所升高. 浐河和灞河中四环素抗性基因主要是tetA和tetB,检出率分别为100%和75%,这意味着城市河流中异养菌对TET的耐药性可能主要通过编码外输泵蛋白的抗性机制来实现. 污水厂排放水进入城市河流,并未显著影响河流中的微生物群落结构,但却使某些原有的敏感物种消失,而病原菌或条件致病菌在邻近污水厂排放口的下游河段则有所增加.      

长江-洪泽湖段突发跨界污染风险交流信息图谱研究

在分析我国当前环境风险交流存在问题基础上,将信息图谱引入到流域突发跨界环境污染风险交流中.参考公共卫生领域信息图谱制定步骤,结合突发跨界环境污染风险管理特点与要求,构建流域突发跨界环境污染利益相关方构架体系.编制流域突发跨界环境污染事件利益相关方问题清单框架,对流域突发跨界环境污染利益相关方问题计算权重,按权重大小进行排序分类.以南水北调东线工程长江-洪泽湖段为研究区域,绘制风险交流信息图谱,利用ArcGIS制作信息图谱单元图以及单元表实现对海量信息资料的挖掘、提炼与表达,不仅满足了利益相关方对于信息的迫切需求,提高了环境风险交流效率,保证了突发跨界环境污染应急处理处置措施的有力实施.同时也为利益相关方进行有效的风险沟通提供了预见性、准确的关键信息与支持信息,为流域突发跨界环境污染风险决策提供辅助信息工具.     

上海城市屋面径流PAHs赋存特征及其生态风险评价

为研究城市屋面径流中16种US EPA优控多环芳烃(PAHs)的污染特征,采集并分析了上海3次降雨事件典型屋面径流中颗粒相和溶解相PAHs的质量浓度,对屋面径流中PAHs的质量浓度特征、动态变化过程、来源解析以及潜在的生态风险进行了分析与讨论.结果表明,屋面径流中溶解相∑16PAHs的质量浓度为33.9~581.5ng/L,颗粒相PAHs的质量浓度为134.6~27528ng/L,3种屋面径流PAHs含量基本为:瓦屋面>水泥屋面>沥青屋面;不同类型的屋面径流中PAHs组分具有明显的相似性,均以3~4环组分为主,苯并[a]芘BaP的场次降雨事件平均浓度(EMC)值为17.4~378.5ng/L,超过我国规定的污水中BaP排放标准.源解析结果表明,瓦屋面径流中PAHs的主要来源为机动车排放源和燃煤源;沥青屋面和水泥屋面径流中PAHs主要来源于机动车排放源、燃煤源和石油类泄露和挥发源.屋面径流中PAHs毒性当量浓度为6.08~16.86ng/L,超过我国规定的标准限值,对环境存在一定的危害,应引起足够的重视.