水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.      

基于碑刻记录的嘉陵江清代洪水发生规律及成因研究

基于历史文献法收集整理了《四川两千年洪水史料汇编》中嘉陵江清代洪水碑刻的碑文记录,并利用Gibbs-Mirtin多样化指数法分析洪水碑刻记录的空间分布特征。结果发现:清朝时期,嘉陵江流域共有洪水碑刻记录55通,月份明确可辨的有36通。空间上整体分布不均,下游多于中上游,其中嘉陵江干流28通(20通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0.46,上游仅有零星分布,相对集中于中下游),渠江16通(10通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0.71,各河段均有分布),涪江11通(6通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0,仅集中于下游的重庆市)。洪水碑刻记录在年内主要分布于6、7、8、9四个月,洪水碑刻清晰记录了清代1679年(2通)、1840年(3通)、1870年(17通)、1903年(2通)4次特大洪水,洪水碑刻记录的嘉陵江流域清代洪水的发生频率为7 a一洪。清代嘉陵江洪水碑刻记录反映了流域夏秋季洪水较多,这与嘉陵江流域的亚热带湿润季风气候、多洪齐发的扇状水系、低山丘陵-谷坝地形、松散的土壤质地以及"湖广填川"时期毁林垦荒导致的水土流失与河道淤积有关。     

石英ESR法在河流沉积物源示踪中的探讨及应用

使用石英ESR法示踪河流沉积物源是一种新方法和新理论的探索。本文从拟解决的科学问题出发,在着重分析石英ESR信号强度和CI值物源示踪理论基础之上,讨论了该方法在亚洲现代沙尘沉降物源示踪和地质历史时期风尘堆积物源示踪研究中的有效性,结合ESR测年可覆盖整个第四纪时期的特性,认为石英ESR法不仅可以为物源示踪提供良好的年代框架约束,而且还可以较好的反映地质历史时期沉积物质来源在不同时空尺度上的变化特征。随后,通过对指导思想、研究思路以及长江流域不同河段和主要支流的地质地貌背景、岩石类型分布、水系组合特征以及"源-汇"系统之间物质剥蚀-堆积过程的可通达性等方面的综合论述与分析,讨论了石英ESR法在河流沉积物源示踪上的有效性及其在研究长江流域水系发育历史和沉积演化过程中的可行性。     

北方深水河流岸边带底栖动物采集方法比较研究

深水河流底栖动物的采集比较复杂,采集结果与客观实际往往存在较大的差异,通过2012年-2015年对黑龙江、松花江和乌苏里江等11个断面15个点位的调查、监测,取得81组有效数据,利用统计学方法总结、研究,发现同一采样点不同方法之间的物种数、群落组成和评价结果均存在显著的差异,建议深水河流在应用底栖动物开展水生态评价时,应结合采样点的实际情况,尽量采用多种方法进行底栖动物的采集,合并统计的数据更能准确的代表采集点位的客观情况,是客观、准确评价水生态环境状况的前提.     

河流渠化问题分析与对策研究

河流渠化是现代人类出于防洪排涝、污染治理和绿化美化等一己之目的对河流的改造活动.从生态系统的观点出发,对河流的纵向、横向、垂向与时序变化四个维度进行分析,提炼出中国北方健康中小河流的生态特征,分析了河流渠化造成的生态、经济和社会灾难,认识到生态灾难的根源在于人类中心主义的谬误.在此基础上,从生态修复的角度入手,提出遵循河流自身规律的河流渠化解决之道,在河流与人类和谐共处的前提下,改善其生态完整性和可持续性,建议开展广泛的接近自然的河流治理新模式.     

河流健康评价指标体系研究

当今社会经济的发展,一般会带来河流环境污染的问题,但却违背了人们对良好环境的要求,所以河流健康问题也就越来越受到关注.在参阅国内外相关研究的基础上,综述了学者们对河流健康概念的理解以及河流健康评价的国内外进展,总结了河流健康评价指标体系选取和评价方法,提出了一些评价指标、方法的建议和发展方向,最后给出了结论.     

西南典型岩溶地下河系统水文地球化学特征对比:以重庆市青木关、老龙洞为例

为探究不同土地利用类型和人类活动方式下西南典型岩溶地下河的水文地球化学特征,以地质背景相似的重庆青木关和老龙洞地下河为例,从月动态、单场降雨动态两个尺度,利用独立样本t检验、主成分分析(PCA)等方法对两岩溶地下河出口姜家泉、老龙洞的水文地球化学特征及其影响因素进行对比研究.结果表明,姜家泉与老龙洞的Ca~(2+)、HCO_3~-、Mg~(2+)、K~+、NO_3~-、Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-、电导率等差异显著,姜家泉K+、NO-3的月动态变化幅度和浓度均值大于老龙洞,Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-的月动态变化幅度和浓度均值则小于老龙洞.由PCA分析可知,水-岩作用对两岩溶地下河水的水化学特征及变化都起重要作用,但青木关主要受农业活动影响,老龙洞则主要受城镇活动、工业活动影响.由于人类活动影响方式和程度的差异,两岩溶地下河对单场降雨的响应也不同,姜家泉各指标变化与流量变化高度一致,老龙洞各指标的变化相对无序.青木关水化学特征的动态变化受水土流失、农业活动影响较大,水-岩作用次之.老龙洞则主要受到水-岩作用的影响,受城镇活动、工业活动、水土流失作用的影响也较明显.     

北方寒冷地区冻融期河岸缓冲区土地利用结构对河流水质的影响

以松花江哈尔滨段为研究区域,基于2014—2015年哈尔滨市6个国控水质监测断面逐月水质监测数据和2014年秋季ETM遥感数据,通过不同空间尺度和土地利用类型划分,利用冗余分析等方法研究土地利用结构在北方寒冷地区冻融期对河流水质的影响,结果表明:松花江流域哈尔滨段水质状况整体状况一般,氮污染比较严重,融水期COD与BOD_5高于冰封期,冰封期氮、磷含量高于融水期;冻融期河岸带100、200、500、900、1500 m缓冲区这5种尺度下,对河流水质指标影响最显著的土地利用方式为水域和建设用地,影响最大的空间尺度为100 m缓冲区,200 m缓冲区次之.其中建设用地和旱田与除DO以外的任何水质指标呈正相关,水域则与其呈负相关.融水期水质对土地利用结构的响应关系强于冰封期.在冰封期,水域对NH_3-N影响较大呈显著负相关,建设用地对TN影响较大呈显著正相关.在融水期,建设用地对COD影响较大呈显著正相关.在流域管理中,针对植被覆盖率低、建设用地占比高的流域应加强冻融期土地利用管控,合理开发建设用地.     

油指纹多元统计分析在鉴别地表水石油类污染来源中的应用研究

采用油指纹多元统计方法,对嘉兴市杭州塘和长山河水系沿岸加油站9个不同来源的轻质柴油进行了分类鉴别,并考察了风化的影响.结果表明:仅基于GC-MS谱图,很难对不同轻质柴油的来源进行鉴别;但基于GC-MS谱图,提取正构烷烃及多环芳烃特征比值,进一步采用多元统计方法,可以对不同来源的轻质柴油进行区分.考虑实际水环境中油污染物会风化,向河水中投入两种轻质柴油,考察了不同初始浓度和不同风化时间下的油指纹变化,发现油污染物初始浓度为0.5 mg·L~(-1)时,所有特征比值在风化过程中均极不稳定,无法用于分类鉴别;油污染物初始浓度达到1.0 mg·L~(-1)及以上时,特征比值C_(17)/Pr、C_(18)/Ph在风化5 d内可用作油指纹的鉴别指标,5 d后无法用于鉴别;特征比值Pr/Ph、(C_(19)+C_(20))/(C_(21)+C_(22))、CPI受风化时间影响小,始终可以作为油指纹鉴别的特征指标.     

城市河道沉积物中残留医用抗生素对反硝化潜势的抑制作用及机制

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物学机制.结果表明,南明河沉积物中5种目标抗生素中,诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的浓度最高((537.13±212.69) ng·g~(-1)),并且对沉积物中反硝化潜势有显著抑制效果(p0.05).进一步分析表明,NFX对反硝化潜势的抑制作用主要是通过抑制编码nirS细菌主导的亚硝酸盐还原阶段而实现的.本研究揭示了城市河道沉积物中的残留抗生素可能会削弱河道的反硝化脱氮能力从而加重河流氮污染状况,为评估抗生素污染的微生态效应提供了依据.