HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

大型底栖动物生物评价指数比较与应用

采用不同生物指数评价河流健康,结果往往有差异,如何识别各种生物指数的关系和适用性成为亟待解决的问题.基于太子河流域大型底栖动物群落研究,比较了5种大型底栖动物生物指数评价结果的差异.结果表明,5种指数具有极显著的相关性,但由于健康等级划分标准差异,造成不同指数的健康评价等级存在一定差异.同时分析了不同指数对不同类型人为活动影响的敏感性,研究其在河流健康评价中的适用性.结果表明在太子河流域中,BI指数与土地利用类型和溶氧具有较好的相关关系,对这两类的干扰具有较好的指示作用;FBI指数对酸污染和氨氮污染具有较强的指示作用;ASPT指数与耗氧相关的水质指标有较强的负相关;B-IBI指数与总氮呈显著的负相关关系,可较好指示氮污染,而且B-IBI指数与其他类型人为干扰活动均呈显著的相关关系,对土地利用和水质污染也具有较好的指示作用.综上所述,大型底栖动物BI指数和ASPT指数应该分别适用于评价流域土地利用和水化学指标对河流生态系统的影响,而B-IBI可用于评估多种类型人为干扰活动.     

枯、平、丰水期长江3条支流表层水中多氯联苯的分布特征及风险评价

采用GC-MS/MS技术对长江3条支流(沱江、藕池河下游和松澧洪道)在不同水期的81个表层水样进行分析.实验发现样品表层水样中PCB8、18和28是优势污染物.∑PCBs在沱江、藕池河下游和松澧洪道3条支流不同水期表层水中的几何均值分别为1.96~2.59 ng ·L^-1、1.84~2.54 ng ·L^-1和1.52~2.38 ng ·L^-1,含量均低于美国EPA连续暴露基准(14 ng ·L^-1).实验结果与国内外相关文献报道值相比较,显示该研究区域表层水中PCBs浓度处于较低水平,癌症风险评价结果表明饮用该区域水摄入PCBs而带来的风险为0.15×10^-7~0.26×10^-7,说明研究区水样中因PCBs污染引起的癌症风险较低.     

渤海湾大型底栖生物群落结构变化及原因探讨

根据近6年来的渤海湾大型底栖生物群落的资料,以及2011年的现场调查数据,从渤海湾底栖生物群落结构的变化特征出发,分析了其变化的过程和规律.同时结合渤海湾水域近几年来的水动力条件以及营养盐、溶解氧等水质特征变化,探讨底栖生物群落变化的原因.结果表明,渤海湾大型底栖生物的物种数、生物量、丰度、丰富度指数、多样性指数的高值区皆集中分布在海河口北侧离岸较远的海域,而低值区则基本集中分布近岸海域,且呈现由近岸向外海逐渐增加的趋势.渤海湾大型底栖生物群落变化可大体分为3个明显的时间节点:第一个时间节点为2005年和2008年,底栖生物群落无论总物种数、生物量和丰度都较高;第二个时间节点为2009年和2010年,底栖生物群落的上述指标值最低,表明这两年渤海湾受自然变化和人为因素干扰的程度加剧;2011年,由于渤海湾水域的各项强有力的环保措施的实施,底栖生物群落的上述指标值最高,说明其得到一定程度的恢复.渤海湾水域底栖生物群落变化受到该区域的物理因素、化学因素和生物因素的共同影响,变化特征也与各环境因素的变化基本吻合.     

浙中典型富硒土壤区土壤硒含量的影响因素探讨

通过对浙江省中部典型富硒土壤区的系统调查研究,总结了影响土壤硒含量的主要因素.结果表明,地质背景对土壤硒含量有控制作用,汤溪组、之江组和金华组分布区的土壤硒含量明显高于其他地质背景区.研究同时发现,土地利用方式对土壤硒的迁移富集有不可忽视的影响,旱地土壤比水田土壤更易富集硒元素.由于土壤有机质对硒的吸附与固定作用,致使其成为影响硒含量的重要因素之一.除此之外,研究认为土壤质地也是影响土壤硒含量的重要因素,土壤中黏粒含量越多,越黏重,硒含量往往较高.     

三峡库区蓄水初期大宁河重金属食物链放大特征研究

三峡库区蓄水后重金属在库区沉积物中累积,为了解由此带来的鱼类重金属富集放大风险,于2012年3月以库区支流大宁河为例,采集16种代表性鱼类,利用稳定同位素技术对鱼类间营养关系和Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg等重金属元素在食物链中的生物放大情况进行了研究.结果表明,大部分重金属在鱼体中处于较低水平,但在不同种类鱼体中含量差异显著.鱼体样品δ13C与鱼类生活水层关系密切,分布范围为-22.80‰~-28.97‰,水体上层鱼类δ13C值较低,而水体底层鱼类δ13C值较高;而δ15N受鱼类食性影响明显,范围为6.41‰~13.88‰.在食物链的传递过程中,鱼体Hg浓度随营养等级的升高而显著增大,但放大效率较低.除Hg外的金属元素与δ15N的关系均不显著,未出现明显生物放大.但小个体鱼类体内金属含量较高,存在潜在污染风险.     

铅蓄电池厂污染土壤中重金属铅的清洗及形态变化分析

以我国西南某铅蓄电池厂区内不同污染负荷的铅污染土壤为研究对象,对其中铅含量和形态进行分析,并利用不同清洗剂清洗进行筛选.对不同pH条件下铅的清洗效率和铅形态进行分析,并对不同粒径土壤进行不同时间清洗以确定最佳清洗时间.结果表明,厂区内A和B点土壤污染严重,分别达到15 703.22 mg.kg-1和1 747.78 mg.kg-1,活动态铅比例较大,残渣态仅占17.32%、11.64%、14.6%和10.2%.EDTA、盐酸、柠檬酸、鼠李糖脂和SDS这5种清洗剂中EDTA和盐酸的提取效果最好.酸性条件下的清洗不仅能有效地提取铅总量并能有效地减小铅活动态的环境风险,建议pH 4～7最为合适.粗沙粒和细沙粒的清洗效果较好,清洗粉黏粒建议改进工艺,清洗时间定为240 min效果最好.     

基于SWAT模型的三峡库区香溪河非点源氮磷负荷模拟

三峡水库蓄水后,水动力条件改变下营养盐的过量输入导致部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河为研究示范区,基于GIS平台建立流域下垫面空间数据库,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型对流域三大主要水系及涉及35个子流域进行2000-2009年径流、营养盐输出模拟研究,并对实测数据和模拟结果进行分析,结果表明:径流模拟结果校验阶段的效率系数0.65和0.86,确定系数是0.78和0.91,模拟效果较好,径流和营养盐负荷受降雨影响呈正相关关系,在丰水年和丰水季节较大,2000-2009年期间TN和TP年均负荷分别是2640.64和300.01 t,在2007年达到最大值,分别是3475.96和399.20 t,在2005年为最小值,分别是2036.72和226.44 t,TN和TP负荷的贡献率高岚水系＞古夫水系＞南阳水系,支流TN和TP输出强度空间差异较大,空间分布差异系数分别是0.34和0.58,TN最大值和最小值是29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别是4.90 kg·hm-2·a-1和0.54 kg·hm-2·a-1.     

三峡水库三期蓄水前后长江口硅酸盐分布及其比值变化

河口SiO2--Si浓度的变化直接影响到水体的营养盐结构和生态系统.根据2010年8月、11月和2011年5月的现场调查资料,对长江口区域一个水文年(跨三峡水库三期蓄水)硅酸盐的分布特征和变化趋势进行了分析.结果表明,长江口及其邻近海域硅酸盐分布与盐度分布极其相似,整体呈现近岸高、外海低的特点;截取一断面分析发现存在上升流,硅酸盐等值线有抬升趋势.3个季节硅酸盐平面分布各有其季节性特点,但总体浓度夏季高于秋季,秋季高于翌年春季;在整个调查区域SiO32--Si/DIN值是10月＞8月＞5月,而SiO32--Si/PO43--P值是5月＞8月＞10月;3个季节SiO32--Si浓度与盐度都呈显著负相关关系.与历史资料比较得出,2010-2011年长江口海域营养盐比值小于2004年,也小于1985-1986年,可见三峡工程蓄水对长江口SiO32--Si/DIN、SiO32--Si/PO43--P降低的影响.     

东海大气气溶胶中二元羧酸的分布特征及来源

大气气溶胶中的二元羧酸因其在全球气候变化中的潜在作用而受到广泛关注.利用2011年5月12日-6月6日在东海采集的气溶胶样品,分析其中水溶性二元羧酸及常量离子浓度,探讨东海气溶胶中二元羧酸的时空分布特征及来源.结果显示东海大气气溶胶中乙二酸、丙二酸和丁二酸的浓度分别为26.0～1475.5 ng·m-3、0.1 ～61.4 ng·m-3和0.1～132.4 ng·m-3,乙二酸在这3种二元羧酸中的贡献最大,为88.3％.东海气溶胶中二元羧酸浓度的昼夜变化不显著.空间分布整体呈现近海高、远海低的趋势.气团的来源和迁移路径以及气象因素影响气溶胶中二元羧酸的分布,气团来自污染较重的陆源时气溶胶中二元羧酸的浓度较高,气团来自清洁的海洋源时,二元羧酸的浓度则较低;阴雾天气时气溶胶中二元羧酸浓度相对较高,降雨发生时二元羧酸的浓度较低.二元羧酸与常量离子的相关性分析表明,自然源和人为源释放的挥发性有机物质在液相中氧化生成二元羧酸是东海大气气溶胶中二元羧酸的主要源,而汽车尾气和生物质燃烧的一次排放、海洋源以及碱性粗颗粒吸收气体二元羧酸不是主要源.液相中乙醛酸氧化形成的乙二酸和长链二元羧酸氧化形成的乙二酸对东海气溶胶中乙二酸的贡献分别为41％和59％.