河流流域生态安全综合评估方法

在国内外生态安全相关研究的基础上,提出了河流流域生态安全的定义. 以河流流域生态安全为研究对象,基于DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型框架,构建了评估指标体系,并利用多准则群体决策模型的层次分析法和熵权法确定指标权重. 以晋城市沁河流域为例,对该流域2005─2009年生态安全状况进行了综合评估. 结果表明:5年内沁河流域的生态安全综合指数从2005年的0.487升至2009年的0.641,状态从“安全”区域底部逐步提升到顶部,人均GDP增长、单位工业产值COD_Cr和NH₃-N排放强度的降低、污水处理厂投入使用和环保投资的逐年增加是影响其变化的关键因素.      

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

基于HFACS的空中相撞事故分析及建议

空中相撞事故往往是由诸多人为差错相互叠加、耦合和作用而导致的,要找出事故的真正诱因,防止类似事故再次发生,难度非常大。为了有效地分析和定位人为差错,以更好地服务于防相撞的管理与决策,提出一种基于人为因素分析分类系统（HFACS）的空中相撞事故分析方法,它按照从显性差错到隐性差错的思路来分析事故的诱因,最终找出组织因素对事故的影响。并利用HFACS对巴西卡欣布上空发生的一起空中相撞事故进行了系统分析。案例分析结果表明,该方法不仅能够找出导致空中相撞事故的人为差错,解释事故发生的原因和过程,而且能够据此提供防止相撞事故发生的安全建议。     

长山河水质评价及变化趋势分析

以2015 ～2019年长山河4个水质监测站的监测数据为基础,采用综合水质标识指数法对其历年水质进行评价,利用季节性kendall检验法对各监测断面的高锰酸盐指数,氨氮,总磷等3个监测指标变化趋势进行分析.结果 表明:长山河各断面的综合水质均达到或优于水功能区目标要求,水质污染总体呈下降趋势,其中长山河大桥和长山闸一号...     

Inverse uncertainty characteristics of pollution source identification for river chemical spill incidents by stochastic analysis

Identifying source information after river chemical spill occurrences is critical for emergency responses. However, the inverse uncertainty characteristics of this kind of pollution source inversion problem have not yet been clearly elucidated. To fill this gap, stochastic analysis approaches, including a regional sensitivity analysis method, identifiability plot and perturbation methods, were employed to conduct an empirical investigation on generic inverse uncertainty characteristics under a well-accepted uncertainty analysis framework. Case studies based on field tracer experiments and synthetic numerical tracer experiments revealed several new rules. For example, the release load can be most easily inverted, and the source location is responsible for the largest uncertainty among the source parameters. The diffusion and convection processes are more sensitive than the dilution and pollutant attenuation processes to the optimization of objective functions in terms of structural uncertainty. The differences among the different objective functions are smaller for instantaneous release than for continuous release cases. Small monitoring errors affect the inversion results only slightly, which can be ignored in practice. Interestingly, the estimated values of the release location and time negatively deviate from the real values, and the extent is positively correlated with the relative size of the mixing zone to the objective river reach. These new findings improve decision making in emergency responses to sudden water pollution and guide the monitoring network design.

Open image in new window

     

赤水河流域浮游细菌群落特征及其与水质的关系

赤水河是茅台酒酿造用水的水源地,其环境承载能力和水质质量与该流域微生物的群落息息相关,而目前赤水河浮游细菌群落组成、功能及其与水质之间的关系研究开展较少.本研究以茅台酒厂采水点为中心,在其上中下游设置了W1~W6共6个采样点,采用16S rDNA Miseq高通量测序技术研究了赤水河浮游细菌群落的组成及其功能.结果表明浮游细菌群落主要由55门、167纲、415目、706科、1431属组成,假单胞菌属（Pseudomonas）和马赛菌属（Massilia）是相对优势种群.此外,W1和W3采样点样品与其他采样点样品相比,群落组成差异较大.冗余分析表明COD_Mn、COD和DO是影响群落组成的显著因素（p<0.05）,其与NH₃-N、pH、TN、Novosphingobium、Stenotrophomona和Pontibacter等参数是该流域浮游细菌群落网络的重要节点.使用PICRUSt2软件对该水源地微生物群落的功能进行预测,结果显示其功能主要涉及代谢（metabolism）、环境信息处理（environmental information processing）、遗传信息处理（genetic information processing）等6类生物代谢通路和碳水化合物代谢（carbohydrate metabolism）、氨基酸代谢（amino acid metabolism）、能量代谢（energy metabolism）、辅助因子和维生素的代谢（metabolism of cofactors and vitamins）等46个子功能.本研究探明了赤水河浮游细菌群落组成和功能及其与环境因子的相互联系,丰富了赤水河地区的第一手研究资料,为改善其水域环境提供了参考.     

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

香溪河流域水生态系统健康评价

随着人们环境保护意识的增强,河湖生态保护与修复成为社会关注的热点问题,科学的生态健康诊断则是有效进行河湖治理的前提.香溪河作为三峡水库典型支流,探究其水生态系统健康对于长江生态保护具有十分重要的意义.通过收集整理香溪河干支流的生物与生境数据,构建了涵盖水环境、水生生物、物理栖息地三方面共16项指标的水生态系统健康评价指标体系,综合运用专家判断法和熵权法确定评价因子权重,采用河流健康指数（RHI）表征香溪河流域水生态系统健康状况.结果表明:①2017年三峡水库蓄水期香溪河流域水生态系统整体健康水平为良好,优和良等级占比分别为12.5%和79.2%.②健康状况呈现出支流优于干流、非回水区优于回水区的空间分布特点,具体表现为支流南阳河>支流古夫河>支流高岚河>香溪河干流.干流水环境问题相对突出,而支流的河流连通性相对较差.③库湾健康状况的年内变化特征为冬季最好,春秋季次之,夏季最差.研究显示,该评价体系能准确地评估香溪河流域水生态健康状况,同时需重视三峡水库支流库湾的水环境治理.      

长江流域主要干/支流水化学特征及外源酸的影响

为了探究人类活动对长江流域水化学特征的影响,本文以流域内主要干/支流代表断面的采样点为研究对象,分别于2016年丰水期和平水期采集地表水样各13组,通过离子比值法、主成分分析法和化学离子平衡计算法,综合分析水化学特征,并估算碳酸和外源酸参与碳酸盐岩的溶蚀比例.结果表明,水化学类型主要为HCO₃-Ca型,指示流域内水化学的主要影响因素为碳酸盐岩的溶解,在碳酸盐岩风化过程中,碳酸与碳酸盐岩的相对快速风化为主导反应.此外,丰水期和平水期各采样点碳酸溶蚀比例均值分别为60.33%和59.14%,不同采样点的溶蚀比例差值较大,指示外源酸对河流与岩石侵蚀风化过程的影响不容忽视,且阳离子交换对水化学有一定影响,但并不是主要的反应过程.与多年前水文监测初期的数据相比,硫酸和硝酸对岩石风化作用加强,人为因素对长江的水质影响增大.     

长江经济带工业污染排放空间分布格局及其影响因素

长江经济带发展强调"不搞大开发,共抓大保护"战略,长江生态环境修复成为该地区发展的重要内容,因此探明长江经济带工业污染排放空间分布格局及其影响因素具有重要意义.选取2013~2017年长江经济带102个城市的工业SO₂、工业废水以及工业烟粉尘排放量作为基础数据,运用空间自相关分析和冷热点分析方法（Getis-Ord Gi^*）,揭示了长江经济带工业污染排放空间分布格局;采用对数平均迪氏分解模型（logarithmic mean Divisia index,LMDI）对长江经济带工业污染排放的影响因素进行分解.结果表明,2013~2017年长江经济带的工业SO₂、工业废水以及工业烟粉尘排放量呈降低趋势,高排放城市减少,低排放城市增多;各工业污染物随时间变化,空间关联程度增强;技术改善对工业污染排放有显著抑制作用,是影响长江经济带工业污染排放的最主要因素.