改进生态位理论用于水生态安全优先调控

引进模糊数学隶属度的概念,改进了传统的生态位理论,以漳卫南运河流域上、中、下游的3个典型城市(县)(潞城市、新乡县与德州市)为例,计算其在12个资源轴不同梯度上的隶属度、生态位宽度与生态位重叠,并基于此分析了水生态安全的优先调控区与优先调控指标. 结果表明:①潞城市、新乡县、德州市的平均生态位宽度分别为1.332、1.441、1.289,说明新乡县在12个资源轴上均具有较强的适应能力,而德州市的适应能力最弱;潞城市、新乡县、德州市的平均生态位重叠分别为2.097、2.285、2.318,说明德州市与其他2个典型城市(县)在资源利用上具有相似性,尤其是德州市与新乡县在资源利用上具有较高的相似性,可能存在潜在竞争. ②3个典型城市(县)均对森林覆盖率、万元GDP用水量、水资源开发利用率的改变具有较强的适应性;3个典型城市(县)在人均水资源量资源轴上的生态位重叠最大,并集中于一个较窄的梯度区间内,可能会引发潜在竞争. ③德州市是漳卫南运河流域未来水生态安全保障的优先区和水生态安全改善的优先调控区,而人均水资源量、人均GDP、产水模数、城市环境用水所占比例等4个指标均可作为未来水生态安全改善的调控指标,其中人均水资源量是优先调控指标.      

漳卫南运河流域水质时空变化特征及其污染源识别

采用聚类分析、季节性Kendall法分析了漳卫南运河流域的水质时空演变特征及水质变化趋势,采用因子分析/主成分分析法和多元回归分析法定性识别了流域水质污染的主要污染源并对其贡献率进行了计算.空间聚类和站点因子得分计算后发现,漳卫南运河流域水质空间上可以分为两大类,一类是位于流域西北部漳河中上游区域,该区域水质优良;第二类为卫河流域及漳卫南运河东部平原区,该区域水体受污染严重,水质较差,且沿途接纳点源排放口排入的污染物,水质空间变化较大.时间聚类和季节性Kendall趋势分析表明:流域水质在2002～2009年间可分为3个阶段2种变化趋势,2002～2003年为水质恶化阶段,卫河及漳卫南运河东部平原区干流水质严重污染,漳河上游及中游岳城水库水质也呈恶化趋势,但总体水质良好;2004～2006年为水质好转期,2007～2009年为第三阶段,水质进一步好转期.在2004～2009年间,流域整体水质虽然好转,但西南部的卫河流域及漳卫南运河东部平原干流区水环境状况依然堪忧.因子分析/主成分分析和多元线性回归分析结果表明,造成漳卫南运河流域水质污染的污染物主要来源于市政污水、重工业废水、化学工业废水、天然污染源和采矿活动,汛期农业生产引起的农业非点源排放以及暴雨径流引起的非点源排放也占相当比例.采用主成分多元线性回归方法评价了各种污染源的贡献率.结果可以为漳卫南运河流域水污染控制战略制定提供有益的参考.     

漳卫南运河流域非点源污染负荷估算及最佳管理措施优选

制定实施流域TMDL(total maximum daily load)计划的一项关键技术就是借助水文模型量化流域非点源污染负荷,设置BMPs(best management practices),实施非点源负荷削减.采用构建的SWAT模型估算了漳卫南运河流域不同水平年(丰、平、枯)非点源负荷大小,分析了非点源负荷的空间分布特征.丰水年总氮非点源负荷占总负荷的0.07%,总磷非点源负荷占总负荷的27.24%.空间上,流域非点源输出负荷较大的区域主要为具有一定坡度的农业用地和城镇居民用地.对照基准情景非点源输出负荷,通过对47种不同BMPs控制措施的模拟,核算出不同BMPs对8个优先控制子流域的有机氮、有机磷、硝酸盐氮、溶解态磷和矿物磷共5种污染物的削减效率.通过对比分析不同BMPs的费用效益,优选出漳卫南运河流域最佳的总氮和总磷污染物削减措施为修建植被型沟渠,其TN、TP单位削减费用分别介于16.11～151.28元.kg-1和100～862.77元.kg-1之间,该项措施是47种BMPs中最经济有效的.相关研究结果可以为流域非点源污染负荷削减提供科学依据,为流域水环境改善和水生态修复提供技术支撑.     

漳卫南运河地表水中溶解态多环芳烃的污染特征、风险评价与来源辨析

研究了漳卫南运河流域地表水中USEPA16种优先控制的多环芳烃(PAHs)的分布特征和污染来源,2008年4月、10月水中PAHs总量分别在31.7～74.5ng.L-1、45.3～99.0ng.L-1之间,与国内外其他河流相比,整体处于较低污染水平.四女寺污染最严重;河口污染最轻.整体上看,10月份PAHs浓度比4月份略有增加.从16种多环芳烃单体的组成来看,漳卫南运河PAHs以2环、3环、4环为主.本研究提出了新的∑PAHs生态风险评价方法,结果表明,4、10两个月份最高风险商值(RQ∑PAHs(MPCs))均为0,最低风险商值(RQ∑PAHs(NCs))值分别在34.7～111.0、20.4～88.8之间,平均值分别为58.4、49.8.∑PAHs在7个采样点均呈现低生态风险,且4月份生态风险略高于10月份,风险最高值出现在4月份的四女寺,最低值出现在10月份的河口.源解析结果显示,漳卫南运河流域PAHs的含量和分布主要受煤炭及薪柴燃烧的影响,四女寺和河口地区受到一定的石油污染的影响.     

Parameter determination to calculate water environmental capacity in Zhangweinan Canal Sub-basin in China

Zhangweinan canal sub-basin (ZWN) has the most serious water resource shortage and water pollution problems in north of China. To calculate the water environmental capacity in ZWN, determination methods for design flow rates and degradation coeffcients were discussed in this study. Results showed that 90% and 50% hydrological guarantee flow rates were suitable to be the design flow rates for rainy and dry seasons, respectively. Degradation coeffcients of COD_Mn and NH₃-N were 0.25 day⁻¹ and 0.15 day⁻¹ for branch streams and 0.5 day⁻¹ and 0.25 day⁻¹ for mainstreams, respectively in ZWN. With one-dimensional water quality simulation model, water environmental capacities were calculated to be 82,139 tons/yr for COD_Mn and 2394 tons/yr for NH₃-N in ZWN.