平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD) 4类主要污染物的时空分布格局.结果表明:研究区绿地和农田、硬质地表的降雨初损率分别为0.3和0.9;径流深、污染负荷与降雨深之间存在显著的正相关性.随着降雨量逐年递减,研究区降雨径流中TP、TN、NH3-N、COD四类污染物的负荷量分别从2017年的190、1359、445和16041 t减少至2019年的118、949、314和11250 t;单位面积TN和COD负荷最高的用地类型是农村住宅用地,草地的四种污染物单位面积负荷均最低,林地次之.相关研究结果为望虞河流域水污染控制提供了基础数据,也为定量测算平原河网区面源污染负荷提供了方法参考.     

设施农业生产区降雨径流和氮磷输出特征及模拟——以滇池东岸花卉大棚种植区为例

为掌握滇池流域花卉大棚种植区的非点源污染特征,提高和改善滇池水环境质量,本研究选取呈贡县斗南村花卉大棚种植区作为研究对象,在实测降雨径流数据的基础上,通过建立Storm Water Management Model模型分别对全年连续降雨条件下和典型设计降雨条件下的降雨径流水质、水量进行了模拟.研究结果表明:1)模型的流量、化学需氧量(COD_(Cr))、悬浮物(SS)、总氮(TN)和总磷(TP)的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.858、0.835、0.803、0.712和0.752,能够较好地模拟研究区域的水质、水量变化.2)研究区域的平均径流系数为0.59,CODCr、SS、TN和TP的单位面积负荷率分别为118.34、82.90、54.64和5.46 kg/(hm~2·a),TN和TP是主要控制的污染物.3)各污染物浓度峰值的出现时间均早于流量峰值出现的时间,因此对滇池东岸花卉大棚种植区应进行污染物尤其是TP、TN浓度与流量错峰控制.     

城市场次降雨径流污染负荷快速估算方法

城市降雨径流污染是城市水质恶化的重要原因之一,定量计算城市降雨径流污染负荷,是实施城市水环境污染总量控制管理的基础和关键,可为城市水环境治理和污染控制提供科学依据.本文以污染物累积冲刷理论为基础,提出了“特征面积”的概念和计算公式,建立了场次降雨径流污染负荷数学模型,并结合案例,对数学模型在有效性、预测精度、适用性和局限性等方面进行评价.结果表明,特征面积较好地反映了污染物在各类土地上的污染负荷特性,场次降雨径流污染负荷与特征面积和降雨量的乘积呈正比.利用3场及以上降雨径流污染负荷结果,可较好地率定模型,从而可快速且较准确地估算单场次降雨径流污染负荷.该方法简单实用,获取数据工作量小,适用地区广.对于小降雨事件,建议采用降雨量相近的观测结果对模型进行率定,以提高模型的预测精度.     

太湖流域浙江片区出入境水量、水质及污染物通量

太湖流域浙江片区受工业和城市废水以及农田地表径流等人为因素的影响,污染问题日益严重,根据2013年的水文巡测以及水质监测资料,分析了太湖流域浙江片区出入境水量和高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质指标的出入境通量及其时空分布.结果表明,2013年太湖流域浙江片区出入境水量以出境为主,出入境断面的首要污染物是TN,其平均浓度在各出入境断面均处于Ⅴ～劣Ⅴ类水平,COD_(Mn)、NH_3-N和TP的平均浓度总体上达到Ⅱ～Ⅲ类标准.4种污染物的出入境通量均以出境为主,研究区域北部是污染物的主要入境断面,东部是污染物的主要出境断面.净出境水量是影响污染物净出境通量的关键因子,出入境断面水质是净出境通量的主要影响因子.源头控制农业面源污染、将工业废水和城镇生活污水处理达标后排放是减轻太湖流域浙江片区水体污染的关键,是太湖流域水体污染控制和治理的主要措施.     

气象条件对淀山湖水质的影响

根据2007-2014年淀山湖湖体每月高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质资料和青浦区气象局月平均气温、降水量和日照时数等气象资料,运用数理统计方法和特征值比较法分析淀山湖湖体CODMn、NH3-N、TN和TP等水质资料变化规律及温度、降水和日照时数等对水质的影响.结果表明:(1)气象条件影响淀山湖湖体水质.平均气温、日照时数影响NH3-N、TN和TP浓度,表现在平均气温高、日照时数多,NH3-N、TN浓度降低,相反平均气温低、日照时数少,NH3-N、TN浓度升高;平均气温高,也会使TP浓度上升,平均气温低,TP浓度降低.降水对水体中CODMn、NH3-N和TN等浓度有稀释作用,降水量多的月份其浓度偏低,相反降水量少的月份其浓度偏高.(2)受气象条件影响,CODMn、NH3-N、TN和TP有季节变化.CODMn浓度4-9月较高,10月翌年3月较低;NH3-N、TN浓度最高值出现在2-4月前后,最低值出现在7-10月;TP浓度最高值出现在7-8月,最低值出现在10月翌年5月.(3)淀山湖CODMn、NH3-N、TN和TP浓度呈下降趋势.     

长江流域水汽收支的时空变化与环流特征

利用自行设计的实验装置和5种土著草皮构建草皮缓冲带,模拟上海地区农业面源污染和降雨特征,进行缓冲带污染物净化效果和草皮生物量监测实验研究结果表明,草皮缓冲带对径流污染物质的净化效果明显高于空白对照,百慕大实验带SS平均截留率最高,达到74％;白花三叶草TN、TP去除率最高,分别为28％和25％;黑麦草受高温的影响,污染物净化效果最差．5种草皮中．百慕大和白花三叶草生物量最大,栽种当年9月份,两者地上部分的生物量鲜重分别为6．14kg／m^2和6．49kg／m^2：百慕大生长速度最快,9月份生物量几乎达到5月份的6倍;草皮生物量的增加明显提高了缓冲带对径流污染物的去除效果,生物量与径流SS去除率呈显著线性相关关系．     

鄱阳湖入湖、出湖污染物通量时空变化及影响因素(2008-2012年)

研究鄱阳湖入、出湖污染物通量是加强鄱阳湖及长江水功能区限制纳污红线管理的前提,是建立鄱阳湖水质预测模型的基础.基于2008-2012年鄱阳湖8条主要入湖河流、出湖口的逐月水量、水质同步监测资料,根据污染源特征优选算法,计算总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)的入、出湖污染物通量,并分析时空变化特征及影响因素.结果表明:(1)出湖口和乐安河入湖口断面的NH3-N、TP及昌江入湖口断面的TP,以点源污染为主,采用每月瞬时通量作为月平均通量的算法更准确;其余以非点源污染为主,采用瞬时污染物浓度与月平均流量之积来计算月平均通量更准确.(2)2008-2012年CODMn、NH3-N和TP年平均人湖通量分别为304398、53063和9175 t,年平均出湖通量分别为367436、45814和8452t.8条入湖河流每年的入湖水量、CODMn通量和个别年份的NH3-N、TP通量小于出湖,这主要是因为未计算区间产流及相应排污和采砂引起的内源污染.(3)入、出湖污染物通量在年际间主要受水量影响而呈现W型波动变化趋势,CODMn、NH3-N、TP入湖通量及CODMn出湖通量均集中在汛期,NH3-N、TP出湖通量则是冬季较多(低水位下湿地植被净化作用受限).入湖TP、NH3-N、CODMn通量主要来自赣江、信江、乐安河,而NH3-N、TP浓度最高的是乐安河、信江.     

引水等综合整治后杭州西湖氮、磷营养盐时空变化(1985—2013年)

经引水等综合整治后,西湖外湖、西里湖总磷(TP)浓度累计下降58%和78%,总氮(TN)浓度累计下降16.7%和7.7%,透明度提高100%~200%,富营养状态得到极大缓解.比较1986年治理前,西湖各湖区因来水、引水和排水格局差异较大,TP浓度的年内变化特点及驱动因素也存在较大差异:杨公堤以西的上游湖区因优质水源补充TP浓度总体较低,同时受流域降雨径流面源输入影响,呈现时段性升高;杨公堤和苏堤之间的中游湖区优质水源补充量最大,湖区水体更新最快,TP浓度最低且变化相对最为稳定;苏堤以东的外湖区水体更新相对最慢,在夏、秋高温季节因底泥污染释放,TP浓度出现峰值.因外来引水量大且未经脱氮处理,西湖各湖区TN年内变化基本与钱塘江取水口TN浓度变化一致,同时因流域降雨径流面源输入而出现时段性波动.基于TP质量平衡模型分析,各湖区水质空间差异主要受水体年交换次数影响,其次受单位水体的年污染负荷影响.     

雄安新区白洋淀冰封期水体污染特征及水质评价

为明确白洋淀冬季冰封期水污染特征,于2019年1月对白洋淀原始区、旅游区、生活区、养殖区和入淀区5个特征区域25个代表性采样点进行水样采集,选取温度、溶解氧(DO)、氨氮(NH_3-N)、亚硝态氮(NO_2--N)、硝态氮(NO_3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数作为评价因子,采用单因子评价法、综合污染指数(K)法和主成分分析法对水质进行综合评价.结果表明:白洋淀冰封期不同功能区水体温差波动较小、DO浓度变化幅度大,TN和TP浓度较高.单因子评价表明,TN参与评价时,25个采样点中,Ⅲ类水体占28%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类; TP参与评价时,Ⅲ类水体占16%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类,综合看,白洋淀水质整体状况较差;综合污染指数法表明,生活区水质最好,入淀区河流水质最差,其中白沟引河、府河和瀑河3条入淀口河流水质状况最差,为重度污染,主要污染物为TN、TP;主成分分析法表明,入淀区的6条河流彼此间偏差较大,所受污染的影响因子存在较大差异,与主成分1和主成分2高度相关的理化指标是TN、TP.通过3种评价方法定性定量的有机结合,得出白洋淀冬季冰封期水质限制因子为TN、TP且该时期水体污染较严重,冰封期作为湖泊水体的重要时期,探明污染源并治理可显著改善湖泊水质,不仅为白洋淀水体治理提供最佳时机,也为治理和修复淀区水体污染提供指导意义.     

新安江对千岛湖外源输入总量的贡献分析(2006-2016年)

运用新安江模型,计算了千岛湖25条主要入湖河流在2006-2016年间的入湖流量,结合同时期入湖河道的逐月水质监测数据,分析了最大入流新安江的营养盐——总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)和高锰酸盐指数(CODMn)总量输入在该时段内的年际变化和季节变化规律,研究了新安江营养盐输入总量变化与新安江水质水量、黄山市人口、GDP和土地利用的关系,探讨了影响新安江营养盐总量的关键影响因素及其对千岛湖水质的影响.结果表明,研究时段内新安江多年平均年入湖水量占千岛湖多年平均年入湖水量的51.4%,占25条主要河流年总入流量的67.3%,新安江CODMn、TP、TN、NH3-N多年平均的输入总量分别为11458.4、214.9、7649.2和756.5 t/a,分别占千岛湖年总负荷的50.7%、34.3%、63.7%和48.4%.各指标的年入湖总量在统计期间均呈上升趋势,且春、夏两季高于秋、冬两季.相关性分析表明,黄山市GDP与新安江CODMn、TN和TP入湖总量呈显著正相关关系,农业面源污染对新安江TN输入总量有显著影响.作为千岛湖最大的入湖河流,新安江营养盐(TP、TN、NH3-N)的输入能显著影响千岛湖的生态系统健康.     

富营养化高原浅水湖泊持续多年生态修复工程效果分析——以滇池大泊口为例

大泊口位于滇池草海南部,水域面积0.52 km²,平均水深约2 m,作为滇池草海重富营养化水域生态修复示范区,大泊口分别于2015和2019年开展了两期生态修复工程,经过近年来的系统治理,大泊口水生态治理效果初步显现。为分析探究成功修复湖区水质改善、生态系统企稳向好的原因,本研究选择2015年2月—2021年12月共7年的连续监测数据,根据工程开展情况以及水生态状况将大泊口水域划分为4个部分(A1～A4水域),首先分析4个区域内主要的水质指标(悬浮物(SS)、化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a))的变化趋势和相关性,其次探究不同类型生态工程的修复效果,最后与草海和外海水域进行对比,分析大泊口的治理效果。结果表明,治理后大泊口A1～A4水域的COD_Cr、TP和Chl.a稳定下降,COD_Cr分别降低18.65、27.96、25.26、40.92 mg/L,TP分别降低0.11、0.10、0.11、0.14mg/L,Chl.a分别降低0.037、0.068、0.06...     

利用生物膜强化表流湿地处理农村生活污水的试验

针对农村生活污水难以集中处理的问题,提出了采用生物膜强化表流湿地工艺就地进行农村生活污水处理的方法,并对其进行试验研究.结果表明:在表流湿地表面设置生物膜载体后,系统的水质净化能力提高,处理负荷较高的条件下(COD_Cr:657.27 mg/L、TN:26.27 mg/L、TP:8.66 mg/L和SS:276 mg/L),处理效果显著提高.在效果明显的试验组中,生物膜设置后系统对TN、TP、COD_Cr的去除率分别提高了21.64%、16.24%、19.12%.另外,通过对系统中微生物的检测发现,生物膜载体的引入对湿地系统本身影响不大,系统水质净化能力的提高主要源于载体上微生物的增加.该方法在未增加系统占地面积的情况下提高了水质净化能力,为解决农村生活污水处理难的问题提供了新的思路.     

乌梁素海冰封期湖泊冰盖组构特征对污染物分布的影响

为探究富营养化浅水湖泊季节性冰盖污染物分布规律,于2013-2014年冰封期,钻取乌梁素海湖泊冰盖冰芯试样,观测冰厚并对冰芯晶体结构、气泡含量、污染物浓度(总氮、总磷和COD_(Cr))进行分析.结果表明:冰盖可分为4层,中间2层冰晶体粒径较大且气泡含量较少,为冰盖热力生长区.冰盖以柱状晶体居多,粒径随深度增加而增加,气泡含量随冰盖密度增加而减少.冰盖结构特征与污染物分布具有相关关系,冰芯密度及气泡分布与总氮、总磷和COD_(Cr)相关关系分别为0.8965、0.8718、0.8184,并建立多元回归模型揭示冰封期湖泊水质特征,为季节性湖泊冰盖研究及冰封期湖泊水资源规划和管理提供理论依据.     

基于洱海水生态特征的流域最大日负荷总量控制

基于洱海水生态历史数据及现状资料,采用概率密度分布曲线法及水生生物基准相结合的方式计算洱海总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))和氨氮(NH_3-N)的控制目标,目标值分别为0.36、0.026、4和0.28 mg/L.再根据该水质目标,得到洱海的最大日负荷(TMDL)总量.TMDL总量采用线性规划法计算,其中污染物响应系数矩阵通过MIKE 21二维水质模型计算所得.安全容余(MOS)则通过一阶误差分析法确定.经过一系列的计算,最终确定洱海的TMDL总量控制计划.计算结果表明,洱海TN、TP、COD_(Mn)和NH_3-N的TMDL总量分别为2005.989、149.671、19258.844和1348.119 kg/d,其MOS所占比例分别为6.152%、5.570%、4.380%和5.021%,表明洱海农业面源污染为该流域主要的污染形式,其允许最大排放量约占全部允许排放量的90%左右.     

环太湖江苏段入湖河道污染物通量与湖区水质的响应关系

基于2008-2018年环太湖江苏段入湖河道污染物通量及湖区水质数据,从时空变化及相关关系两个方面探讨了入湖污染物通量与湖区水质的响应关系,并分析了污染物进入湖体影响水质的主要因子.结果表明:太湖污染减排已见成效,氨氮、总氮、高锰酸盐指数和化学需氧量入湖污染物通量整体呈下降趋势,年均下降率分别为8.0%、2.0%、1.6%和2.2%,湖体氨氮和总氮时间格局响应较好,年均下降率分别为2.1%和2.3%.湖体氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量与入湖污染物通量整体由西北部、西部湖区向东南部、东部湖区递减,空间格局上响应基本一致.全湖区年尺度总氮、氨氮浓度与入湖河道污染物通量分别呈显著正相关、极显著正相关关系;影响湖区总氮、氨氮的主要因子为入湖河道的总氮、氨氮浓度,其次为入湖河道浓度与原湖区水质差值,因此亟需加强入湖河道水质浓度的控制.     

调水前后南四湖藻密度及水环境要素变化特征

为探究大规模调水输入背景下南四湖生态环境演变特征,采用多种非参数统计方法综合分析2010—2020年南四湖藻密度、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮、叶绿素a（Chl.a）、五日生化需氧量（BOD₅）、高锰酸盐指数（COD_Mn）年际年内变化规律和影响因素.结果表明：2010—2020年南四湖上、下级湖水质综合污染指数年均值范围分别为0.759~0.945、0.719~0.926,水质总体逐渐改善,但TN单项污染指数存在超标现象,主要可能与入湖河流中高浓度氮输入有关.受南水北调东线工程运行初期与严峻旱情的影响,南四湖藻密度、TP、氨氮、Chl.a在2013—2015年发生突变,随后均呈增加趋势.南水北调东线工程的运行对南四湖藻密度的年内波动影响强烈,调水工程运行后每年10月份出现峰值,其中2016年上级湖藻密度高达520.0×10⁴ cells/L.湖区藻密度不仅与氮磷质量比（TN/TP）、TP、COD_Mn、Chl.a呈显著相关,还与降雨、水温密切相关.在南四湖生态环境保护治理过程中,应强化关键水质指标的污染监管与治理,完善调水方案和水生态危机应急管理办法.     

梁子湖水质时空格局分析

基于大样本监测数据,从点位、湖区、全局3个层次,对梁子湖水质的季节变化和空间差异进行综合分析,发现梁子湖水质存在显著的季节差异和较大的空间差异:(1)季节上,夏、秋、冬季污染相对较重,春季污染相对较轻;夏、秋季主要污染指标为高锰酸盐指数(COD_(Mn)),冬季为总氮(TN);(2)空间上,东梁子湖和牛山湖污染相对较重,西梁子湖污染相对较轻;东梁子湖主要污染指标为COD_(Mn)、总磷(TP)和TN,牛山湖为COD_(Mn)、TN和氨氮,西梁子湖为COD_(Mn)和TN.研究结果有助于更好地了解梁子湖水质的时空变化特点,进而制定有针对性的保护措施和管理对策.