珠江流域氮、磷营养盐入河量估算及预测

针对日益严重的流域营养盐污染问题,以珠江流域为例,采用系统动力学模型与多主体农户和农村环境管理模型耦合构建反映农户生产决策实际污染过程的流域氮、磷营养盐排放仿真系统,模拟2000—2030年不同污染源的营养盐产生、排放和进入河流的污染过程,分析其污染特征、影响因素和演变趋势.结果表明:在基准情境下,珠江流域总氮(TN)入河量从2000年的5.79×10~5t增加到2030年9.45×10~5t,在2027年达到峰值(9.53×10~5t);总磷(TP)入河量逐年递增,年均增长率为2.0%,从2000年的7.9×10~4t增加到2030年1.4×10~5t.在TN入河量中,种植业贡献最多,其次是城镇污水、养殖业和农村污水,2000—2030年期间年均贡献率相应为43.5%、32.5%、19.2%和4.9%.在TP入河量中,2000—2030年种植业、养殖业、城镇污水和农村污水的年均贡献比例分别为35.6%、28.8%、21.5%和14.1%;2000—2010年,养殖业为第一污染源,其次是种植业、城镇污水和农村污水;2011年种植业的贡献比例(31.6%)开始超过养殖业(30.8%)成为首要污染.研究显示,流域营养盐排放仿真系统可为营养盐控制提供技术支持和理论依据.     

金沙江下游梯级水库对氮、磷营养盐的滞留效应

氮、磷是水域重要的营养或污染物质,大型水库修建将对江河氮、磷物质的输运产生重要影响.以金沙江华弹、向家坝水文站2006-2016年实测水质资料为依据,通过建立污染物浓度与流量比值（TN/Q、TP/Q）与含沙量（S）的关系式,对金沙江下游溪洛渡、向家坝梯级水库蓄水前后进出库总氮（TN）、总磷（TP）浓度及通量的变化特征进行研究.结果表明：（1）华弹站不受蓄水影响,TN和TP浓度在0.38~1.41和0.01~0.73 mg/L之间变化,向家坝站蓄水前TN和TP浓度在0.32~1.33和0.03~0.42 mg/L之间变化,蓄水后在0.35~1.29和0.01~0.05 mg/L之间变化,蓄水后TN浓度较蓄水前略有升高,但TP浓度较蓄水前约降低75%;（2）蓄水前华弹站TN浓度与向家坝站基本接近,TP浓度总体低于向家坝站,蓄水后华弹站TN浓度低于向家坝站,TP浓度明显高于向家坝站;（3）金沙江TN以硝态氮（NO₃^--N）为主,占TN浓度的67.3%~91.8%;（4）两站的TN浓度随流量和含沙量变化较小,TP浓度与流量和含沙量均呈正相关关系;（5）华弹站TN、TP年通量在48357~135827和4720~14163 t之间变化,年均值分别为90337和8932 t,向家坝站蓄水前后TN年通量在64232~130966和71675~149647 t之间变化,蓄水后通量总体高于蓄水前,TP年通量在8851~18624和3131~7300 t之间变化,蓄水后通量远低于蓄水前;（6）水库蓄水对出库TN浓度与通量无明显影响,但TP浓度与通量较蓄水前明显降低,其中通量年均滞留率约为67.0%.     

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.     

江西省万安水库对氮、磷营养盐的滞留效应

以江西省万安水库为研究对象,于2007-2009年丰、枯水期对水库进行了人库、出库水样采集,研究了万安水库对氮、磷营养盐的滞留效应.结果表明,万安水库对氮、磷营养盐存在显著滞留作用.DIN浓度和输送通量整体均表现为入库>出库,受径流量季节变化的影响.不同时期DIN的滞留情况整体表现为枯水期<丰水期;TP浓度和输送通量整...     

水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响

以江苏省南京市富营养化程度不同的清溪、护城河、玄武湖、月牙湖、琵琶湖和前湖为研究对象,调查各水体浮游植物的群落特征和优势种,并结合藻类生长潜力试验,探究不同氮、磷营养水平的自然水体对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）生长与竞争的影响.野外调查发现不同营养水平水体浮游植物优势种不同,按水体富营养化程度从高到底依次以绿藻、蓝藻、硅藻和隐藻分别占优势.单一藻种培养时,铜绿微囊藻在清溪、护城河和玄武湖水体中生长均较好,而斜生栅藻仅在高氮、磷浓度的清溪和护城河水体中有较大生长量,说明斜生栅藻对氮、磷的需求高于铜绿微囊藻;两种藻共培养时,清溪水体中斜生栅藻占优势,护城河和玄武湖水体中铜绿微囊藻占优势,但其他水体中两种藻均不能生长,说明氮、磷浓度过高或过低都不利于蓝藻形成优势.对低营养水平的玄武湖、琵琶湖、月牙湖和前湖水体进行氮、磷加富后,两种藻均能较好地生长,且各组没有显著差异,说明藻类在这些水体中生长受到氮、磷的限制,氮、磷浓度升高会增加水华发生的风险.本研究将野外调查和藻类生长潜力实验相结合,深入探究了蓝藻优势形成与水体氮、磷营养水平的关系,揭示了蓝藻水华是湖泊富营养化发展到特定阶段的产物,水体氮、磷浓度过高或过低均不易产生蓝藻优势.     

南亚热带水体7种常见浮游动物的个体氮、磷含量及其排泄率的比较

比较分析了我国南亚热带湖库7种常见浮游动物,萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、前节晶囊轮虫(Asplanchna priodonta)、颈沟基合溞(Bosminopsis deitersi)、微型裸腹溞(Moina micrura)、中华拟同型溞(Daphnia similoides sinensis)、温中剑水蚤(Mesocyclops thermocyclopoides)和舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus)在温度15~30℃范围内的氮、磷排泄率以及氮、磷含量.氮、磷含量分别为4.9~24.2μg/mg(DW)和51.2~153.5μg/mg(DW);氮磷原子比为11.5~43.0.磷含量与个体干重呈显著正相关关系,但氮含量和氮磷比与个体干重相关性不显著.溶解态无机磷(DIP)排泄率为0.31~2.05μg/(mg(DW)·h),与个体干重呈显著负相关,与温度和个体氮磷含量比值均呈显著正相关.总溶解态氮(TDN)排泄率为24~256μg/(mg(DW)·h),与温度和个体干重均呈显著相关,但与个体氮磷含量比值相关性不显著.排泄的TDN∶DIP原子比为112~352,与温度呈显著正相关,与个体干重和氮磷含量比值均呈显著负相关.结果表明,在高氮磷比的食物条件下,7种浮游动物营养盐排泄均呈现高的氮磷比特征,磷排泄率和排泄的氮磷比的种间差异受个体干重和个体氮磷比影响.     

太湖蓝藻水华暴发的氮磷控制阈值分析

藻类生长与营养盐浓度存在藻类几何级数增长的营养盐浓度变化的下限阈值和藻类生长不受氮磷浓度增加影响的上限阈值,但由于蓝藻水华的形成受多种因素的综合影响,不同湖泊、不同区域及不同时段的氮磷浓度对蓝藻水华的影响差别较大,使得蓝藻生长的氮磷控制阈值难以确定.针对控制蓝藻水华暴发的氮磷阈值的研究虽然有所开展,但多集中在实验室研究阶段或对经验值的判断,虽然也有基于野外实测数据的研究,但也限制于某一特定区域,而基于野外长序列实测数据并且覆盖整个湖泊的氮磷阈值研究则是空白.太湖作为具有较高营养背景的富营养化浅水湖泊,蓝藻水华的发生受氮磷影响较大.对太湖总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chl.a)浓度的时空变化分析发现,太湖西北湖区的TP、TN与Chl.a浓度明显较高,并且TP、TN与Chl.a均呈显著性正相关.为探究太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值,以轻富营养化等级下的Chl.a分级标准(10,26］作为表征水华暴发的条件,采用郑丙辉等的频率分布法,确定了太湖蓝藻水华暴发的TP和TN控制阈值分别为0.05~0.06和1.71~1.72 mg/L;通过空间验证,太湖藻型区TP和TN浓度远高于同级营养水平下全湖区TP和TN控制阈值,表明藻型区高氮磷水平为蓝藻水华发生提供充足营养盐条件,即使氮磷全湖平均浓度控制在蓝藻水华暴发的氮磷阈值水平之下,但在气象水文等因素适宜条件下,藻型区水华发生风险仍然较高;并且在高氮磷背景下,即便在水华发生风险低的季节,水华发生风险仍然较大.近十几年来,虽然太湖经历了大规模的高强度治理,但由于环太湖流域的湖西区入湖负荷占比大,导致太湖藻型区氮磷浓度仍处于高位运行状态,为蓝藻水华的暴发提供了充足的营养盐基础,因此,湖西区的控源减排仍然是太湖富营养化及蓝藻水华防控的重点.     

基于湖库水质目标的流域氮、磷减排与分区管理——以天目湖沙河水库为例

湖库水环境保护在保障生产与生活用水、维系生态平衡、发展旅游等方面发挥着重要的作用.水质目标管理是保护湖库水质的最佳管理办法.本文以天目湖地区沙河水库及其流域为研究区域,建立模型模拟沙河水库流域的水文与水质,评估入库污染通量和主要来源;依据水质目标测算氮、磷污染的容量和减排量,结合土地的生态保护与开发适宜性评估,提出氮、磷污染分区减排和土地管控的对策和措施.研究结果表明,沙河水库氮、磷污染物入库通量分别为206.01和3.29 t/a,面源总氮和总磷分别占总入库量的85.7%和67.5%.不同土地利用类型氮、磷输出强度有显著差异,总氮输出强度依次为茶园 >耕地 >建筑用地 >裸地 >草地 >退耕地 >林地 >河湖漫滩,总磷输出强度与地表覆盖度有关,依次为裸地 >建筑用地 >茶园 >耕地 >草地 >退耕地 >林地和河湖漫滩.从氮、磷输移过程来看,沙河水库流域总氮排放量为321.64 t/a,进入河流的为255.53 t/a,在河道输送过程中损失19.4%,最终有206.01 t/a进入水库;沙河水库流域总磷排放量为13.42 t/a,进入河流的为7.90 t/a,在河道输送过程中损失58.3%,最终有3.29 t/a进入水库.不同分区河流氮、磷滞留降解率有很大的差异,中田河总氮、总磷滞留降解能力最强,分别为34.71%和84.31%.2009年的通量计算结果显示,沙河水库总氮达到Ⅳ类水质目标需要的入湖减少量为32.01 t/a,入湖削减比例为15.50%,总氮达到Ⅲ类水质目标需要的入湖减少量为59.66 t/a,入湖削减比例为29.00%;总磷达到Ⅲ类水需要的入湖减少量为0.682 t/a,入湖削减比例为20.70%,总磷达到Ⅱ类水需要的入湖减少量为1.479 t/a,入湖削减比例为44.90%.为了实现基于土地利用的面源污染减排管控,选定植被覆盖度、水源涵养能力、地形坡度、土地利用、氮磷分区贡献量、与道路和村落距离等指标综合评估生态保护价值和开发适宜性,并划定禁止开发区、限制开发区和保护性开发区3个管理分区,最终确定各分区的开发强度限制和管控方式.     

太湖康山湾示范区水生植物对水体氮、磷控制的适用性分析

为重建湖泊水生植被,改善太湖局部水域水质,在太湖康山湾示范区两个大型围隔进行了两种类型水生植物重建.通过2010年8月-2011年8月的现场采样及分析测定发现,人工控制条件下,浮叶植物荇菜和菱以及沉水植物马来眼子菜的重建效果较好,在其生长季节具有较高的覆盖度;研究表明,控制风浪及提高透明度是恢复水生植被的前提;植被重建区沉水植物氮、磷含量与浮叶植物差别不大,但浮叶植物重建区水体氮、磷浓度的控制比沉水植物重建区好;从经济及水环境效益角度来看,太湖敞水区的沿岸带由于风浪的控制比较困难,恢复水生植被时,应选择浮叶植物荇菜、菱、沉水植物马来眼子菜等抗风浪能力强的物种.本研究为太湖敞水区沿岸带的生态恢复方案制定提供了理论依据.     

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.     

南海北部珠江口与琼东南盆地构造-热模拟研究

珠江口盆地和琼东南盆地位于南海北部的大陆边缘,本文在此地区选取了13条典型剖面,进行了构造沉降史和热史的模拟,初步探讨了其新生代以来的构造-热演化历史.其研究结果表明:珠江口盆地存在两次热流升高过程,分别为始新世(56.5~32 Ma)和渐新世(32~23.3 Ma).琼东南盆地存在三期加热和两期冷却过程,始新世盆地热流缓慢升高,渐新世西部地区热流持续升高,而东部地区热流升高持续至16 Ma,并在5.4 Ma以来存在一期快速沉降,由西向东加热事件逐渐变弱.南海北部陆缘存在多期次裂谷作用、热流升高的特征;"热沉降"阶段也非完全处于热衰减期,晚期也存在热流升高的加热事件,这些都有别于典型的被动大陆边缘盆地的热演化模式.     

Quantifying the impact of climate variables on reference evapotranspiration in Pearl River Basin,China

ABSTRACT

The impact of climate variables on monthly reference evapotranspiration (ET_o) is a critical issue in water resources management and irrigation planning. The spatio-temporal contribution of climate variables to ET_o in the Pearl River Basin (PRB), China, from 1960 to 2016 were calculated based on sensitivity and relative change of each climatic variable. The results show that annual ET_o total decreased by 1.64% and diminished in magnitude from the southeast to the northwest. Sunshine duration, wind speed and relative humidity decreased by 15.5%, 7.4%, and 4.0%, respectively, while average temperature increased by 4.25%. The ET_o showed a positive sensitivity to all variables except relative humidity, which showed a negative sensitivity. Sunshine duration had the highest contribution of ?4.26%, and the overall decrease in ET_o was mainly caused by the declines in sunshine duration and wind speed, which offset the positive impact of rises in average temperature and reduction in relative humidity.     

Evaluation and hydrologic validation of TMPA satellite precipitation product downstream of the Pearl River Basin,China

With high spatio‐temporal resolution and wide coverage, satellite‐based precipitation products can potentially fill the deficiencies of traditional in situ gauge precipitation observations and provide an alternative data source for ungauged areas. However, due to the relatively poor accuracy and high uncertainty of satellite‐based precipitation products, it remains necessary to assess the quality and applicability of the products for each investigated area. This study evaluated the accuracy and error of the latest Tropical Rainfall Measuring Mission Multi‐satellites Precipitation Analysis 3B42‐V7 satellite‐based precipitation product and validated the applicability of the product for the Beijiang and Dongjiang River Basins, downstream of the Pearl River Basin in China. The study first evaluated the accuracy, error, and bias of the 3B42‐V7 product during 1998–2006 at daily and monthly scale via comparison with in situ observations. The study further validated the applicability of the product via hydrologic simulation using the variable infiltration capacity hydrological model for three hydrological stations in the Beijiang River Basin, considering two scenarios: a streamflow simulation with gauge‐calibrated parameters (Scenario I) and a simulation after recalibration with the 3B42‐V7 product (Scenario II). The results revealed that (a) the 3B42‐V7 product produced acceptable accuracy both at the daily scale and high accuracy at the monthly scale while generally tending to overestimate precipitation; (b) the product clearly overestimated the frequency of no rainfall events at the grid cell scale and light rainfall (<1 mm/day) events at the region scale and also overestimated the amount of heavy rain (25–50 mm/day) and hard rain (≥50 mm/day) events; (c) under Scenario I, the 3B42‐V7 product performed poorly at three stations with gauge‐calibrated parameters; under Scenario II, the recalibrated model provided significantly improved performance of streamflow simulation with the 3B42‐V7 product; (d) the variable infiltration capacity model has the ability to reveal the hydrological characteristics of the karst landform in the Beijiang Basin when using the 3B42‐V7 product.     

南海珠江口盆地钻井BHT温度校正及现今地温场特征

温度是盆地现今地温场研究最重要的基础参数之一,针对钻井井底温度（BHT）一般低于地层真实温度的情况,本文对珠江口盆地16口钻井的BHT数据进行了校正,并根据校正后的温度数据采用最小二乘法新增计算了16个地温梯度及大地热流数据.结合前人发表数据,本文绘制了珠江口盆地最新地温梯度等值线图及大地热流等值线图.除此之外,系统收集整理了盆地钻井大地热流、生热率以及热导率等参数,利用一维热传导方程计算了盆地1～5 km深度处的温度,并绘制了盆地深部温度等值线图.在此基础上,分析了盆地现今地温场特征及其成因,以期为珠江口盆地地球动力学背景研究及油气资源评价与勘探提供地热学参数.     

珠江口盆地大地热流特征及其与热岩石圈厚度的关系

沉积盆地现今热流特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的必要约束条件,其总体变化趋势与热岩石圈厚度密切相关.本文根据新收集的珠江口盆地19口钻井温度数据,新增计算了19个大地热流数据,其中12个数据位于深水区（水深大于300 m）,丰富了该盆地深水区钻井地热数据.结合前人研究成果,绘制了该盆地的大地热流图,并分析了其热流分布特征.在此基础上通过求解一维热传导方程,计算得到36口井位处的热岩石圈厚度,量化了盆地大地热流与热岩石圈厚度间的关系.结果显示,珠江口盆地大地热流值介于24.2~121.0 mW·m-2,平均71.8±13.6 mW·m-2,新增盆地深水区钻井平均热流值高达84.5±4.4 mW·m-2.大地热流分布整体上从陆架区到陆坡区升高,而热岩石圈厚度整体分布趋势与大地热流相反.大地热流与热岩石圈厚度间存在良好的指数相关性.     

太湖流域望虞河西岸地区氮磷污染来源解析及控制对策

本文比较全面地调查了太湖流域望虞河西岸地区氮磷污染来源,结果表明:太湖流域望虞河西岸水体氮磷污染严重,氮磷污染物主要来源于生活污染,其氨氮、总氮、总磷排放量分别占总负荷量的60.2%、52.5%和52.9%.工业污染问题突出,纺织印染是污染物排放最大的工业行业.张家港市和江阴市为氮磷污染的主要贡献地.对区域环境容量进行了预测,并提出了氮磷污染削减目标,氨氮、总氮和总磷污染削减率分别达32.4%,51.8%和51.1%.最后,从加大污染综合治理力度、落实河道及生态修复工程、加强环境管理和监控等方面提出了望虞河西岸地区的氮磷污染控制对策.     

望虞河引长江水入太湖水体的总磷、总氮分析

太湖流域实施的调水引流,提高了流域水资源和水环境承载能力,发挥了水利工程在改善水环境方面的综合效益,支撑了流域经济社会的可持续发展.本文在分析近年来望虞河引江水量与入湖水量及入湖水体流经太湖湖湾水体水质变化情势的基础上,分析比较了2007年以来的调水引流期间,望虞河入太湖水体总磷、总氮浓度值与太湖贡湖湾、梅梁湾、湖西及江苏省其它主要入太湖河道的总磷、总氮浓度值,并通过监测结果分析了入太湖水体总磷、可溶性总磷的衰减趋势,从而得出,长江是优质水源,调引长江水为增加太湖水环境容量、改善太湖及区域水环境状况起到了积极作用.     

珠江口盆地开平凹陷边界断层三维几何学与运动学

神开断层位于开平凹陷北部,是发育在南海被动大陆边缘洋陆过渡带的大型伸展拆离边界断层.本文以高精度2/3D地震资料和测井资料为基础,首次对神开断层的三维几何学和运动学特征进行剖析.根据断距变化,结合走向、倾向、倾角特征,将神开断层分为西南、中、东北三段;空间上认为神开断层断面是由多个等倾角区组成的复杂曲面,重建其几何学形态模型,通过5个垂向轴面和3个横向轴面将神开断层断面分为20个区.以正断层相关褶皱理论为指导,对神开断层运动学特征进行深入研究;根据平衡剖面对比,认为断层西南段、东北段在始新世早期开始发育,中段在始新世中晚期发育并与西南段和东北段连锁形成一条断层;断层旋转程度自西南向东北变弱;断层西南段反转强度最大,中段次之,东北段无反转.神开断层西南段为"反犁式"形态;中段为"座椅式"形态,与大洋核杂岩伴生;东北段为"犁式"形态.断层下盘的波瓦状构造为古老的拆离断层面,与神开断层一起构成拆离断层系.