长江科学院院报

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1. 全风化花岗岩与花岗岩残积土的判别及物理力学性质对比

周小文, 罗兴财

长江科学院院报 2022, 39 (4): 1-7. DOI: 10.11988/ckyyb.20211331

摘要（2082）

PDF（pc）（1853KB）（2315）

全风化花岗岩(CDG)和花岗岩残积土(GRS)是华南地区易发生工程事故和地质灾害的土类。这2种土风化程度不同,其工程性质也有显著差异。现有规范主要根据野外特征和标准贯入试验实测击数进行划分,但在实际地质勘探中仍存在识别上的困难。对现有规范中关于确定CDG和GRS的相关条款进行了评述和讨论。鉴于CDG和GRS的级配特征存在一定的差异,前者一般为黏土质砂,后者一般为含砂黏土,建议利用某些级配特征作为区分这两种土的辅助指标。从某基坑工程中取土样进行了物理性质试验和三轴剪切试验。物理性质试验表明:残积土孔隙比较大,缺乏中等粒径,属于不良级配; 三轴剪切试验中,原状CDG和GRS均有较强的初始结构性,主要表现出以下特征:在剪切变形过程中,土样出现应变局部化的剪切带,并以鼓状-剪切带模式破坏,而重塑土样则呈现标准鼓状破坏模式; 原状CDG排水剪切摩擦角略高于GRS,黏聚力明显高于残积土,其原因为前者结构性更强; 重塑的CDG与GRS均破坏了原始结构性,两者的凝聚力接近; 在低围压条件下,原状土的结构强度对总抗剪强度的贡献较大,可达60%~70%,高围压的压缩作用可使土体的初始结构完全破坏,结构强度将消失。

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2. 一个共享的软件服务系统——水利云计算平台

徐文杰, 王忠静

长江科学院院报 2021, 38 (9): 141-148. DOI: 10.11988/ckyyb.20200674

摘要（1368）

PDF（pc）（6793KB）（952）

随着互联网+技术的发展,信息化、移动办公、资源共享等成为各行业发展的必然趋势。现行水利、岩土及工程地质等领域涉及的计算分析大都基于桌面软件,难以实现行业计算分析的规范化和标准化管理,同时团队合作性能差,造成资源浪费。基于云计算技术,从算法、二维与三维可视化、界面交互等技术层面进行了系统的探索,研发了面向Web应用的水利云计算平台(THC),实现了行业软件计算分析的跨平台、云可视、云共享、云审批、云分享等功能。对已开发的岩体结构统计分析、土工试验、边坡稳定分析、洪水演进四大功能模块的应用表明,THC可为用户提供可靠、便捷的服务支持,形成行业内首个交互良好的云计算平台。THC平台可为教师教学、学生、企业及有关科研人员提供良好的计算分析服务,同时对于推动行业计算资料的规范化、标准化及信息化管理也具有重要意义。

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3. 河谷差异地震作用下拱式倒虹吸地震响应分析

蒋乐英, 廖意辉, 王志明, 吴勇信, 李梅

长江科学院院报 2022, 39 (12): 117-121. DOI: 10.11988/ckyyb.20221035

摘要（1053）

PDF（pc）（3535KB）（359）

近年来调水工程数量逐渐增加,大跨输水结构抗震性能问题愈发突出。以滇中引水工程中龙川江倒虹吸为研究对象,建立三维有限元模型,将水平偏振横波(SH波)水平入射、斜入射以及垂直入射V形河谷场地计算结果作为地震动输入,分析地形效应引起的差异地震动对该大跨输水倒虹吸地震响应的影响,并与一致激励下结果进行对比。结果表明:考虑地形效应的差异地震动对结构重要构件受力和变形影响显著,结构不同构件表现不同,钢管、墩柱等构件横向受力和变形趋势呈现为:水平入射＞斜入射＞一致激励＞垂直入射,而差异地震动作用引起拱圈横向内力减小;结构刚度变化位置对差异地震动作用更加敏感,大跨度输水倒虹吸结构抗震设计有必要考虑地形效应及地震动入射角度的影响。

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4. 新疆奎屯河流域地下水砷超标原因分析

宿彦鹏, 李巧, 陶洪飞, 何雨江, 栗现文, 马合木江·艾合买提

长江科学院院报 2022, 39 (3): 54-59. DOI: 10.11988/ckyyb.20201188

摘要（1018）

PDF（pc）（1842KB）（1403）

新疆奎屯河流域是我国大陆第一个地方性砷中毒的区域,然而在人类活动与自然条件下,对该区地下水砷超标的原因未得到清楚的解释。通过2017年在研究区采集地表水、地下水样品51组,分析了主、微量元素组分;2019年在典型的高砷区钻井2个孔,采集沉积物样品44组,分析了粒径、化学成分。结果表明,研究区地下水砷浓度范围为10~887 μg/L,平均为55.8μg/L,沉积物中砷最高为28.41 mg/kg,砷超标(As≥10 μg/L)较为严重。周边山区分布的菱铁矿、砷酸钙、砷酸锰等矿物,为该区地下水砷含量超标提供了物质来源;强烈的蒸发浓缩作用与岩石风化作用使得地下水中的砷浓度进一步升高;高pH值、低Eh的地下水化学环境,造成砷酸盐从矿物表面解吸附聚集在地下水中;沉积物中Fe、Mn氧化物矿物和黏土矿物的还原过程使与之共存的砷被释放,也是该区地下水中砷超标的原因。

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5. 大坝安全监测智能感知与智慧管理技术研究及应用

黄跃文, 牛广利, 李端有, 韩笑, 周华艳

长江科学院院报 2021, 38 (10): 180-185. DOI: 10.11988/ckyyb.20210589

摘要（723）

PDF（pc）（1950KB）（1528）

水库大坝安全监测是工程安全的重要保障措施,亟需结合新一代信息技术,提升大坝安全监测能力。系统总结了长江科学院近年来在大坝安全监测智能感知与智慧管理技术方面的研究及应用工作,通过研发系列化智能传感器、智能采集单元和物联网感知平台,建设统一的大坝安全监测数据资源池,开发通用化安全监测云服务系统,搭建专业数据挖掘平台和综合可视化应用,实现了大坝安全监测数据感知、传输、管理、分析及展示全链路应用,形成了大坝安全监测全生命周期智慧解决方案。研究成果已在乌东德、溪洛渡、向家坝、大藤峡等100余项水利水电工程中成功应用,为保障工程建设及运行安全发挥了重要的支撑作用,具有很好的推广应用前景。

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6. 淡水环境中微塑料采样及预处理方法研究进展

李丹文, 林莉, 潘雄, 吴晓晖

长江科学院院报 2021, 38 (7): 14-23. DOI: 10.11988/ckyyb.20200586

摘要（617）

PDF（pc）（7339KB）（963）

微塑料是一种广泛存在的新型环境污染物,几乎存在于任何环境介质中,在海洋、河流、陆地、大气、土壤中均发现有微塑料污染。为更好地了解淡水环境中微塑料的研究情况,详细介绍了淡水系统中的微塑料采样和预处理方法,并探讨了其发展方向。其中,采样方法涉及水体、沉积物及水生生物方面;在微塑料的提取方面,比较了不同提取溶液和提取方法的优缺点;在样品消解方面,分析了不同消解液和消解方法的优缺点。最后针对现阶段微塑料分析方法存在的不足,提出了今后的发展趋势及工作展望,以期为淡水环境中微塑料的采样及预处理技术发展提供参考。

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7. 基于时变Budyko模型的滹沱河上游径流变化归因分析

苗正伟, 路梅, 丁志宏

长江科学院院报 2022, 39 (7): 29-35. DOI: 10.11988/ckyyb.20210284

摘要（615）

PDF（pc）（6930KB）（1017）

为了明晰径流演变的驱动力,进而促进水资源的可持续利用,对滹沱河上游的径流变化进行了归因分析。基于单参数Budyko方程,将径流影响因素直接划分为干旱指数和流域特征两类,首先以时间为协变量,描述Budyko方程参数及气候因子的时间变化,构建时变Budyko方程;然后基于分解法在年尺度及多年尺度上分离干旱指数和流域特征对径流变化的影响。研究结果表明:①时变Budyko模型大大提高了年径流的模拟能力;②基于时变Budyko模型的分段研究的结果与传统常参数Budyko模型的结果相近,表明本文所建立的时变Budyko模型是可靠的;③干旱指数和流域特征对滹沱河上游年径流的影响均为负贡献,其中,干旱指数的贡献率由86.79%持续递减至71.01%,而流域特征的贡献率由13.21% 持续增加至28.09%;④干旱指数对年径流的影响强度明显减弱是流域特征对年径流变化贡献率增加的主要原因。综上所述,滹沱河上游径流显著减少的主导因素是干旱指数,即降水和潜在蒸散发的变化。

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8. 金沙江上游河段水温变化规律及其影响因素探讨

邵骏, 杜涛, 郭卫, 欧阳硕, 王琨

长江科学院院报 2022, 39 (8): 17-22. DOI: 10.11988/ckyyb.20210380

摘要（575）

PDF（pc）（2640KB）（907）

金沙江上游作为长江的源头地区,具有特殊的生态环境功能,河流水温对水生生物的生长及周边生态环境具有重要意义。采用金沙江上游干流岗拖、巴塘、石鼓水文站实测水温数据,以河段天然水温作为研究对象,对其年内、年际变化及沿程分布规律进行了研究,并探讨了影响水温的主要水文、气象因素。结果表明,金沙江上游岗拖、巴塘、石鼓3个水文站月均水温最高值一般出现在7—8月份,最低值一般出现在1月份。1961—2018年3个水文站年水温总体上呈现出显著的上升趋势,并分别于1998年、1992年、2003年出现突变点。气温对3站月平均水温的影响最为紧密,其次是降水和径流,相对湿度、蒸发和风速也对该河段水温变化产生一定影响,日照与水温之间的关系最弱。从水温变化的沿程分布来看,从上游至下游,水温与径流、风速、水面蒸发相关系数沿程减小,与降水、气温、相对湿度相关系数沿程增加,其主要原因与金沙江上游流域水文气象特征关系密切。同时通过主成分分析,进一步验证了影响水温的主要因素。

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9. 中国西南喀斯特石漠化治理现状及对策

种国双, 海月, 郑华, 徐卫华, 欧阳志云

长江科学院院报 2021, 38 (11): 38-43. DOI: 10.11988/ckyyb.20210453

摘要（561）

PDF（pc）（1127KB）（1088）

我国西南喀斯特地区石漠化问题严重,虽然通过石漠化治理措施遏制了整体扩张趋势,但是治理形势并不乐观,生态环境质量有待进一步改善。针对中国西南石漠化治理存在的治理成果难以有效维持、无法彻底消除人地矛盾、治理难度不断提高等问题,在系统梳理西南喀斯特地区的特殊性、石漠化成因、西南喀斯特地区石漠化综合治理模式的基础上,从重视区域整体治理与系统修复、探索喀斯特生态产品价值实现机制与途径、加强喀斯特地区生态补偿、探索喀斯特地区社会-生态系统的协同机制四方面,提出了面向区域整体治理与绿色发展的对策建议,为我国西南地区生态环境和社会经济协同高质量发展提供科学参考。

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10. 长江流域水体微塑料污染现状及防控措施

李天翠, 黄小龙, 吴辰熙, 郭文思

长江科学院院报 2021, 38 (6): 143-150. DOI: 10.11988/ckyyb.20210057

摘要（531）

PDF（pc）（1122KB）（1541）

微塑料污染在全球范围内受到广泛关注。综述了长江流域水体中微塑料污染的已有报道,分析了长江流域水体微塑料的空间分布和污染特征,探讨了长江流域微塑料污染的危害,并提出了相应的防控措施。结果表明:长江水体微塑料污染具有较高的空间异质性,表层水微塑料丰度在几十到几万个/m³之间,沉积物中丰度在几十到几千个/kg之间;与国内外其他流域相比,长江流域水体微塑料污染处于中等偏低的水平,湖泊和水库的微塑料丰度普遍高于河流型水体;长江流域水体微塑料以聚酯类、聚乙烯和聚丙烯为主,形态多为纤维状、碎片和薄膜状;长江流域从上游至下游水体微塑料丰度逐渐升高,且多数水体微塑料丰度呈沿岸高、中心低的分布特征。控制长江流域水体微塑料污染,需完善相关法律法规、提高污水处理能力和塑料废物的管理处置能力。

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11. 汉江中下游丰枯水期水质时空变化特征

张胜, 林莉, 王珍, 潘雄, 刘敏, 董磊, 陶晶祥

长江科学院院报 2021, 38 (8): 47-53. DOI: 10.11988/ckyyb.20200610

摘要（504）

PDF（pc）（4788KB）（1055）

为探究汉江中下游丰、枯水期水质时空变化特征,于2019年6月丰水期和2020年1月枯水期对汉江中下游(丹江口-武汉段)开展全面调查,布设了18个干流采样断面和2个支流采样断面进行采样和分析,并采用综合污染指数法和综合营养状态指数评价法对水质进行评价。研究结果表明:汉江中下游干流综合污染指数在丰、枯水期整体表现为无显著性差异,但从各断面比较来看,大多数断面丰水期污染程度大于枯水期,空间上丰、枯水期沿程各断面变化趋势相似,污染较大的断面分布在襄阳、汉川和武汉段;主要污染因子为总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N),其中TN浓度在丰、枯水期各断面均超过地表水Ⅱ类标准,且丰水期显著大于枯水期,TP浓度多数断面丰水期大于枯水期,超过Ⅱ类水标准限值断面的比例为27.8%,NH₃-N在枯水期均处于Ⅱ类水标准限值内,仅在丰水期个别断面出现超标现象。通过综合营养状态评价可知,汉江中下游综合营养状态指数处于中营养到轻度富营养状态,整体上呈沿程递增趋势,时间上表现为丰、枯水期无显著性差异,但枯水期综合营养状态指数波动更大。对污染成因进行分析,汉江中下游水质主要受点源、非点源污染和支流汇入,以及水利工程等的影响。研究成果可为汉江中下游水资源保护和可持续发展提供科学依据。

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12. 灌浆工程自动监测技术进展与展望

贾宝良, 罗熠, 张慧, 郭亮

长江科学院院报 2021, 38 (10): 186-191. DOI: 10.11988/ckyyb.20210662

摘要（496）

PDF（pc）（1442KB）（1012）

水泥灌浆工程是隐蔽工程,灌浆工程质量难以进行直观检查和控制,因此对灌浆过程参数进行自动监测是十分必要的。综述灌浆自动记录仪技术进展,概述灌浆自动记录仪研制历程和数字化灌浆监测系统发展状况,并融合现代电子、物联网、大数据和区块链技术最新成果,智能化灌浆自动记录仪、灌浆全过程智能监测云平台、灌浆在线监测数据反造假分析技术和基于BIM+GIS技术的灌浆监测系统进行展望,该技术有利于保障水电工程安全和工程质量,降低工程成本,提高工程建设管理信息化水平。

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13. 基于深度学习的黑臭水体遥感信息提取模型

邵琥翔, 丁凤, 杨健, 郑子铖

长江科学院院报 2022, 39 (4): 156-162. DOI: 10.11988/ckyyb.20210045

摘要（487）

PDF（pc）（1898KB）（1003）

黑臭水体分布广泛,严重损害人民的居住环境和城市整体美观形象。以河北省廊坊市为研究区,利用高分二号(GF-2)多光谱数据和实测数据,使用PSPNet(Pyramid Scene Parsing Network)和U-Net模型对黑臭水体遥感信息提取进行对比实验研究。基于可见光波段(RGB)及近红外波段(NIR)计算归一化差异植被指数(NDVI)和归一化差异黑臭水体指数(NDBWI),针对细小形状的黑臭水体普遍存在的漏检问题,引入注意力机制模块对模型进行优化改进,构建改进型深度学习黑臭水体遥感信息提取模型。结果表明:输入RGB+NIR+NDVI+NDBW六通道组合遥感影像并引入注意力机制的U-Net网络模型对黑臭水体的提取结果最佳,其精度评价指标F1-srore、MIoU、Recall分别达到了0.864 5、0.868 1、0.835 9。

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14. 空间信息技术在水利行业的应用回顾与展望

郑学东

长江科学院院报 2021, 38 (10): 167-173. DOI: 10.11988/ckyyb.20210623

摘要（475）

PDF（pc）（1213KB）（1194）

精细化、智能化是当今科技发展的大趋势,空间信息技术的飞速发展推动了水利现代化进程。综合论述了空间信息技术在水利行业的应用场景和发展现状;分析了传统“3S”技术与新一代信息技术在水利行业发展趋势及应用前景;全面总结了长江科学院空间信息技术应用研究所20年来在利用空间信息技术应用在防汛抗旱减灾、水利工程全生命周期管理、水利工程对生态环境影响监测与评价、河湖管理、水土流失动态监测等方面的研究成果和典型案例。探讨了进一步围绕水利全要素立体感知、水利大数据综合利用、人工智能与水利业务深度融合等开展研究。

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15. 长江流域水体硅含量分布特征及影响因素研究综述

俞洋, 汤显强, 王丹阳, 黎睿

长江科学院院报 2022, 39 (3): 38-46. DOI: 10.11988/ckyyb.20201288

摘要（474）

PDF（pc）（1324KB）（1265）

随着“长江大保护”的推进,长江流域水体中浮游生物的生长状态成为日益热门的话题。硅作为六大生源要素之一,是影响浮游生物生长繁殖的要素之一,对流域生态系统的结构和稳定起到至关重要的作用。首先介绍了河流中硅的形态分类,讨论了对不同形态硅的研究意义。随后综述了国内外研究成果,对长江流域硅含量的时空分布特征进行整理分析,探讨可能影响河流、水库及河口硅含量分布的因素,对比分析了长江与国内外其他河流硅含量差异的原因,展望了长江流域硅含量当前研究的不足及未来研究方向。研究成果可为硅元素对长江流域浮游生物生长的影响等相应研究提供思路与建议。

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16. 基于TerraClimate数据集的1960—2019年中国干湿气候变化特征

肖潇, 邱新法, 徐金勤

长江科学院院报 2023, 40 (2): 27-33. DOI: 10.11988/ckyyb.20211079

摘要（463）

PDF（pc）（3779KB）（477）

考虑地理地形和下垫面等因素的影响,选用高空间分辨率TerraClimate数据集分析中国干湿气候变化特征具有重要意义。以该数据集1960—2019年的降水和蒸散月度数据为基础,基于降水量和湿润指数对中国各干湿区范围、干湿气候界线以气候变化趋势进行了分析。结果表明:前后30 a相比,基于两种指标划分的干旱区和湿润区面积负增长,半干旱区和半湿润区面积正增长;各区分界线主要在黑龙江、内蒙古中部和东北部、淮河以及黑龙江等地按年代波动;近60 a来,我国的降水量和湿润指数变化趋势不显著,均在西部和东南部趋于增大,气候变湿,在中部和东北部趋于减小,气候变干。与利用气象站点观测资料的研究结果进行对比评价,TerraClimate数据集能够很好反映中国区域的干湿状况及其变化特征,且降水数据的适用性更为突出。

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17. 长江科学院流域水环境与水生态研究进展及展望

李青云, 汤显强, 林莉

长江科学院院报 2021, 38 (10): 48-53. DOI: 10.11988/ckyyb.20210603

摘要（453）

PDF（pc）（1283KB）（1092）

简要介绍了长江科学院流域水环境研究所创建十年来的发展历程,系统总结了10 a来的主要进展和创新成果。①建立了功能齐全的水环境及水生态实验室,通过国家计量认证体系的指标有130余项,覆盖了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)规定的109项指标,建成了先进的流域水环境数值模拟平台,建成了河湖生态修复技术中试试验场;②特色研究成果包括:基于水沙过程的多面源营养物质输移机理与生态防治、水沙调控下大型水库磷输送特征、长江流域典型水域特殊污染物赋存特征及生态风险、长江源区主要鱼类栖息地形成机制、高原河湖水环境变化特征、饮用水水源地水质监测分析和保护管理、农村水电生态环境影响评价与对策、河湖水系连通的生态水文过程模拟和风险评价等;③主要的技术成果包括:湖库富营养化水体移动式水质净化系统、微电流电解抑藻技术、镉污染土壤生态水利修复技术、农村分散式供水的微电流电解灭菌技术、选铜尾砂改性及资源化利用技术等。最后,分析了水环境研究所发展中存在的不足,针对新时期面临的形势,对下一步研究重点进行了分析和展望。

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18. 长江流域水资源生态足迹及其驱动因素

邵骏, 卢满生, 杜涛, 王政祥

长江科学院院报 2021, 38 (12): 19-24. DOI: 10.11988/ckyyb.20210339

摘要（449）

PDF（pc）（4387KB）（1087）

为定量分析长江流域水资源开发利用状况,在传统的水资源生态足迹模型基础上,对其水资源生态承载力计算参数的选取进行了改进,采用区域用水总量控制指标替代区域人均水资源总量,对长江流域主要省区市的水资源生态足迹和水资源生态承载力进行了计算,分析了水资源生态足迹的驱动因子。研究结果表明,长江流域水资源生态足迹年际变化不大,呈现出小幅增加的态势。水资源生态足迹的变化反映了长江流域用水结构的变化,其地区分布规律在一定程度上反映了区域GDP状况。长江流域水资源生态承载力总体上呈现盈余态势,水资源生态赤字与水资源生态承载力分布规律一致。采用对数平均迪氏指数分解法对结构、技术、经济和人口等驱动因素分析后发现,GDP的大幅度增长是水资源生态足迹增加的主要原因,人口因素和用水结构在一定程度上影响着水资源生态足迹的驱动效应,技术因素对水资源生态足迹的增加起到抑制作用。

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19. 基于贝叶斯优化LightGBM的大坝变形预测模型

高治鑫, 包腾飞, 李扬涛, 王一兵

长江科学院院报 2021, 38 (7): 46-50. DOI: 10.11988/ckyyb.20200444

摘要（426）

PDF（pc）（3306KB）（987）

为了解决大坝变形预测模型易陷入局部最优及不适用大规模数据等问题,采用一种快速高效的基于决策树的梯度提升框架LightGBM,并结合全局优化算法——贝叶斯优化进行大坝变形预测。为验证模型适用性,以两座实际混凝土坝工程为例分析,并与多元线性回归、支持向量回归机和多层神经网络等预测结果进行比较。结果表明,该模型均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)等指标均优于其他方法,验证了该模型的可行性及优越性。LightGBM可对输入参数的重要性进行评估,对影响大坝变形的特征进行筛选,从而确定对大坝变形影响更显著的因素,为后续的安全评估工作提供参考。

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20. 长江中游岸线水域典型污染物种类与来源解析

唐海滨, 代嫣然, 范垚城, 雷磊, 宋晓勇, 寸得寿, 韩建, 梁威

长江科学院院报 2021, 38 (6): 151-159. DOI: 10.11988/ckyyb.20210067

摘要（411）

PDF（pc）（2238KB）（1341）

以长江中游宜昌段、武汉段和黄石段3个监测断面为研究对象,选取农业渔业、工业生产、港口物流、过江交通和城镇生活共5种典型开发类型岸线,鉴别了不同开发类型岸线水域主要污染物种类,同时解析了其时空分布状况。结果表明,依据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),3个监测断面不同类型岸线水域污染物主要包括常规污染物总氮、总磷、氨氮以及重金属铁、锰。不同污染物呈现一致的空间特征,3个断面中宜昌段水质最差,武汉段最好。而季节规律存在一定差异,3个断面常规污染物平均浓度秋季最高夏季最低,重金属则为秋冬季较高春季较低。5种岸线开发类型中,城镇生活岸线污染最为突出,总氮、总磷、氨氮、铁和锰平均浓度分别为11.58、0.83、5.85 mg/L,351.67、147.66 μg/L,超标倍数分别为11.58、4.15、5.85、1.17、1.48倍。3个断面农业渔业岸线,水体中共检出8种拟除虫菊酯类农药、33类有机磷农药和12种有机氯类农药,化工企业岸线上检出13种多环芳烃,其含量最高的分别为胺菊酯、特普、4.4′-滴滴涕和茚并(1,2,3-cd)芘,但均低于标准限值。依据比值法分析的源解析结果,多环芳烃主要来源为木材、煤以及少量油类。研究结果可为长江岸线的合理开发和结构优化以及长江大保护提供一定的数据支持。

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