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。

传统铁碳微电解填料在除磷过程中出现的填料板结、沟流等问题不但会导致水体除磷效果降低,而且填料上脱落的碳颗粒导致产泥量增大还会增加后续处理成本。为此,采用铁基材料和碳纤维组成的新型铁碳微电解材料为除磷材料,以碳纤维、铁基材料等除磷材料为对照,考察了新型铁碳微电解材料对武汉市某湖泊水体总磷的去除效果及不同处理时间对水体总铁浓度和浊度的影响。结果表明:间歇曝气处理10 h,新型铁碳微电解材料、铁基材料和碳纤维对水体磷的去除率分别为80.00%、76.73%、2.86%;铁碳微电解处理72 h后静置96 h,水体总磷浓度从静置前的0.052 mg/L降至0.012 mg/L,水体总磷达《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅱ类标准,水体浊度和水体总铁浓度均变化不明显,最终分别为4.14 NTU和0.089 mg/L;悬挂于水体中的新型铁碳微电解材料未出现填料板结、沟流等现象,且水处理过程中仅产生铁絮凝物,克服了传统铁碳填料中因碳颗粒脱落导致产泥量增大等问题,提高了水体磷的去除率,而且水体浊度和总铁浓度增加不明显。研究成果有助于探寻水体富营养化治理的新途径。

区域降水事件特征影响水循环,进而对社会经济各个方面有着深远的影响。京津冀地区是我国的政治、经济、文化中心,水旱灾害频发,亟需全面了解该地区区域降水事件特征。以京津冀地区173个气象站1989—2018年间逐日降水数据为基础,共识别出552次区域降水事件,采用集合经验模态分解(EEMD)等方法,从持续时间、覆盖范围、降水强度3个要素对京津冀地区区域降水事件特征及时空分布情况展开研究。结果表明:①区域降水事件发生频率有随持续时间、覆盖范围增大而减小的趋势,减小趋势逐渐变缓,区域降水事件的降水强度在10 mm附近频率最高,区域降水事件的3个要素均与综合性强度有着明显的正相关关系;②京津冀地区区域降水事件综合性强度年际变化呈现出10 a左右的周期,但长期趋势性不明显;③京津冀地区区域降水事件沿地形呈“西北少、中部多”的空间分布规律。研究成果可为当地水资源规划、防灾减灾等提供技术支撑。

为了分析未来时期(2020—2099年)长江中下游区域气象干旱演变特征,选取跨行业影响模式比较计划(ISIMIP)的4个全球气候模式,基于不同代表性浓度路径(RCP)的排放情景(RCP-2.6、RCP-6.0和RCP-8.5),分别计算了标准化降水指数(SPI)和标准化蒸散发指数(SPEI),探讨了两种指数对研究区气象干旱的刻画能力,分析了研究区未来气象干旱变化规律。研究结果表明:未来时期SPI整体呈增加趋势,汉江流域和洞庭湖水系西北区域增加幅度较大,说明该区域干旱减缓趋势明显;SPEI呈显著减小趋势,且随着排放浓度的增加,减小幅度逐渐增加,洞庭湖水系和鄱阳湖水系东南区域减小趋势较大,说明该区域未来时期干旱增加趋势明显;不同情景下SPI减小的区域SPEI也呈减小趋势且减小幅度更大;研究区SPI与SPEI的相关性从北到南、从西到东逐渐增强;SPI与SPEI的整体相关性随着排放浓度的增加逐渐减弱。研究成果有助于预估未来长江中下游区域干旱发生演变规律。

为探究北江流域的水资源状况及其在不同程度干旱下的变化特征,利用SWAT模型模拟北江流域径流过程,并在此基础上评估北江流域的蓝绿水资源时空变化及其对干旱的响应特征。研究表明:北江流域水资源以蓝水为主,多年平均蓝水量为1 149.08 mm,绿水量为981.08 mm,绿水系数为0.48; 1966—2010年间,北江流域蓝绿水无显著变化趋势,空间分布上蓝水表现为南多北少,而绿水则与之相反;蓝水对干旱的响应更敏感,重度干旱下,北江流域的蓝水量较多年平均值分别减少16.94%,流域内的水资源分配模式由以蓝水为主转变为以绿水为主,绿水系数达0.53。从蓝水和绿水的角度研究北江流域的水资源状况及其干旱响应特征,可以为流域水资源管理提供依据,增强应对干旱风险、保障流域水安全的能力。

由于气候变化以及人类活动的影响,鄱阳湖水文情势发生了一定程度的变化,需定量评估不同驱动因子对鄱阳湖水情演变的影响。采用一系列水文指标表征鄱阳湖水文情势,构建BP神经网络模型模拟鄱阳湖水位,通过情境对比分析长江干流流量、鄱阳湖子流域入湖流量以及地形变化对各水文指标变化的贡献率。结果表明:长江干流流量是鄱阳湖7—10月份月平均水位降低的主要驱动因子,贡献率为52%～67%,对年最高极值水位的拉低效应明显,对年最低极值水位起到一定的抬高作用;地形是鄱阳湖12月—翌年3月月平均水位下降的主要驱动因子,贡献率为92%～185%,对年最低极值水位的拉低效应明显。最后对鄱阳湖水资源管理和调控提出一些建议:优化三峡水库运行调度,根据实际情况将三峡水库汛末蓄水时间适当提前;加强鄱阳湖子流域水利工程建设,在三峡蓄水期间增加五河泄流;规范采砂。

为顺利开展城市河道污染整治工程,有效控制河道底泥引发的二次污染,研究河道底泥污染特征并分析其生态风险具有重要意义。基于台州安溶泾河道底泥检测结果,采用单项污染指数法、潜在生态风险指数法、聚类分析法等多种方法对底泥重金属含量、污染状况、空间分布、生态风险等进行评价。结果表明:底泥中Cu、Zn、Pb、Cd这4种重金属污染严重;从流域上看,主要污染区域为安溶泾上游段、2条支流段和支流与干流交汇处;从河道纵剖面上看,随着底泥深度的增加,超标重金属浓度普遍降低;Cu和Cd的潜在生态危害较严重,且在安溶泾上游段源头、2条支流及支流与干流交汇处底泥Cd和Cu的受污染程度最为严重。研究成果可为城市河道底泥重金属污染的预防和综合整治提供依据。

水资源安全影响区域社会经济的健康发展,全球气候变化与人类活动已对流域水资源安全造成巨大压力。建立水资源、水环境及社会经济系统动力学(SD)模型,以层次分析法构建水资源脆弱性评价指标体系与评价标准,设置常规、技术革新型、经济优先型以及综合发展4种模式,采用综合指数加权法对2010—2035年南渡江流域水资源脆弱性进行评价预测并探究水资源脆弱性成因及机理。结果表明:各产业生产用水、城乡用水、GDP增长率与流域水资源脆弱度呈正相关,污水处理率、三产/工业比例与其呈负相关;4种情景都经历中等、轻微和不脆弱3个阶段,整体脆弱度呈现下降趋势,且情景3、情景1、情景2、情景4下降幅度依次增加;情景3整体脆弱度最高,均值为43.81,情景4整体脆弱度最低,均值为33.48;综合发展模式最适合南渡江流域健康发展。

辨析区域用水结构特征,对于优化区域水资源配置、社会经济与生态环境协同发展具有重要意义。利用洛伦兹曲线、基尼系数、洛伦兹不对称系数等方法,对甘肃省各区域近10 a来用水结构时空分布特征、均衡差异性、主要用水指标(万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、人均综合用水量和净灌溉用水量)进行研究,并对研究结果进行定量分析。结果表明:甘肃省用水结构存在显著差异,工业用水、城镇公共用水、居民生活用水基尼系数均＞40%,超过了“警戒线”,空间分布极不均匀;生态环境用水、农业用水空间分布相对合理,但仍未达到“空间均衡”的治水目标;工业用水、城镇公共用水、居民生活用水具有明显的空间分布不均匀性,总体呈现出由类型用水量较大区域主导的非对称性特征。研究结果与实际情况基本吻合,表明该研究思路和研究方法可为区域水资源优化配置、用水结构分析提供一定的参考。

为了探究江都水利枢纽下游潮水位变化规律及其影响,根据输水口门三江营站逐日资料, 应用趋势分析和周期分析的方法,分析1957—2019年长系列的特征潮位、潮差、潮历时、周期等典型要素的变化规律以及对工程运用的影响。结果表明:多年潮位呈显著增大变化,涨落潮最大潮差呈不显著增大趋势、涨落潮最大历时呈不显著减小趋势,但最大潮差和潮历时在夏季呈现与年趋势相反、在枯水期呈现与年趋势相同的变化。特征潮位、潮差、潮历时均呈周期性变化,特征潮位和最大潮差主周期均约为28 a,涨落潮最大历时主周期约为22 a;根据主周期特征时间长度,特征潮位、潮差、潮历时目前均处于增大阶段,将于2020—2021年进入为期约7~9 a的减小期。该研究对南水北调东线源头充分调引长江水源以及淮河洪水安全下泄具有重要的现实意义,也为更好地掌握长江河口潮流界末端潮流的运动规律提供参考。

微塑料作为一种新型污染物已在全球范围内引起高度关注。长江源是“中华水塔”,是我国最重要的生态功能区之一,但是对该区域微塑料的污染水平及分布尚不清楚。本研究调查了长江源区河流水体微塑料的污染状况,结果表明:在各采样点中均检测到微塑料,其丰度范围为247~2 686 个/m³,平均丰度为(1 823±949)个/m³;粒径<0.05 mm的微塑料占主导地位,约为总数的70%;96.2%的微塑料形状为碎片,透明色微塑料比例最高;此外,这些微塑料中最常见的聚合物类型是尼龙和聚乙烯,比例均在30%左右。研究表明长江源区正在受到不同种类微塑料的污染,在该区域的微塑料研究应该进一步深入。

广东省水库工程尤其是小型水库数量众多,水库在发挥防洪、灌溉等社会效益的同时,不可避免地会对河流的生态环境产生影响。为充分保障下游河道的生态流量,选取北江流域内的茂墩水库为例,采用Tennant法计算生态流量,并依据《中华人民共和国水法》(2016年)等法律明确了茂墩水库各功能之间的优先保障次序,采用改进的水库综合调度方案编制了茂墩水库的调度图。结果表明:改进的方法可以在保障生态流量的基础上,准确地完成供水与灌溉综合调度图的编制,同时改进的方法避免了采用相对较丰来水条件库水位的下包线来调度枯水时段的不足;在计算中剔除了加大供水时段,确定的需水量更加合理;此外,还可防止限制供水线与防破坏线交叉,避免了由此造成调度图不准确的问题。研究结果提高了时历法编制综合调度方案的实用价值。

为加强突发水污染事件的风险防范和应急处置,保障长江三峡库区水体环境安全,收集重庆市2009—2018年间165起突发环境事件数据,采用统计分析的方法,探讨10 a来突发水污染事件时空分布及发生特征。结果表明:突发水污染事件是重庆市突发环境事件的主要类型,占突发环境事件总数的83.6%,其数量总体呈波动下降趋势;突发水污染事件主要集中在主城九区及周边的区县,渝东南、渝东北各区县发生次数相对较少;在重庆市境内的六大水系中,长江上游干流水系、嘉陵江水系发生突发水污染事件次数占总数的84.8%;突发水污染事件的主要诱因为道路交通事故、设备故障和操作不当,其发生主要形式为有毒有害物质泄漏进入水体;突发水污染事件出现频率较高的污染物为油类、废水类、有机物、酸碱类、液氨和减水剂。研究成果可为加强突发水污染事件的风险防范和保障三峡库区的水环境安全提供参考。

基于山东省1961—2017年21个气象站点的降水资料,采用线性回归、空间插值、滑动平均和小波分析等方法分析了57 a来山东省年、季降水量和雨日的时空变化特征。结果表明:山东省降水量和雨日整体呈现自南向北递减的纬度地带性和自东向西递减的经度地带性,高值中心都出现在泰山地区。春、夏两季的雨日和年雨日空间分布相似,冬季雨日呈“东北-西南递减型”分布;年降水量的减少速率为-16.28 mm/(10 a),年雨日以-2.16 d/(10 a)的速率显著下降(通过了0.05的信度检验),两者都存在约17 a的年代周期变化;春季降水量呈微弱增加趋势,和雨日趋势相反,其余三季的降水量和雨日都为负趋势,且夏季降水量和雨日的负趋势通过了0.05的信度检验。年尺度和季尺度下,雨日的负趋势都比降水量的负趋势强度要大,空间范围更广。研究成果可为山东地区水资源规划利用提供合理依据。

为了掌握洱海特征污染物入湖后在湖区的迁移规律,基于环境流体动力学模型EFDC,建立了洱海三维水质数学模型,并利用2015年、2016年的水文水质监测数据对模型进行了率定和验证。利用建立的洱海三维水质数学模型,模拟分析了不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下的洱海湖区总氮(TN)、总磷(TP)时空演变规律。结果表明:不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下的TN、TP分布规律类似;丰水期湖区TN、TP浓度总体上大于平水期和枯水期,高浓度汇入条件下的湖区TN、TP浓度总体上大于中浓度和低浓度;不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下洱海湖区TN、TP平均浓度差别不大,分别约为0.50 mg/L和0.03 mg/L;空间分布上,洱海湖区北部TN、TP浓度较高,近岸区域、湖湾的TN、TP浓度高于湖区。研究结果可为保护和治理洱海提供参考。

降水量的变化情况一直是气候问题的讨论焦点。使用1969—2018年青海省生长季(5—9月份)降水量数据,借助ANUSPLIN插值、Mann-Kendall检验、小波分析等方法,研究青海省近50 a生长季降水量变化特点。结果显示:①50 a间降水量总体趋势为增加,倾斜率为2.12 mm/a,变化周期主要有22、8、4 a三个尺度,突变点为1974年、1986年、1997年、2008年,其中1986年和2008年由丰变枯,1974年和1997年由枯变丰。预测2019—2020年会出现降水量从枯到丰的转变,降水量的变化趋势也将表现为增加。②空间变化特征显示青海省生长季降水量仍然保持增加,通过转变节点划分阶段,1969—1986年间青海省南部降水增加趋势明显,1986—2008年间高海拔地区降水增加趋势强度大,2008—2018年间正处在降水枯期,降水量表现为一定的减少趋势。

为了解修武地区地下水水化学特征,选取2018年丰水期42个地下水样和3个地表水样数据,综合运用数理统计、Piper三线图、模糊数学综合法、相关性分析和Gibbs图等进行修武地区地下水水化学特征分析及水质评价,并分析其主要影响因素。结果表明:①修武地区地下水中Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-含量相对较高,阳离子浓度呈Na⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺的关系,阴离子浓度呈HCO₃^-＞SO₄^2-＞Cl^-＞NO₃^-＞F^-的关系。②浅层地下水整体呈明显分带特征,从北部冲洪积扇的HCO₃型和HCO₃·SO₄型,至扇前洼地变为HCO₃·SO₄·Cl型,过渡到黄沁河冲洪积平原变为SO₄·Cl型、SO₄型和HCO₃·SO₄型;深层地下水整体呈HCO₃型。③模糊数学综合评价结果表明修武地区地下水水质整体较好,局部地下水受到污染。④地下水水化学主要受岩石作用控制,也受蒸发浓缩作用影响,局部地下水受地表水、水动力条件及人为因素影响,主要是工矿企业污染。研究成果可为修武地区地下水污染防治及水资源保护提供参考依据。

根据1967—2016年蒋坝、尚咀、高良涧和老子山4个水位站逐日数据,运用Mann-Kendall检验、有序聚类分析、BFAST算法和小波分析,揭示了洪泽湖特征水位年际、年内变化规律;并通过分别构建各特征水位与同期各入湖、出湖流量及降水量、蒸发量之间的多元回归关系,揭示了驱动洪泽湖特征水位变化的主导因素。研究表明:3类特征水位(平均水位、最高水位、最低水位)显著突变时期均在1982—1985年之间,1986年后洪泽湖特征水位呈显著上升趋势,最低水位变化响应时间最早,最高水位响应时间最晚;各特征水位均存在36、17、9 a的第1、第2、第3主周期;在蓄水期(Stage1)小柳巷入湖流量是影响平均水位和最低水位变化的主要因素,分别达到36%和33%,三河闸出湖流量是影响最高水位变化的主要因素,达36%;泄水期(Stage2)双沟入湖流量对最低水位影响更加明显,达到47%;涨水期(Stage3)小柳巷入湖流量在平均水位变化中起主要作用,达到29%。研究结果对于进一步认识洪泽湖水位变化规律具有重要意义,可为洪泽湖水位及上下游径流调控提供科学依据。

小头裸裂尻鱼为我国特有鱼类,仅分布在青藏高原,是水生态系统中的关键鱼种。2020年6月,以在长江南源当曲海拔4 819 m处选取的16尾(2雌14雄)性腺处于V期的小头裸裂尻鱼为研究对象,在海拔4 767 m处原位孵化1.1万受精卵。孵化条件为:日节律众数水温区间为8.3~16.0 ℃,溶解氧＞5 mg/L,pH值为(7.7±0.2),盐度为(0.13±0.1)psu,氨氮浓度＜0.1 mg/L,总悬浮固体含量为(3±0.5)mg/L。结果表明:亲鱼性腺成熟度佳,V期卵径为(2.4±0.2) mm,雄鱼全长约为雌鱼全长((40.3±3.5)cm)的1/2,体重约为雌鱼体重((435.2±67.5)g)的1/10。授精水温为16.3 ℃,受精率为99%;孵化第10 天(238~240 h)积温3 057 h·℃时发生大规模出膜;实施关键出膜水温19 ℃后,出苗率达到80%,出膜仔鱼长度为0.9~1.0 cm。人工繁殖技术的突破,有利于该鱼类的自然种群恢复、人工保种,以及研究其胚胎发育的物候响应。

在我国水库群规模日益庞大、功能结构日益复杂化的背景下,结构分析方法在水库群优化调度模型求解中占据越来越重要的地位。为全面梳理不同结构分析方法的适用性和优劣性,以及为复杂结构水库群优化调度提供高效的结构分析方法,基于水库群优化调度60余年来的研究成果,分别阐述了顺序模拟法、蓄供水判别式法、效用均衡理论法、聚合-分解法和水力关联矩阵法5种结构分析方法的研究进展。顺序模拟法逻辑直观、普适性强,蓄供水判别式法能够对发电调度中水库群的蓄供水次序快速排序,以上2种方法均适宜于串联结构水库群结构分析;效用均衡理论基于微观经济学厂商均衡理论对水库群调度方式进行优化,理论基础坚实,适用于水力关系较为独立的并联水库群;聚合-分解法包含水库群联合调度图和大系统分解协调2种形式,可与其他串并联结构分析方法联合使用,适用于大规模混联结构水库群;水力关联矩阵法则采用矩阵形式描述水库群内部两两之间关系,不受水库群结构组合的限制,因此适用于任何结构水库群。结构分析方法对于优化高效求解水库群优化调度问题至关重要,但也需要与其他环节配合才能实现,建议未来在径流预报信息利用、优化调度统计模型与物理背景耦合及混联水库群精细化调度等方向开展进一步研究。