海河流域平原型河流栖息地评价

栖息地作为河流水生态系统的重要组成部分,可为生物组分提供生存及繁衍所需的物理、化学及生物条件。良好的栖息地组成及结构是构成河流水生态系统生态完整性和生态健康的必要条件,栖息地质量综合评估可识别河流外部胁迫因子、河流生态完整性水平及健康状况,为河流生态恢复提供科学依据。文章以海河流域典型水系——大清河水系、天津水系和滦河水系为例,对流域尺度下河流栖息地质量进行了评价。结果表明,大清河水系、天津水系和滦河水系河流栖息地质量指数优化值分别为4.934、2.648、7.591,大清河水系河流栖息地质量一般、天津水系河流栖息地质量较差,滦河水系河流栖息地质量较好。     

海河流域河流生态系统健康评价

随着经济发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.本研究以海河流域2010年73个采样点的水质、营养盐和底栖动物指标为例,采用指标体系法,从化学完整性和生物完整性两方面评价了流域内河流生态系统健康.结果表明,海河流域河流生态系统健康状况整体较差,有72.6%的样点处于"极差"健康状态,同时表现出明显的地区集聚效应;河流水质与人类活动强度密切相关;海河流域水体富营养化趋势明显;流域内底栖动物多样性低,清洁物种较少.氨氮、总氮、总磷等营养盐指标是影响河流生态系统健康的关键因子,应从控制上述指标入手,遏制海河流域河流生态系统健康恶化.对于河流生态系统健康评价,多因子的综合评价法优于单因子评价法.     

海河流域河流空间分布特征及演变趋势

海河流域涵盖我国"京津冀"经济圈,河流对流域内人类生存和经济发展具有重要支撑作用,研究河流空间分布及演变趋势对于合理利用河流水资源、保护河流生态和实现经济可持续发展具有重要意义.本文运用遥感资料的GIS分析方法,对海河流域的河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度、闸坝等指标进行分析,发现:1海河流域河流地貌划分为上游山区段、中部平原段和下游滨海段,3个区段水系形状依次为树枝状(受人为干扰小),编织状(中度人为干扰),稀疏编织状(人为干扰强烈);2流域水库和水闸修建阻断河流纵向连续性,五大水系(滦河、北三河、永定河、大清河、子牙河)连续性指标值低于5;320世纪60年代—80年代—2000年,流域河流平均曲率不断减小,河网密度呈现不定向波动,反映出人为控制对河道形态改变程度大.今后应减少人类活动对河流自然属性的改变,河流治理和修复过程中应充分考虑保护和改造河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度.     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

海河流域北部地区河流沉积物重金属的生态风险评价

以海河流域北部地区主要河流为研究对象,采用Hkanson潜在生态风险指数法,根据39个采样点评价了河流沉积物重金属的潜在生态风险程度.结果表明,以中国大陆沉积物重金属背景值作为参考值,研究区内除Pb含量接近背景值外,Cu、Zn、Cd和Cr含量均超出了背景参考值.基于单项重金属的潜在生态风险指数,研究区内采样点Cu、Pb、Zn和Cr的风险等级属于"轻微",Cd则有不同程度的污染,各重金属污染等级排列顺序为Cd>Pb>Cu>Cr>Zn.基于多种重金属的潜在风险指数,32个采样点属于"轻微"等级,5个采样点属于"中等"等级,2个采样点属于"很强"等级.风险较高的河流为北京汤河、大石河和保定拒马河,表明这些河流是需要加强控制的重点地区.     

海河流域典型河流粪源性指示微生物的污染特征及其时空分布

当前,我国河流污染的监测、研究与治理甚少考虑微生物指标,导致国内大多河流的微生物污染状况不明.本研究以海河流域上游山区段永定河(张家口市)、中游平原段温榆河(北京市)和下游滨海段北运河(天津市)3段典型河流为对象,选取粪大肠菌群、大肠杆菌、肠球菌、SC噬菌体为指示微生物指标,开展了历时1年的野外调查,以期明确海河流域典型河流微生物污染的浓度水平及其时空分布特征.结果表明:除有机污染和富营养化问题外,3条河流也受到了较为严重的微生物污染.监测断面的肠球菌、大肠杆菌、粪大肠菌群、SC噬菌体的年平均浓度分别在1.039×103~9.168×105CFU·L-1、10~1.870×106CFU·L-1、1.43×102~8.105×106CFU·L-1、0~4.77×106PFU·L-1之间.曼-惠特尼U检验分析结果表明,流域内指示微生物浓度分布的季节性变化不显著;3条河流中,中游平原段温榆河因受污水处理厂退水排入河道的影响,微生物污染水平最高;上游山区段永定河虽有机污染较轻,但动物粪便污染严重,导致河流微生物污染状况亦不容乐观.为保障流域公共卫生安全和地下水安全,上游山区段农村畜禽粪便处理、中游平原段污水处理厂退水应得到进一步的关注与管理.     

海河流域河流生态基流量整合计算

以海河流域为对象 ,对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究 ,提出了海河流域生态基流量的整合计算的基本原则 ,即 :分阶段恢复原则、恢复模式原则、等级制原则和时空优化配置原则 .海河流域生态环境恢复对象包括 2 4条河段和 12块湿地 .根据河流生态基流量整合计算模型 ,计算得到海河流域的河流生态基流量 :高方案为 2 12 5 2× 10 8m3·a- 1 ,中方案为 13 1 79× 10 8m3·a- 1 ,低方案为 69 3 2× 10 8m3·a- 1 .并计算 3年内不同月份的生态基流量 .在高中低方案中 ,生态基流量的最大值均在 8月份 ,最小值均在 2月份 ,按照从大至小的顺序依次为 :8月份、7月份、9月份、6月份、10月份、5月份、11月份、4月份、3月份、12月份、1月份、2月份 .建议管理部门首先保证低方案的生态基流量 ,充分关注枯水年份和枯水季节的生态基流量 ,加强监测和管理生态敏感性强的河段、湿地和河口     

河流污染类型优控顺序确定方法及其在海河流域的应用

建立河流污染类型优控顺序方法并将其应用于海河流域,结合海河流域主要河流站点水质监测数据和沉积物分析数据,对各水系河流的耗氧污染、富营养化及沉积物重金属污染状况进行整体评估,确定海河流域河流污染优先控制顺序.结果表明,海河流域有36%河长耗氧污染严重,重污染河流主要分布在黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为100%、54%和68%.重度富营养化河流主要分布在子牙河水系、北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为50.0%、52.3%和39.7%;沉积物重金属生态风险普遍较低,子牙河水系、滦河水系和漳卫河水系重度污染河长比例分别为26.5%、21.6%和28.0%.海河流域河流中度以上的耗氧污染、富营养化及重金属污染河长分别为8203 km、6927 km和6733 km,由此确定流域河流污染优控顺序应该是首先关注耗氧污染,然后再控制河流富营养化,最后再治理重金属污染.分水系优控顺序研究表明永定河水系、大清河水系、黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系主要面临耗氧污染问题;北三河水系应首先控制富营养化;滦河水系、海河干流和漳卫河水系应关注沉积物重金属污染.     

海河流域氮磷面源污染空间特征遥感解析

以MODIS遥感数据为驱动,采用以遥感像元为基本模拟单元的DPeRS（Diffuse pollution estimation with remote semsing）面源污染负荷估算模型,分析了2016年海河流域氮磷面源污染空间分布特征,并对“十三五”《重点流域水污染防治规划》中划定的海河流域172个控制单元进行面源污染优先控制单元分析.结果表明,2016年海河流域总氮（TN）排放量为13.62万t,入河量为2.53万t;总磷（TP）排放量为8152t,入河量为1597t;空间分布上,海河流域中部和南部地区氮磷面源污染较重,其中河北省片区氮磷面源污染物排放量及入河量最大;农田径流型是海河流域氮磷面源污染的主要类型,其次城镇径流影响也较大;筛选出海河流域TN和TP面源污染优先控制单元分别为127和131个,面积占比分别为84.2%和87.0%.     

海河流域平原河流非常规水源补给特性及其成因分析

统计分析海河流域水资源量和污废水入河量数据(2001—2012年)、降水量数据(1956—2012年),以及水资源利用、污废水排放、社会经济、人口等数据(1980—2012年),探究了海河流域平原河流非常规水源补给的特性及成因.结果表明,非常规水源补给的河流具有污径比高的特性:海河流域河流污径比高,平均污径比为35.7%,其中海河北系污径比最高,达到90.5%,滦河及冀东沿海污径比最低,为25.6%.降水量的持续减少、山前水库带对水资源的截留以及平原区水资源开发利用率的增加导致河流径流量减少,是海河流域平原河流非常规水源补给的一个主要原因:降水量持续减少,1956—1980年平均降水量为559 mm,至2012年平均降水量降低至502 mm;水库、闸坝等水利设施的建设使得73%的山区河流流量被水库截留;流域地表水资源平均开发利用率高达63%,这些均导致平原河流径流量持续减少.人口和社会经济快速发展导致污废水排放量增加,是海河流域平原河流非常规水源补给形成的另一个主要原因:工业产值、城镇人口数量均与污废水排放量显著正相关,复相关系数均超过50%.海河流域中部平原区河流以非常规水源补给将长期存在,考虑非常规水源水质水量的协同保障,对满足生态需水量、改善缺水河流生态环境等具有积极的作用.     

河流污染治理任务路线图制定方法及其在海河流域的应用

针对河流水污染治理的长期性、复杂性和系统性要求,参考技术路线图的制定原则和一般步骤,吸纳制定重要领域科技路线图的系统方法,从需求分析、任务布局、特征目标界定、实施阶段和技术重点等方面,建立了制定河流治理路线图的一般方法,并在海河流域开展应用研究,分析了海河流域河流水污染治理的问题和需求、确定了治理的战略任务,确立了水污染治理的特征目标,提出了海河流域河流水污染治理的路线图,为流域河流污染治理和生态修复提供前瞻性的战略指导和支撑.     

海河流域草地生态系统服务功能及其价值评估

草地生态系统为人类提供了畜产品和生命支持两个方面的多种服务功能,但人们常关注产品提供功能而忽视生命支持功能。研究采用联合国千年生态系统评估框架,构建了海河流域草地生态系统服务功能的评估指标体系,并以2005年为基准年,运用市场价值法、影子价格法等多种方法对海河流域草地生态系统进行经济价值评估。结果表明,海河流域草地面积为6.67×10¹⁰ m²,提供产品、固碳、保持土壤、净化环境等8项服务功能的总价值为2 216.28×10⁸元,单位面积价值为3.32元/(m²·a)。其中,提供产品的价值量最大,占总价值的31.3%,其次是固碳和营养物质保持功能的价值,分别占总价值的26.8%、22.2%。海河流域草地生态系统除了具有重要的产品提供功能外,固碳、营养物质保持等生命支持功能的巨大经济价值也不容忽视,平衡兼顾草地生态系统的产品提供功能和生命支持功能有助于促进海河流域经济社会发展与生态保护的协调。     

永定河怀来段水体富营养化评价

为了解海河水系水污染防治重点区域永定河怀来段污染特征,于2016年11月—2017年10月进行了为期一年的监测。选择6个采样点的6项监测指标,阐述河流氮、磷的时空变化特征,并采用氮磷比和对数型幂函数普适指数公式法分析水体氮、磷营养盐结构时空变化规律,评估水体富营养化程度,解析富营养化风险。结果表明:永定河怀来段水体污染较为严重,其中TN浓度超过《国家环境保护标准“十三五”发展规划》中地表水环境功能区划分Ⅲ类水体浓度限值的13.25倍,有机氨(ON)和N O 3 - -N为TN的主要存在形式;TP浓度均值为0.64 mg/L;各指标具备农业面源污染特征。水体中氮、磷时空分布特征明显:在时间尺度上,水体中氮、磷浓度呈现季节性变化规律;在空间尺度上,水体中氮、磷分布特征相似。永定河怀来段氮磷比年均值为32.78,水体浮游植物总体处于磷限制状态。平水期表现出磷为限制性营养元素,枯水期、丰水期氮磷比适合藻类大量的生长繁殖。永定河怀来段水体时空变化大多处在富营养化阶段,水体富营养化评价综合指数(EI)枯水期最大,为228.11;丰水期最小,为213.06;平水期居中,为218.30。永定河怀来段河流动力学过程良好,河流流态具有连续性,河流干流流速为0.43~1.45 m/s,远大于水华爆发的临界流量,干流大面积蓝藻水华现象的风险较低。     

海河流域河流耗氧污染变化趋势及氧亏分布研究

耗氧污染是海河流域河流水污染的主要类型,耗氧污染物对河流溶氧的消耗产生的氧亏效应对水生生物产生重大影响.收集海河流域重点水功能区88个监测站点2000—2011年CODCr/CODMn、NH3-N指标,分析河流耗氧污染特征及演变趋势,并基于水质目标(2 mg·L-1)下计算出海河流域河流氧亏量.结果表明,流域河流耗氧污染总体呈现好转趋势,耗氧污染指标(NH3-N、CODCr/CODMn)逐渐降低,I~III类水质站点比例增加,劣V类水质站点数和超标倍数减少;CODMn降低幅度大于NH3-N,主要污染物由COD向NH3-N转化.海河流域重点氧亏区域主要集中于中部平原段和下游滨海段,未氧亏区域多集中于上游山区段;北三河、黑龙港运东与徒骇马颊河水系中部平原段整体处于缺氧区域,子牙河水系中部平原区缺氧现象最为严重,氧亏区域位于石家庄洨河下游、滏阳河艾辛庄下游至献县段及石津总干以南;海河流域内中部平原段河流氧亏的主要贡献仍以COD为主,但氨氮的贡献显著,其中黑龙港运东水系、徒骇马颊河水系和北三河水系,COD耗氧均值都高于5 mg·L-1,在北三河和子牙河水系,氨氮耗氧均值达到了4 mg·L-1.     

海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析

采用污染排放系数法估算了2008年海河流域农村生活源、畜禽分散养殖、农田化肥流失3个主要农村非点源COD、TN、TP和NH3-N 4种污染物的排放量,并对其排放强度和空间分布特征进行了分析.结果表明,海河流域农村非点源污染源排放COD、TN、TP和NH3-N总量分别为2435826, 3042079, 540568, 1798760t/a,平均排放强度分别为11.10, 13.97, 2.98, 8.28t/(km2·a).海河流域内河北省的3个农村非点源的4种污染物排放量均居首位,农村居民生活源对海河流域非点源污染贡献最大,是流域非点源污染控制最主要的对象;子牙河水系农村非点源污染物排放总量最大,而徒骇马颊河水系排放强度最大,是海河流域内污染最严重的水系,其首要非点源污染源是山东省的农村生活源.流域内非点源污染排放量和排放强度均呈现区域性分布,山区和平原区分别呈现出低污染等级和高污染等级.     

海河流域主要污染物排放强度及其源结构解析——以2007年为例

以海河流域污染源普查数据为基础,通过污染物排放量、排放密度和排放行业结构分析,系统解析流域污染源结构.结果表明,流域废污水来源复杂,污染物排放空间差异显著,工业行业结构性污染突出.流域北部废污水排放以生活污水为主,南部以工业废水为主,COD排放以工业源为主.污染物排放空间格局上,COD排放主要集中在北三河、子牙河及徒骇马颊河水系;氨氮排放在子牙河水系高度集中;重金属、氰化物、挥发酚仅在局部区域集中排放.污染物行业结构上,造纸、食品和石化是COD主要排放行业,占排放总量75%;石化、食品和皮革是氨氮排放主要行业,占排放总量80%;重金属主要排放行业为石化、皮革和冶金.根据污染物排放强度分布和排放结构,子牙河水系是海河流域污染治理重点区域,造纸、食品和石化行业是污染负荷削减重点行业.