海河流域水环境演变机制与水污染防控技术

本书针对强人为干扰下海河流域水资源短缺、水环境恶化和生态系统退化复合型环境问题，如何实现水循环科学调控和水资源高效利用这一关键基础科学问题，以国际本领域最新研究成果和优化整合流域模型为理论和方法支撑，全面系统地从点（流域生态单元）、线（水系）、面（流域）三个不同的尺度，开展海河流域水环境问题的深层次机理与解决对策的研究，揭示海河流域水环境变化规律和水污染与水循环耦合机理；探讨海河流域水污染的形成机理，针对不同的水环境问题和演变机制，探索流域、水系以及生态单元不同尺度下水污染防治技术，构建面向海河流域水环境改善和生态恢复的技术集成与优化模型，建立水污染防治调控方案库。对于探索流域尺度下水环境变化机制具有新的启示和重要的学术价值，为提升我国流域水环境管理水平和满足国家在流域水环境管理方面的需要提供重要的科学依据。

刘静玲

总序 

序 

前言 

第1章海河流域常规污染特征及演变趋势分析1 

1.1流域水体污染特征1 

1.1.1不同水质类型河长年度分布1 

1.1.2河系主要超标污染物类型3 

1.1.3不同水期河系污染分析3 

1.2分水系、河系水体污染特征5 

1.2.1分水系水体污染特征5 

1.2.2分河系水体污染特征6 

1.3分省河系水质变化趋势15 

1.4主要水库水质变化趋势17 

1.4.1海河流域主要水库简介17 

1.4.2主要水库水质变化趋势分析19 

1.4.3主要水库营养程度分析19 

1.5流域供排水量变化特征21 

1.5.1总供、用水量概念21 

1.5.2总供用水、排水统计22 

1.6流域重点水功能区水质变化趋势分析24 

1.6.1水功能区及海河水功能区24 

1.6.2重点水功能区水质变化趋势分析24 

1.7小结25 

第2章海河流域特征污染物及其时空分布规律27 

2.1海河流域特征27 

2.2海河流域特征污染物筛选及提出29 

2.2.1重金属29 

2.2.2持久性有机污染物（POPs）31 

2.3海河流域特征污染物的时空变化规律31 

2.3.1海河流域典型生态单元重金属环境质量等级31 

2.3.2海河流域典型POPs时空分布33 

2.4海河流域河口营养水平及特征污染物的时空分布规律34 

2.4.1营养物质时空变化35 

2.4.2重金属污染时空变化规律39 

2.4.3多环芳烃污染的时空变化规律48 

2.5典型水系污染物的时空变化规律55 

2.5.1滦河重金属污染时空变化规律55 

2.5.2滦河多环芳烃污染的时空变化规律57 

2.6典型河段污染物的空间分异规律58 

2.6.1滏阳河常规污染物59 

2.6.2滏阳河水系重金属污染空间分布规律61 

2.6.3滏阳河多环芳烃与农药类污染空间分布规律64 

2.6.4滏阳河水系环境激素类污染物空间分布规律67 

2.7小结69 

第3章鱼类种群对复合污染的生态效应70 

3.1环境模拟设计70 

3.1.1方案设计71 

3.1.2实验装置72 

3.1.3样品采集73 

3.1.4鱼类及暴露浓度筛选73 

3.2指标测定方法74 

3.2.1水体污染指标测定方法74 

3.2.2鱼类暴露指标测定方法75 

3.3污染物测试结果78 

3.4锦鲤对复合污染的响应79 

3.4.1体长与体重变化79 

3.4.2抗氧化系统对污染的响应80 

3.4.3神经系统对污染的响应82 

3.4.4污染代谢指标对污染的响应82 

3.5稀有鮈鲫对复合污染的响应84 

3.5.1抗氧化系统对污染物的响应84 

3.5.2神经系统对污染物的响应95 

3.5.3代谢指标对污染物的响应97 

3.5.4对污染物的生态响应103 

3.6稀有鮈鲫酶活性指标对水质状况的响应机制104 

3.6.1酶活性指标对不同污染因子的响应104 

3.6.2酶活性生物指标指数的建立105 

3.6.3基于酶活性生物指数的评价108 

3.7小结108 

第4章人工生物膜群落对人为干扰的响应110 

4.1子流域生物膜群落年内变化110 

4.2人工生物膜群落特征空间变化114 

4.2.1流域上下游的变化115 

4.2.2不同生态单元间的变化117 

4.3人工生物膜群落对于复合污染的响应120 

4.3.1白洋淀流域水质参数120 

4.3.2对复合污染的响应121 

4.4生物膜群落对流域土地利用与景观格局的响应143 

4.4.1对白洋淀湿地土地利用的响应147 

4.4.2对景观格局的响应155 

4.5人工生物膜群落对人为干扰的响应机制165 

4.5.1干扰强度的量化165 

4.5.2人工生物膜群落对人为干扰的响应168 

4.5.3基于人工生物膜的生物完整性指数计算174 

4.6小结176 

第5章天然生物膜群落对复合污染的响应177 

5.1天然生物膜群落时空变化177 

5.2天然生物膜群落对环境因子的响应182 

5.3天然生物膜群落对复合污染的响应185 

5.3.1细砂基质生物膜对污染物的响应185 

5.3.2粉砂基质生物膜对污染物的响应187 

5.4天然生物膜完整性指数的建立189 

5.4.1各采样点综合污染评价189 

5.4.2生物膜完整性指数的建立191 

5.5基于天然生物膜完整性指数的健康评价192 

5.6小结193 

第6章水生态快速监测技术194 

6.1生物膜培养基质的筛选194 

6.1.1采样与实验方法194 

6.1.2不同基质的比较筛选结果196 

6.2不同生态单元生物膜基质应用的原位验证201 

6.2.1验证性原位实验采样方案201 

6.2.2不同生态单元原位验证结果201 

6.3生物膜快速水生态监测方法的建立213 

6.3.1以活性碳纤维为基质的生物膜法的体系优化213 

6.3.2生物膜法技术体系建立及应用219 

6.4生物膜法应用的灵敏性和可信度验证221 

6.4.1实验方法221 

6.4.2不同生态单元两种方法的比较225 

6.5小结232 

第7章海河流域水生态调控技术233 

7.1基于生态系统模型的水生态风险评价233 

7.1.1AQUATOX模型233 

7.1.2CASM模型234 

7.1.3归趋与效应整合模型234 

7.1.4运用AQUATOX模型评价白洋淀生态系统风险234 

7.2生态基流保障技术252 

7.2.1技术简介252 

7.2.2关键技术参数计算253 

7.2.3技术应用255 

7.3闸门调控技术256 

7.3.1技术简介257 

7.3.2关键技术参数确定258 

7.3.3技术应用261 

7.4联合调度技术261 

7.4.1技术简介261 

7.4.2关键技术参数262 

7.4.3技术应用265 

7.5小结265 

第8章结论与展望266 

8.1主要结论266 

8.2展望268 

参考文献270