该项目属于环境科学技术领域,涉及到水文、经济、地质等多个学科,研究已经持续了近10年。受剧烈人类活动、气候变化等因素的影响,中国北方河流普遍面临水量减少明显、水质恶化严重、生态环境流量得不到保障、对人体健康风险加大等问题,特别是在煤炭开采地区表现得尤为突出,给区域生态环境保护与高质量发展带来重大挑战。该项目在国家自然科学基金、陕西省自然科学基金等课题的资助下,采用野外采样、室内化验、数值模拟、应用示范等相结合的方法,以陕北煤炭开采地区河流为研究对象,主要进行了以下内容的研究:
1)定量识别了影响煤炭开采地区河道径流变化的主要因素。采用逐步回归法、主成分分析法等定量计算了煤炭开采地区1980~1998年和1999~2020年相对于基准期(1960~1979年),各因素对河道径流的影响程度;通过深入研究煤炭开采对河道径流的影响机理,计算了其对水资源的破坏量,包括静储量和动储量破坏以及采空区积水;引入分布式水文模型SWAT模拟计算在不同时期,煤炭开采等因素对河道径流的影响程度,对前面计算结果进行验证。
2)提出了新的河道生态基础流量计算方法并应用于实例。将河道长期径流系列划分为不同年型,在确定某一年型的基流比例后,通过各年型平均径流量之间的比值,推求出基流比例之间的关系,由此计算出其它各年型的基流比例及生态基础流量值。将该方法用于陕北煤炭开采地区窟野河,并与其它方法计算结果对比,确定王道恒塔、神木、温家川等断面的生态基流推荐值分别为1.30m3/s、3.00m3/s、3.50m3/s。随后进行生态基流盈亏分析表明,窟野河各个断面生态基流的缺失主要发生在2000年以后,据此提出相应的保障措施。
3)定量解析了煤炭开采地区水环境污染风险源。通过分析煤炭开采地区水环境介质中PAHs和重金属等污染物的组分特征及空间分布规律,识别了污染物风险危害等级,评估了人群健康暴露风险水平。并进一步利用受体源解析模型的方法,对环境介质中PAHs、重金属的污染源进行定性、定量分析。并建立了PMF-Total-CR/HI和PMF-RI风险源定量识别耦合模型,计算了污染源对人群健康暴露风险的贡献程度,为基于风险危害的优控污染源科学管理提供理论基础。
4)研究了复杂环境下河流生态价值变化规律与生态补偿测算。以水量为中间变量,通过计算河流生态服务功能的价值,提出了气候变化和人类活动对河流生态系统服务价值影响的定量计算方法。将河流水资源分为河道生态基流和生产用水两部分,分别计算其价值;基于生态基流效益最大化目标确定了两者的效益平衡点。引入作物需水系数建立了基于河道生态基流保障的农业生态补偿量计算方法,探明了河流来水量和生态基流调控值等对生态补偿量的影响程度。
该研究成果获得国内同行的认可,被评为“国内领先”,填补了国内关于煤炭开采地区河道生态基础流量研究的空白。依托该研究先后在Ecotoxicology and Environmental Safety、Water Resources Management、River Research and Applications、农业工程学报、环境科学学报等国内外高水平学术期刊发表论文50多篇,其中SCI/EI 20篇,累计引用400多次,出版专著1部,获国家专利10多项,获陕西高等学校科学技术研究优秀成果二等奖,榆林市自然科学优秀学术论文一等奖3项。其中论文《基于基流比例法的渭河生态基流计算》在知网数据库中被引用72次,《Quantitative contributions of the major sources of heavy metals in soils to ecosystem and human health risks:A case study ofYulin,China》在WOS数据库中被引用93次,《改进的内梅罗污染指数法在黄河干流水质评价中的应用》在知网数据库中被引用30次,还有多篇文章被引用10次以上。
该研究成果在榆林及周边地区保障河流湖泊的生态流量、改善水环境质量时得到了广泛的应用,例如榆林市水利局、榆林市生态环境局、陕西省红碱淖国家级自然保护区、陕西地矿九〇八环境地质有限公司、榆林高新区水务有限公司、陕西省一八五煤田地质有限公司、输林市神树畔矿业投资有限公司等单位都采用了该研究成
果。在近期榆林市水利局委托陕西地矿九〇八环境地质有限公司编制完成的《榆林市基于生态流量保障的主要河流水量调查研究》和《榆林市基于生态流量保障的主要河流水量调度方案》中,都应用了该研究方法和成果,为保障区域内河流生态流量调度打下了坚实基础。榆林市生态环境局委托榆林学院编制的《榆林市“十四五”国考断面“一断一策”水体达标方案》中,在制定窟野河大
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