學(xué)術(shù)概覽

化學(xué)監(jiān)測的局限性對宏觀水環(huán)境風(fēng)險評估的制約研究

開展基于化學(xué)監(jiān)測數(shù)據(jù)的宏觀水環(huán)境風(fēng)險評估，需要化學(xué)成分及其時空特征等綜合信息。對美國6400萬份地表水監(jiān)測記錄（1958～2019年間31萬個監(jiān)測站點采集得到的1900種化學(xué)物質(zhì)）與3700萬項分析檢測限值及物質(zhì)體內(nèi)外毒性閥值數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明：在具有潛在環(huán)境分析意義的約29.7萬種化學(xué)物質(zhì)中，可用于回溯性風(fēng)險評估的暴露數(shù)據(jù)不足 1% 。與20世紀70年代主要監(jiān)測持久性無機污染物的情況相比，現(xiàn)行監(jiān)測體系對大量有機污染物及其降解產(chǎn)物的管控仍有明顯不足。監(jiān)測所覆蓋的化學(xué)物質(zhì)種類、空間范圍存在顯著局限，且部分毒性高的化學(xué)物質(zhì)檢測限值過高，導(dǎo)致對部分關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)風(fēng)險的評估出現(xiàn)偏差。

考慮科羅拉多河水資源再分配的環(huán)境水權(quán)交易管理策略研究

科羅拉多河流域作為全球水資源過度利用最嚴重的流域之一，一直以來難以滿足美國西南地區(qū)及墨西哥的用水需求，流域內(nèi) 90% 本土魚類的生存受威脅、瀕危甚至已滅絕。在持續(xù)24a的特大干旱影響下，美國已投入逾40億美元用于抗旱減災(zāi)，其中包括通過水權(quán)交易的方式，為西南地區(qū)的農(nóng)業(yè)、城市及工業(yè)生產(chǎn)支付費用，以減少其取水量。通過將水源地科羅拉多州的水文、生態(tài)、經(jīng)濟、水權(quán)等要素相結(jié)合，構(gòu)建戰(zhàn)略性水市場模型，探索如何通過市場機制修復(fù)瀕危魚類生境，結(jié)果表明：最低成本的節(jié)水方案可以使河流生境改善1/3以上，如果再戰(zhàn)略性地增加 8% 的投入，生境改善效益可達近3倍；僅需10筆水權(quán)交易，就能以總成本的 1% 實現(xiàn) 26% 的改善效益；對于缺乏法定水權(quán)保障機制的水權(quán)交易市場，其經(jīng)濟效益比有法定保障的市場低 29% 。研究成果揭示了戰(zhàn)略性投資與水權(quán)法治改革協(xié)同推進，可以產(chǎn)生巨大的生態(tài)收益。

全球水文模型水文通量與水儲量模擬的趨同與分異規(guī)律研究

在氣候變化與人類活動加劇的背景下，全球水文模型（GWMs）是認識地球水循環(huán)和進行水資源管理的重要工具。盡管已有研究評估了全球水文模型對水文通量（如徑流等）和人類活動影響的模擬效果，但對于模型同時重現(xiàn)水文通量與水儲量（如陸地水儲量等）能力的認識仍較缺乏。結(jié)果表明：所采用的8種最先進的全球水文模型，都無法等效、穩(wěn)定地模擬不同地理氣候區(qū)域的徑流與陸地水儲量；且隨著人類活動影響加劇，模型對徑流的模擬效果變差。雖然全球2/3主要流域的陸地水儲量模擬值與觀測值趨勢總體一致，但模型估算的變化趨勢幅度較實際偏低。同樣，所有模型都無法等效、穩(wěn)定地模擬全球各主要流域陸地水儲量的變化趨勢與季節(jié)性波動。盡管模型在模擬流域的平均陸地水儲量趨勢變化、空間分布與季節(jié)性波動方面已得到改進，但對部分地區(qū)人類活動造成的較大影響仍表征不足，難以準確地模擬水文通量與水儲量。研究成果揭示了全球水文模型存在的關(guān)鍵不足，強調(diào)在氣候變化背景下，有必要進一步優(yōu)化模型，以開展更完善、穩(wěn)健的水文評估與預(yù)測。

氣候干旱與土地利用變化下的淺水湖泊鹽化與干涸所致鹽度升高差異研究

全球湖泊鹽度上升的原因和作用機制很多，包括土地利用和氣候變化等。由于淺水湖泊的鹽度與水位呈負相關(guān)，因此氣候變暖和干旱可能產(chǎn)生類似湖泊鹽化現(xiàn)象，即溶解鹽總量增加；此外，淺水湖泊年際變化較大，判斷其變化趨勢存在較大困難。因此，提出一種新方法，基于最小數(shù)據(jù)集（鹽度-水位變化關(guān)系），實現(xiàn)淺水湖泊鹽化的識別與量化，進而區(qū)分氣候暖干化地區(qū)湖水鹽度升高的變化機制。澳大利亞西南部地區(qū)湖泊受到土地利用變化和長期氣候暖干化共同影響而出現(xiàn)鹽化，以該地區(qū)為例，應(yīng)用該方法對淺水湖泊的長期觀測數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果表明：約有 58% 的湖泊出現(xiàn)干涸或鹽度升高的現(xiàn)象，有 18% 的湖泊同時出現(xiàn)干涸和鹽度升高現(xiàn)象；該地區(qū) 27% 的湖泊已出現(xiàn)實質(zhì)性鹽化，平均含鹽量在20a間幾乎翻倍。因此，鹽度變化不適宜單獨作為判斷淺水湖泊含鹽量變化的指標，而鹽度-水位關(guān)系可用以分析湖泊水文條件、鹽度變化以及鹽化現(xiàn)象，且不會受流量監(jiān)測數(shù)據(jù)少、水下地形數(shù)據(jù)缺失情況的影響。研究成果為維護淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與保護水生生物多樣性提供了新思路。