氣候變化和人類活動對河流營養鹽通量過程影響研究綜述

蔣聘鳳, 童思陳, 黃國鮮, 許光祥, 胡 鵬, 許新發

(1.重慶交通大學 河海學院, 重慶 400074; 2.中國環境科學研究院, 北京 100012; 3.國家內河航道整治工程技術研究中心, 重慶 400074; 4.中國水利水電科學研究院, 北京 100038; 5.江西省水利科學院, 江西 南昌 330029)

1 研究背景

營養鹽作為水生植物生長因子的限制性因子,是浮游植物生產繁殖所必需的養分,也是食物鏈的基礎[1]。全球河網的總長度約為745.2×104km[2],在世界范圍內的供水中起著重要作用,也是營養鹽從陸地到湖泊和海洋運輸的重要途徑。河流營養鹽入海占比非常大,例如磷營養鹽,在全球循環中每年通過大氣沉降的總磷(TP)約為(300～400)×104t[3],而通過風化、侵蝕和徑流途徑輸送入海的TP約為(2 500～3 000)×104t[4]。

隨著社會經濟的快速發展,頻繁的人類活動和顯著的氣候變化對河流營養鹽的排放、輸運和分布產生了越來越深遠的影響[5-6]。土地利用和城市化與工業開發[7-8]產生的污染排放可直接改變河流水文情勢和水質條件,大型水利工程的建成和運行可改變河流水動力條件和破壞河流連通性,水位抬高和流速減小,導致大量泥沙沉積和營養鹽滯留[9]。據初步估計[10],在全球過去50年內建造的水庫中,已滯留了約1 000×108t的泥沙和(10～30)×108t的碳營養鹽,非洲和亞洲河流的輸沙量大大減少。隨著溫室氣體排放的增加,地面輻射紅外線被強烈吸收[11],近百年來,以全球變暖為主要特征的氣候變化十分顯著,聯合國政府氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在2013年發表的第五次綜合評估報告中指出,1880—2012年間地表平均溫度上升了0.85 ℃[12]。此外,氣候變化引起極端天氣頻發,例如局部強降雨事件,降水量的增加使淡水流量增大。一段時間內,通過河流某橫截面的泥沙或者營養鹽輸移總量的增加,即泥沙通量或者營養鹽通量的增加,在一定程度上增加了受納水體的初級生產力。此外,水溫升高、水體富營養化問題將日漸突出[13]。富營養化導致藻類大量繁殖,從而改變pH平衡、降低溶解氧水平和增加水的濁度,這種變化將影響河流棲息地環境和生物多樣性,特別是敏感水生物種的豐富性[14]。相應地,人類健康和福祉也會受到影響,如飲用和灌溉的淡水供應、漁業的持續發展和休閑娛樂景觀等。

在人類活動和氣候變化的雙重影響下,世界河流營養鹽過程發生了深刻變化,由此給人類社會和河流生態系統造成了嚴重影響。目前,對于全球河流營養鹽通量獲取方法及其變化過程研究進展的認識還具有片面性?？紤]流量、大型梯級水利工程、土地利用方式、未來環境修復和管理等因素,選擇亞馬遜河流、密西西比河、長江、黃河、尼羅河、瀾滄江-湄公河、泰晤士河等,從營養鹽通量計算的研究方法與進展、氣候變化和人類活動對全球大型河流營養鹽過程的影響進行了綜述,并對氣候變化和人類活動影響、營養鹽監測、模型計算以及水環境保護和管理研究進行了展望,補充了對相關領域新問題和新方向的認識,指出了未來需要加強探索和創新的科學前沿。

2 河流營養鹽通量獲取方法

2.1 數據監測

基于實時、高精度的原位監測數據估算營養鹽通量是了解人類活動和氣候變化影響下河流營養鹽時空變化最直接、有效的方法[13]。一般以年為單位,統計1年內通過河流某截面的泥沙和營養鹽總量(t/a)。綜合國內外對河流營養鹽濃度數據的獲取方法和通量計算模型,總結了河流營養鹽的研究框架,如圖1所示。

圖1中,傳統的監測方法是現場采樣-實驗室測定[15],該方法具有樣品檢測延遲、成本高、采樣頻率低和樣品易受污染等缺陷[16],最后在實驗室檢測出的數據誤差在-20%～45%之間[17]。此外,該方法無法捕捉到強降雨、藻華爆發等短期造成的營養鹽濃度急劇變化過程,由此可能對長期營養鹽通量的估算造成數量級的誤差[18]。替代的原位自動觀測儀器,例如YSI-EXO2、BBE藻類分析儀、Hydrolab DS5多參數探空儀和PHYTO-PAM葉綠素熒光計[19],可以實時、高頻監測流域營養鹽濃度。全面布設原位自動觀測儀進行河流營養鹽監測有助于確定新出現的水質問題,并制定可持續的水管理戰略[20],以維護健康的河流和生態系統,但其運行穩定性和高昂的成本是目前面臨的重要問題[21]。

傳統的現場采樣監測方法已經不能應對有效描述氣候變化和人類活動影響下營養鹽過程復雜變化的挑戰,近年來,人們開始轉向遙感系統。衛星傳感器(Landsat、Sentinel、MERIS和MODIS)和機載傳感器(帶有RGB相機,激光雷達和CASI的無人機)通常用于流域營養鹽監測[22],遙感技術在動態營養鹽監測方面具有規模大、持續時間長、周期性強的優勢[23],可以在短時間內獲取大空間流域的水文水質實況信息。但受低信噪比、儀器分辨率和云層覆蓋的限制,將遙感技術應用于內陸水域的營養鹽監測仍然具有挑戰性[19]。

營養鹽通量計算需要結合實測數據和統計模型,實測數據主要包括營養鹽濃度和河流徑流量,此外,磷的輸移與泥沙有很強的相關性[24-25],世界大河磷通量中顆粒態磷(particle phosphorus, PP)占比超過80%～90%[26],因此也應測量河流泥沙濃度,以便計算輸沙量。統計模型包括營養鹽通量模型[27]和泥沙與營養鹽通量關系模型[26]。表1列出了世界主要河流的年平均溶解營養鹽濃度和TP、TN通量數據。

表1 世界主要河流水、沙、營養鹽濃度及通量數據

如表1所示,截至20世紀90年代中期,全球河流每年向海洋分別輸出了1 100×104t和6 600×104t的TP和TN[28]。世界大型河流的營養鹽輸入占主導地位,如南美洲的亞馬遜河、北美洲的密西西比河、非洲的尼羅河以及亞洲的長江、黃河等。亞馬遜河每年向巴西大陸架排放大量淡水(大于1012m3)、營養物和沉積物(約12×108t),向大西洋輸送懸浮泥沙的速率約為12×108t/a[29],輸送TP約28×104t/a[30]。Stackpoole等[31]利用長達42 a(1975—2017年)的氮、磷監測數據計算了密西西比河年際營養鹽通量:TP約為(12.5～15.0)×104t/a,TN約為(120～160)×104t/a。長江擁有世界上數量最多的梯級水庫群,在大壩的攔截作用下,長江中下游TP通量明顯減少,約為(32～55)×104t/a[32]。黃河以其高含沙量而聞名,年平均輸沙量為16×108t/a[33],大約比長江大一個數量級。與世界其他河流相比,黃河溶解態無機磷(dissolved inorganic phosphorus,DIP)濃度(0.10～0.75 μmol/L)接近世界上未受污染河流的平均值[34],不到歐洲和北美受污染河流以及長江的十分之一[35]。懸浮泥沙的吸附作用可能是導致黃河DIP相對較低主要因素,PP占2001年黃河TP的89.2%～97.6%[36]。然而,黃河的年平均硝酸鹽濃度與世界其他河流有很大不同,2002—2004年硝酸鹽平均濃度為314 μmol/L,是未受污染河流的世界河流的40倍[34],遠遠高于南美、北美的受污染河流(亞馬遜河和密西西比河)和中國境內的其他河流(長江和珠江)[37]。尼羅河的PO43-濃度為2.08 μmol/L[38],TP通量為29×104t,TN通量為187×104t[39]。瀾滄江-湄公河是一條流經6個國家的國際河流,Li等[40]基于1985—2011年監測數據,估算湄公河年平均TP通量為4.4×104t/a,年平均TN通量為63×104t/a,相對于其他大河處于中等水平。為更好地評估河流水環境變化,還需要進一步廣泛且深入地開展河流營養鹽監測和通量計算研究。

2.2 數值模擬

數值模擬以現有觀測資料為基礎,能夠滿足不同時間和空間尺度營養鹽過程研究的需要,在定量求解營養鹽過程和預測關鍵水質參數變化趨勢方面具有顯著優勢。近幾十年來,國內外學者針對河流、水庫、湖泊、河口等水域的水動力過程及水質變化機理等研究,開發了一系列功能完善的水環境模型,常用模型包括SWAT[49]、WASP[50]、EFDC[51]、HSPF[52]和MIKE[53]等。

為了能夠在多個流域尺度上模擬一個或多個污染物參數,還開發了大規模的營養鹽模型,如Global NEWS-2、SPARROW、IMAGE-GNM、HYPE和MARINA等[54]。通常情況下,對于高度復雜的大型河流和考慮多個影響因子下的營養鹽通量預測,多個模型結合可望有效求解氣候變化和劇烈人類活動雙重影響下的大型河流的營養鹽過程,如全球環流模型、土地利用模型和水文泥沙模型等。營養鹽模型在世界部分大型河流的應用案例總結列于表2。表2中的模擬結果具有一致性規律。在水文方面,雨季流量變大,洪水風險增加;旱季流量減少,干旱期延長。在水質方面,干旱期間水體對營養鹽的稀釋作用減弱,污染物濃度升高;工、農業和城市生活污染物輸入的迅速變化增加了營養鹽的源。此外,溫度升高和庫區水體停留時間延長,會改變環境中營養鹽的質量平衡和結構,進而影響河口和近海的營養鹽變化。

表2 營養鹽模型在世界大型河流中的應用及其特征

小尺度數值模擬研究方面,河口及其鄰近海域和典型河段(如庫灣交互、沖淤嚴重的河段)是富營養化問題的重點區,其營養鹽變化的模擬研究受到高度重視,常采用二、三維模型進行精細化模擬。2006—2012年,中國近海海域有害藻華發生約500次,其中長江口及鄰近海域共發生313次,一項模擬預測結果表明,長江入海TN排放量需減少99×104t/a才能將東海有害藻華的發生頻率限制在每年15次[48]。目前,考慮水文過程、營養鹽過程與氣候變化、人類活動影響機制的雙向耦合模型仍有待繼續發展和完善。

3 河流營養鹽過程對氣候變化和人類活動的響應

氣候變化和人類活動給河流生態環境帶來全方位、多尺度、多層次的影響,例如,全球變暖導致冰川退化、水面蒸發加快以及海平面上升和極端水文氣候事件等自然系統異?，F象;不合理的土地利用、大量的閘壩修建、過度的工農業及城市生活排污等會對河流水環境產生連鎖反應。氣候變化和人類活動對河流營養鹽的影響機制見圖2。河流營養鹽過程對氣候變化和人類活動的響應表現出兩面性。不同地區的河流因受諸多因素影響,其營養鹽通量變化過程具有一定程度的特殊性。對于處于熱帶的河流,溫度升高會加快營養鹽的生物化學反應速率,加快內源釋放和延長河口三角洲區域缺氧時間。氣候變化引起氣流循環異?？赡軙饛娊涤甑葮O端天氣頻發、水土流失加快以及前期地表、土壤累積的營養鹽流失率加大,特別是坡面較陡、植被覆蓋率低、地表土壤疏松等地區,從而增大了進入河流的泥沙和營養鹽通量。對于人口密度大或人類活動密集的地區,土地覆蓋和利用方式發生改變,肥料等氮、磷產品的加工和使用增多,同時城鎮生活污水排放加大,使進入河流的營養鹽增加。對于建壩數量多的河流,則導致河流雙向連通受到干擾甚至破壞,河流水動力條件減弱,下游河流水體上灘地減少,大量營養鹽滯留在庫區,改變了上下游的營養鹽組成結構。隨著對水環境改善的重視,管理者提出了一系列修復措施,河流水質在一定程度上得到改善。

圖2 氣候變化和人類活動對河流營養鹽的影響機制

3.1 河流營養鹽過程對氣候變化的響應

河流作為地球環境鏈中的重要環節,對氣候變化的敏感性較高。營養鹽的遷移主要以水為載體,氣候變化引起的水量改變將直接影響水環境中營養鹽的來源和遷移行為。氣候變化主要體現在氣溫、降水量、太陽輻射、風速等氣象因子上,以下重點闡述極端氣候事件和氣溫升高對河流營養鹽過程的影響。

3.1.1 極端氣候事件 極端氣候事件主要包括強降雨和干旱事件。強降雨加上滲透過程的阻滯,導致徑流量增加,積聚于地表的大量的污染物被沖刷攜帶進入河流,從而增加了輸入水體的污染物,水體自凈能力減弱[63],同時導致土壤侵蝕,營養鹽流失加快[64]。相反地,若降水量增加幅度小于蒸散量,則會發生干旱事件,水體的稀釋能力降低,致使水體中部分離子濃度升高,水環境質量下降[65]。河流中營養鹽負荷特征與降雨強度有關,陳潔等[66]分析了太湖河網區典型河道在大、中、小雨及無雨等4種降雨強度下的流量和營養鹽負荷特征,結果發現,河道水體TN濃度在小雨時均值最高,TP濃度在中雨時最高。Drake等[67]研究發現,亞馬遜河中主要離子濃度和通量主要由年雨季洪水脈沖控制,其變化表現出季節性,碳酸鹽和硅酸鹽衍生陽離子的比例最高,分別出現在洪峰流量和枯水期。

3.1.2 氣溫升高 氣候變化引起的全球氣溫升高、光照時間延長和輻射增強等現象,會導致河流水體的熱狀態演變過程改變[68],從而影響營養鹽的轉化速率、生物降解的反應速率以及水體的溶解氧含量、透明度、酸度、鹽度等水質參數。大部分水華爆發都出現在高溫、強光的條件下。相關研究表明,當氣溫升高1.68 ℃時,水溫就會升高0～1 ℃[69]。氣候變暖顯著提前了水庫水溫分層的開始時間,并延遲了結束時間[68]。水體分層會有一層水溫變化相對劇烈的溫躍層,溫躍層的出現會導致河底形成缺氧層,庫區沉積物內源營養鹽在缺氧條件下加速釋放[70],導致水體氮、磷濃度升高。溫度升高引起水體生物蛋白質失活、微生物酶活性減弱、生物新陳代謝速率加快、細菌數量大大增加等一系列變化,也會進一步促進營養鹽濃度升高[71]。Smucker等[72]利用1987—2018年間美國20個溫帶水庫的監測數據分析發現,細胞密度增加與地表水逐漸提前升溫、夏季高溫時間延長所導致的水溫分層更早、深水缺氧時間延長相一致。氣候變化對全球河流營養鹽輸運過程的負面影響表現為加劇趨勢,還需要更廣泛的關注和研究。

3.2 河流營養鹽過程對人類活動的響應

相比氣候變化,人類活動引起的河流及其周圍環境的營養鹽過程改變程度更大。一方面,工業、農業生產及城市化進程加劇了點、面源污染物的排放;另一方面,攔河筑壩興建水利工程顯著改變了河流的天然水動力條件,造成營養鹽輸運過程的變化。此外,隨著對水環境和生態修復的重視,近年來采取的改善措施對河流營養鹽過程變化也有一定的影響。

3.2.1 土地利用 社會經濟的發展引起土地利用方式的變化,對流域徑流水文狀況、蒸散量和土地覆蓋變化有顯著影響[73]。地球上1/3～1/2的土地已被人類干預而發生改變,農業肥料的施用量以及工業和城市生活污水的排放量以驚人的速度增長[74]。在過去幾十年中,全球河流養分向海洋的輸送量增加了1倍以上。例如,1970—1995年間,硝酸鹽通量從0.86×1012mol/a增加至1.50×1012mol/a,DIP從25.8×109mol/a 增加至83.9×109mol/a[75]。

土地利用的組成、比例和強度與河流營養鹽過程變化聯系緊密,這些聯系在空間和季節尺度上的變化很大[76-77]。大多數研究認為,人類活動頻繁的土地利用方式(如農業用地和城鎮建設用地)引起的非點源污染排放是造成河流大規模水質惡化的主要因素[78],而自然生態景觀(如林地和草地)對營養鹽則起到截留和吸附作用[79]。一般來說,工業和城市用地與河流中有機物污染、重金屬和營養物質有關[80],而農業用地主要對河流中營養鹽有很大影響[61]。分析土地利用對河流營養鹽變化的影響,可為河流水環境修復和管理提供決策依據。

為滿足不斷增長的糧食需求,通常會進行林地開墾、擴張農業用地和增加肥料的施用量,進而導致森林覆蓋率減小和地表徑流、畜禽養殖、磷礦開采加工增加。據估計,從歐洲進入海洋的氮約有55%來自農業[81]。輸送到墨西哥灣的氮80%來自密西西比河上游、密蘇里河和俄亥俄河流域玉米和大豆的氮產量[82],是導致墨西哥灣缺氧區TN濃度超標的主要原因[83]。長江入東海的TN和TP排放中,非點源分別占36%和63%[48]。黃河流域約有15%的土地為農田,黃河中下游氮磷基肥使用廣泛,約占全國的9%[36]。湄公河有超過12 500個灌溉計劃,植物作用和農業肥料的施用增加了進入湄公河三角洲的營養鹽通量,從而加劇了河口及近岸水域富營養化的負面效應,湄公河三角洲被公認為是世界上最脆弱的巨型三角洲之一[84]。泰晤士河流域約有42%的土地利用是農業,改良草地和林地分別占28%和11%,在全球變暖的影響下,泰晤士河上游可用耕地將向草地轉變,可能會促進硝酸鹽濃度的降低和減緩磷濃度的增加[61]。

土地利用變化主要引起河流營養鹽源的改變,如何管理土地利用方式、減少其對河流營養鹽過程變化的不利影響和對生態系統的干擾、促進生態系統的恢復是地球研究的永恒課題。

3.2.2 大型水利工程 隨著水資源壓力和能源需求的增長,20世紀中期以來全球掀起了大壩建設的最大浪潮,這意味著地球上大多數河流都有筑壩活動。據統計,全球已經建造了7萬多座大型水庫[1],在可預見的未來,這一數字將繼續增加。大型水利工程極大地改變了全球水文系統,水體通過全球河流系統的平均時間增加了兩倍,蓄水量增加了700%[85]。全球河流的連通狀態發生了明顯變化,一項對全球1 200×104km河流的調查顯示,長度超過1 000 km并在整個長度上保持自由流動的河流占37%,能夠不間斷地流入海洋的河流僅占23%,且很長的自由流動河流主要位于北極的偏遠地區以及亞馬遜和剛果盆地[86]。水庫對泥沙及營養鹽的滯留效應,減少了其向漫灘、湖泊、濕地和沿海海洋環境的輸運,顯著地改變了河流系統的生態功能[87]。水庫中營養鹽的質量平衡和遷移轉化過程如圖3所示,圖3表明,水庫中營養鹽來源有上游輸入、大氣沉降及沿途的工農業、城市生活排污,去向主要是向下游排放;營養鹽在水庫中會發生與泥沙顆粒的吸附解吸、沉降后再懸浮、對流擴散及化學生物反應等過程。

圖3 水庫中營養物質質量平衡和遷移轉化過程示意圖

相關學者估算了2030年部分大型河流水庫對泥沙和磷營養鹽的攔截率,結果如表3所示。

表3 水庫對河流泥沙和營養鹽的攔截率估算結果表

3.2.3 水環境修復和管理 如今人們已經意識到氣候變化和人類活動引起的水質下降是對社會最緊迫的威脅之一,河流水環境的修復和管理是當前和未來的重要任務。目前,污染水體的修復技術包括物理修復技術(底物疏浚、底物掩蔽、引水循環)、化學修復技術、生物修復技術以及這些技術的組合[95-96]。在水庫上游挖泥,可減少水庫淤積,消除污染物質在河流內部的累積,還可用于恢復下游非汛期水體營養鹽濃度和渾濁度[28]。通過對農業排水溝疏?？山档统练e物營養鹽濃度,對營養鹽富集問題有一定的緩解作用。Moore等[97]對位于密西西比河下游三角洲的農業排水溝進行疏浚和為期一年的營養鹽監測,結果表明,疏浚后沉積物中磷濃度下降了33%～66%,疏浚后排水溝中的微生物代謝可能需要一年甚至更長的時間才能恢復到疏浚前的水平。作物改良對于營養鹽負荷減少有明顯影響,Ren等[98]對美國玉米種植帶St.Joseph流域進行模擬預測研究發現,最近30年的作物改良使氮負荷(NO3—N和TN)降低了6.8%～18.6%,磷負荷(TP)降低了2.6%～3.9%。交替噴灑微生物細菌和過氧化鈣可有效改善水質,特別是在溶解氧和水體透明度方面,可進一步降低TN、TP和氨氮濃度水平[99]。微生物分解可實現對水體污染物的轉化、降解和去除[95],過氧化鈣是一種緩釋材料,可阻止底泥向水體釋放磷營養鹽,同時使溶解于上覆水中的磷以 Al-P、Ca-P 和 Fe-P 的形式沉積到底泥中[99]。此外,污水處理設施技術升級、規模擴大和降低排放廢水的磷濃度限值,可有效減少流入河流的污染負荷。2017年長江流域的廢水處理量是2007年處理量的3倍,TN、TP 的減少量分別增加了620%、170%,污水處理廠在減少磷的作用比在減少氮的作用方面更明顯[100]。

沿海地區是陸源沉積污染物的最終歸宿,該地區環境質量的變化反映了環境污染的綜合影響。在世界范圍內已經報告了數百次海岸富營養化和缺氧事件[39]?？刂坪恿餮鼐€的污染排放,可以緩解沿海富營養化[48]。例如,近年來實施了《渤海綜合治理行動計劃》等近海海域水質治理行動和措施,中國沿海水質改善效果已經顯現。據2001—2020年中國近海環境質量公報監測數據分析,沿海地區Ⅱ類及以上水質比例從2001年的41.4%逐漸上升到2020年的77.4%,同時,二級以下水質比例分別從58.6%下降到22.6%[101]。

此外,實施減緩氣候變化的相關措施可間接減少河流水體富營養化現象,比如發展清潔能源、控制溫室氣體排放和增加植樹造林面積等。探索“碳達峰、碳中和”的實現路徑也是未來河流水環境修復和管理研究的重要方向。

4 存在的不足之處和對未來的展望

氣候變化和人類活動對世界大河營養鹽通量過程變化有顯著影響,闡明其影響機理和驅動因素,對于河流水環境管理措施制定具有重要的意義。在已有研究基礎上,氣候變化和人類活動下河流營養鹽通量變化研究可從氣候變化影響、人類活動影響、水質監測技術、模型模擬計算和水環境保護與管理5個方面進一步深入開展。

(1)氣候變化影響方面:目前關于氣候影響的研究工作只能從宏觀角度根據各種方法制定未來氣候情景,不能定量描述氣候變化對河流營養鹽過程變化的影響。因此,從微觀角度研究河流營養鹽對降雨量、氣溫、太陽輻射和風速等氣象因子變化的響應機理還有待深入開展。

(2)人類活動的影響研究方面:人類活動造成的非點源污染分布具有廣域和分散的特點,其成分和過程均更為復雜。因此,對河流造成的營養鹽負荷難以準確計算,從而導致對湖泊、河口的深遠影響的研究不足,對河流水環境和水生態造成的連鎖反應認知不足。未來應對土地利用方式和污染源進行細分,在提高監測技術的基礎上,對非點源污染開展更為精細和系統的研究。

(3)水質監測技術方面:監測活動對于獲得河流營養鹽時空分布特征和通量過程至關重要,傳統的現場采樣-實驗室測定水中污染物濃度獲得的數據僅反映了采樣時的污染濃度,可能會忽略偶發性或間歇性污染事件。長期原位傳感器監測可提供大部分可靠數據,但通常受到目標分析物單一以及在被污染時更換傳感元件要求的限制。遙感技術可以在短時間內獲取大空間流域的水文水質實況信息,但由于反射率和溫度等問題,目前尚未被政府部門納入河流監測計劃。面對氣候變化和人類活動的巨大影響,需要探索出能夠對不同的監測目標、不同空間尺度和不同地理環境均有很強適應能力的、更加綜合有效的營養鹽監測方法,以改善原位自動監測的運行穩定性,特別是在極端洪水和高濃度流量事件中的表現。

(4)模型模擬計算方面:水環境模型可以解析各污染源對河流水質和生態變化的貢獻程度,通過情景分析和方案評估,水質管理方案和監測系統得以優化和完善,并且可以輔助機理過程分析。但高精度的水質模型對數據的數量、頻次、廣度和精度都提出了更高的要求。因此,在未來河流水質模擬研究中,需要結合新型技術以提高模型的預測能力。如人工智能模型,包括人工神經網絡、遺傳編程、模糊邏輯和支持向量機等,在數據規范化、訓練和測試數據劃分方面表現出很大潛力,可作為未來深入研究的一個方向。

(5)水環境保護與管理方面:因地形空間變異性大、人口密集、社會情況復雜等,水環境保護與管理的實施仍面臨巨大挑戰。在未來,國際組織和相關研究機構需要不斷完善管理制度和加強協同作用。對工業排污應加大監管力度,對農業污染應進一步調整優化用水方式、作物種植結構和施肥方案,對城市生活排污應升級污水處理技術和提高處理率,以實現對河流水環境更加全面、科學、高效的管理,健全水環境保護管理長效機制。