太湖重污染湖区底泥内源释放量计算研究

在春夏秋冬4个季节不同风速段对竺山湖及太湖西岸湖区底泥内源释放进行了研究,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算了沉积物的再悬浮通量;对代表不同风浪作用下的悬浮物进行了静沉降实验,计算了悬浮物的静沉降通量.对太湖站33个观测站近10年的的风速资料进行统计分析并估算了太湖年均内源释放量.结果表明,竺山湖及太湖西岸湖区年平均内源释放量COD,TN,TP分别为4100,647.8和23.0 t.     

太湖底泥沉积物释放规律研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。     

新安江水库悬浮颗粒物时空分布、沉降通量及其营养盐效应

为分析降雨入流影响下水库悬浮颗粒物的时空分布及沉降特征,在华东地区最大水库新安江水库(千岛湖)的河流区、过渡区和湖泊区(分别对应街口、小金山和大坝这3个水质断面)布设水体沉降物自动捕获器和水质高频自动监测浮标,结合定期水样采集分析,开展了为期1 a的水体颗粒物沉降通量及其营养盐效应观测研究.结果发现,水库水体浊度、悬浮颗粒物浓度(SS)、颗粒物沉降通量与降雨量、入库流量极显著相关(P0.01),其中浊度与SS的相关性最好(R~2=0.86);在降雨较多的春夏季,SS空间差异明显(河流区过渡区湖泊区),而秋冬空间差异不大;颗粒物沉降通量具有明显的时空异质性,空间上河流区过渡区湖泊区[分别为27.82、 4.34和0.26 g·(m~2·d)~(-1)],时间上春夏季秋冬季;结合全湖60个点位四季悬浮物浓度调查估算,全库颗粒物沉降通量为2.57×10~6 t·a~(-1),其中春夏季沉降通量高于秋冬季;街口、小金山和大坝捕获沉降物中颗粒态氮含量(PN)分别为6 812、 15 886和21 986 mg·kg~(-1),磷含量(PP)分别为2 545、 3 269和3 077 mg·kg~(-1),自上游向下递增.统计分析表明,中雨以上降雨过程与河流区浊度增量呈指数相关(R~2=0.81),持续强降雨则对浊度有累加效应,但对过渡区影响不大;SS浓度自河流入库区至下游大坝随距离增加呈较好的指数下降特征(R~2=0.84),降雨较多的春夏季更为明显.结果还表明,新安江水库年均库容淤损率为0.07%,与全国其它大型水库相比较低,但是坝前沉降物营养盐含量较高,具有一定的内源释放风险;管理上应加强流域水土保持治理,降低降雨冲刷对水质的影响;同时关注坝前高营养沉积物的内源释放对水质的影响.     

不同模拟条件下太湖沉积物-水界面磷行为的研究

随着大量的磷输入水体,太湖富营养化已经成为一个严重的环境问题。沉积物内源磷的释放是湖泊上覆水体磷浓度升高的重要因素之一。文章针对太湖特征,模拟影响沉积物内源磷释放过程因素中的扰动、溶解氧和pH条件研究表层沉积物的内源磷行为。结果表明,在厌氧环境下有利于磷的释放,且没有扰动条件要比有扰动的释放量大,达到0.297 mg/L;好氧条件不利于磷的释放,经过好氧培养的沉积物中有机磷平均减少了约50%,好氧-厌氧交替使得铁结合态磷提高了0.001 8 mg/g。pH 8.2~8.6有助于沉积物磷的释放,且不同pH值下沉积物磷的最大释放时间不同,pH 9.0沉积物磷在1 d时最大释放量达到0.162 mg/L;沉积物中磷在不同pH下的形态会发生不同程度的转变,其中铁结合态磷(Fe-P)的转变最大。可见扰动、溶解氧、pH对沉积物内源磷的释放有着显著影响。     

大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模式探讨

通过在太湖开展的风浪与底泥悬浮的野外观测,结合分层采取水样并分析水体中溶解性营养盐的浓度随深度的变化结果,发现在水土界面的上覆水中营养盐浓度有突然增加的现象,指示着沉积物对上覆水营养盐浓度有影响.对沉积物中孔隙水营养盐浓度随深度的变化分析,表明了沉积物孔隙水中营养盐浓度变化与氧化还原环境的关系.结合水动力作用,提出了大型浅水湖泊水动力作用导致底泥悬浮,从而使得底泥中的可溶性营养物质释放这一内源释放的概念性模式.     

滇池福保湾植被重建对底泥再悬浮及营养盐释放的控制

为估算滇池福保湾植被重建工程对底泥再悬浮及营养盐的控制效果,对重建示范区内及区外进行了悬浮物沉降现场研究,并利用颗粒物捕获器收集底泥悬浮颗粒,分析重建区内、重建区外、不同生活型植物重建区的悬浮颗粒物沉降通量,比较了不同水生植物修复区的颗粒物再悬浮通量,估算了植被重建区底泥再悬浮的通量及营养盐N、P释放量.结果表明:水生植被重建区外悬浮物净沉降量明显高于重建区内,对工程实施效果进行估算,97d内工程区内底泥的再悬浮量、N的释放量、P的释放量分别是区外相同面积的15.71%、13.30%和12.44%,底泥污染控制与植被重建后对沉积物再悬浮抑制作用较为明显,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果相对挺水植物显著.     

华阳河湖群沉积物内源磷释放风险及控制策略

为研究沉积物内源磷释放对浅水湖泊水体总磷的影响,以华阳河湖群为对象,根据不同季节全湖水质监测数据,分析总磷的空间和季节性分布特征;结合沉积物间隙水磷浓度数据,采用浓度梯度扩散模型估算湖泊沉积物内源磷静态释放量;基于2019年在线水质监测站连续数据,分析典型沉积物再悬浮过程内源磷释放对水体总磷贡献及估算其年累积释放量.结果表明:①华阳河湖群现场监测总磷浓度变化范围为0.014~0.297 mg/L,龙感湖与黄大湖总磷浓度空间变幅大于泊湖;②典型再悬浮过程中内源磷动态释放对水体总磷的贡献可达75%,华阳河湖群内源磷的年释放量在1.129×104~1.684×104 t之间;③静态的内源磷年释放量为12.92 t,仅占动态释放量0.1%.研究显示:华阳河湖群总磷浓度时空差异较大,内源磷释放对总磷短期波动具有重要作用,静态释放量对全年内源磷释放量的贡献几乎可以忽略;严格控制入湖营养盐通量的同时,恢复草型湖泊生态系统以控制内源释放已成为解决华阳河湖群水环境问题的重要管理决策方向.      

太湖湖滨带春季悬浮物沉降特征与水体营养盐响应

为研究湖滨带悬浮物沉降过程中水体营养盐时空分布状况,在太湖西岸湖滨带典型区域进行原位沉降实验,计算了沉降量和沉降通量,并对沉降过程中TP、TN、NH+4-N、NO-3-N测定分析.结果表明,太湖西岸湖滨带沉降通量表现为人工芦苇区近岸无植被区自然芦苇区远岸无植被区,平均沉降通量分别为(1 383.40±925.60)、(1 208.67±743.50)、(278.72±142.53)、(245.58±154.25)g·(m2·d)-1,沉降第6 d以后沉降量稳定上升,沉降速率大于分解速率;经过持续15 d野外沉降实验观测,沉降过程中近岸带的TP含量是远岸带的2~3倍,且沉积物捕获器内NH+4-N和NO-3-N含量出现显著的差异(P0.01);沉降量与水体TN和NH+4-N含量呈显著相关(P0.01,n=42),表明沉降量的增加会导致上覆水体TN与NH+4-N含量增加;TN与NH+4-N相关系数为0.84,显示沉降量的增加可能加速氮素不同形态间相互转化,这一现象在当前太湖湖泛治理中应当予以重视.     

亚热带水库水质特征及沉积物内源污染研究

为探究沉积物内源污染对亚热带分层型水源水库（茜坑水库）夏季水质的影响,采用现场监测和室内模拟相结合的研究手段,于2020年5~9月对茜坑水库深水区水温、溶解氧、氮磷等进行了监测,并采用静态实验模拟法分析了茜坑水库沉积物的耗氧速率及沉积物中氮磷的释放通量.原位监测结果表明,5~9月,茜坑水库水温和溶解氧均处于分层状态,该时期水库底层水体溶解氧含量较低,为沉积物内源污染物的厌氧释放提供了条件;分层期底层水体氨氮和总磷浓度显著高于表层和中层（P<0.01）,相应的表层水体氨氮和总磷平均浓度分别为0.062mg/L和0.033mg/L,中层为0.058mg/L和0.037mg/L,底层为0.242mg/L和0.052mg/L.静态模拟实验结果表明,水体及沉积物耗氧均符合零级反应动力学模型（R²分别为0.987,0.989）,其中沉积物的耗氧速率处于较高水平,为1.03g/（m²·d）,约为水体的1.45倍;沉积物耗氧诱发等温层溶解氧降低并伴随沉积物内源污染释放,其中氨氮的释放极值为0.261mg/L,平均释放通量为7.36mg/（m²·d）,总磷的释放极值为0.108mg/L,平均释放通量为2.20mg/（m²·d）.内源氨氮和总磷的释放对水体贡献率分别可达27.98%和38.92%,沉积物氮磷释放对水库水质影响显著.     

2010年洱海全湖磷负荷时空分布特征

为探讨不同来源磷负荷对洱海水体富营养化的贡献,研究了洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源释放等来源磷负荷的时空变化特征. 结果表明:2010年洱海磷负荷的主要来源是入湖河流,其所带来的磷负荷占总入湖负荷的33%. 入湖河流磷负荷与洱海水体富营养化指数呈显著正相关,并且季节性变化明显,10月是高峰期入湖河流磷负荷区域差异较大,北部3条河流是主要来源,其中以弥苴河入湖磷负荷最大,占入湖河流磷负荷总量的52%. 沉积物磷扩散通量由北向南呈下降趋势,最高值在湖心区,11月最大. 干湿沉降入湖磷负荷季节性变化明显,干沉降占干湿沉降入湖磷负荷总量的47%. 外源入湖磷负荷控制,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,以坝区农业污染控制为重点,同时应加强湖泊水体生态修复控制沉积物内源磷释放.      

风浪扰动下的太湖悬浮物实验与模拟

采用太湖湖区底泥,根据波浪水槽实验总结了各种扰动强度下太湖底泥的起动切应力.波浪水槽可以系统地模拟太湖常见的波浪强度.通过实验确定了太湖底泥的临界切应力为0.050 Pa,采用国外先进的FVCOM模型计算模拟了太湖流场和悬浮物分布并和太湖实测资料进行了对比,结果较为合理,证明了模型的有效性.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性.模型参数率定的精度受到了较大影响,太湖悬浮物与太湖底泥的内源释放以及水体的透明度有较大关系,因此通过室内实验研究太湖的悬浮物规律对太湖的富营养化治理具有重要意义.     

太湖底泥营养要素动态释放模拟和模型计算

采用太湖湖区底泥,根据环型水槽实验总结了各种扰动强度下太湖底泥的起动、悬浮和营养盐释放规律.环型水槽内水体流速均匀且能够通过控制水槽的转速精确控制水槽的水体流速.通过考察水槽中水体TN、TP浓度的变化,建立起了底泥TN、TP释放率(y)与水体流速大小(x)的定量化关系.根据实验确定的各种参数,采用ECOMSED模型计算模拟,并和太湖实测资料进行了对比,结果较为合理.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性,模型参数率定的精度受到了较大影响,通过室内实验模拟底泥的内源释放对太湖的富营养化治理具有重要意义.     

风浪扰动对太湖水体中砷在水相-悬浮物相之间分配的影响

在太湖冬季不同风速下(0.8、1.8、2.7、3.2、4.0 m·s-1)采集了不同深度(水深0.1、1.0和1.8 m,分别记为上、中和下层)的水样,测定了水体和悬浮物中的砷含量及水质参数,计算了砷在两相之间的分配系数,以期了解在太湖生物活动最低的阶段,风浪扰动作用对砷在水相和悬浮物相之间分配的影响.结果显示,随着风浪作用的加强,水体总砷含量有所增加,相应的悬浮物总砷含量及砷的分配系数降低,说明风浪作用可以降低悬浮物吸附砷的能力,以至于促进砷从悬浮物中的释放,进而使水体中的溶解态砷增加.相关性分析及变化趋势比较分析发现,砷分配系数的降低与在风浪扰动的影响下悬浮物浓度和溶解氧的增加,以及叶绿素a浓度的下降有关.不同风速下各参数的垂向分布变化显示,风浪扰动对中下层的砷分配系数以及中层的悬浮物砷含量影响较大;风速变大时,中层溶解态砷含量升高,上层与下层溶解态砷含量降低;而风浪扰动作用对水体总砷的分层变化影响不大.悬浮物浓度、砷浓度及分配系数均在3~4 m·s-1风速下发生变化,且呈现与之前不同的分层特征.4 m·s-1可能是一个临界风速,在4 m·s-1以上的风速下风浪占主导作用,而4 m·s-1以下是湖流与风浪共同作用的结果.     

由河道输入太湖的含营养盐泥沙拦截试验

在太湖主要入湖河道大浦港河口构建了泥沙拦截槽,结合泥沙沉降观测,分析利用泥沙拦截槽削减经由河道输入太湖的外源性泥沙及营养盐的可行性.结果表明:拦沙槽可以有效收集外源悬浮泥沙及其携带的氮磷污染物.拦沙槽以平均-33.99m3/月的速率淤积,其中在夏秋季淤积较快,最大单月沉降量达到66.34m3,在2020年7月～2021...     

太湖悬浮物分布的现场监测研究

于2005年8月25日至8月28日对太湖进行现场监测,得到了太湖梅梁湾到大太湖的悬浮物、浊度数据,分析得出:(1)光照强度较高时,对应于微囊藻峰值的出现,浊度在水深0.5m处出现最高值,光照强度较弱时,浊度的分布在垂直方向上趋于均匀;(2)悬浮物浓度与浊度具有较高的相关性,悬浮物浓度值可以用浊度的测定值换算得到;(3)河流流入、风浪条件和湖内藻类繁殖等影响着太湖悬浮物的垂直和纵向空间分布,出现梅梁湾到大太湖不同的悬浮物垂直和纵向分布。     

夏季太湖浊度分布特征及其在水－沉积物界面识别中的应用

基于2014年8月对太湖61个采样点的浊度和各物理化学指标的测定,分析夏季太湖浊度空间、垂直分布特征及其影响因素,利用实测的湖泊底层浊度垂直分层对水－沉积物界面进行定量识别.结果表明,夏季太湖浊度表、中、底层浊度平均值分别为(28.3±21.4), (23.0±13.3), (31.7±15.0) NTU,总体分布趋势为太湖北部贡湖湾、梅梁湾最大,其次为西部及湖心区,较低值出现在胥口湾及东太湖;线性回归分析表明,表、中、底层浊度分别与叶绿素a、无机悬浮物、总悬浮物浓度的拟合关系最好;基于浊度垂直分层定量识别的太湖水－沉积物界面厚度均值为(156.4±53.5) mm,其中贡湖湾及太湖西部厚度最大,其次为湖心区及梅梁湾,东太湖、胥口湾、竺山湾界面厚度最小,界面厚度与中层浊度存在显著的正相关(R2=0.552),风浪引起的频繁的沉积物再悬浮将增加水－沉积物界面厚度.太湖浊度的垂直分层可用于水－沉积物界面的定量识别,为水－沉积物界面营养盐交换和物质循环研究提供科学依据.     

太湖、巢湖水体总悬浮物浓度半分析反演模型构建及其适用性评价

总悬浮物浓度是水体重要的水质参数.本研究利用太湖春季、秋季和巢湖夏季多期野外实测数据,通过对生物光学模型进行合理的简化构建适用于太湖、巢湖水体总悬浮物浓度反演的半分析模型,并将该模型应用于MERIS和环境一号卫星高光谱卫星影像上以验证该方法的适用性.结果表明:①针对太湖和巢湖水体,总悬浮物浓度最优反演波段范围为730～832nm(氧气吸收带除外);②针对MERIS数据,波段10(中心波长754 nm)和波段12(中心波长779 nm)均适用于太湖总悬浮物浓度反演,而波段11(中心波长761 nm)由于氧气吸收带的影响不适用于总悬浮物浓度反演;③针对太湖MERIS数据,模型反演结果的相对误差基本上呈现出随距离卫星过境时间增大而逐渐增加的趋势,在卫星过境时间正负3 h内测量的样点,模型反演结果的相对误差均在50%以内,而时间差超过3 h,相对误差则逐渐增大到50%以上;④环境一号卫星高光谱数据17个波段(B83～B99)均能够对巢湖总悬浮物浓度进行较好的反演,其反演效果要好于MERIS数据在太湖的反演结果.     

太湖水底摩擦系数的估算

利用１９９２年８月至１９９２年１０月在太湖马山地区测得的风，浪资料，采用浅水浪公式对太湖水底摩擦系数进行了估算，估算值为０．００２５。     

基于实测光谱与MODIS数据的太湖悬浮物定量估测

以太湖为研究区域,对太湖水体的水面反射光谱进行实地测试,并取样在实验室进行水质分析;根据光谱分析得到的悬浮物特征波段,估测悬浮物浓度;最后,对比MODIS波段,用最敏感波段及主成分分析法建立悬浮物估测模型.结果表明,576nm附近的反射率峰值、841nm处反射率一阶微分值和808nm附近的反射峰高与悬浮物浓度都有较好的相关性,其中峰高法和一阶微分法对悬浮物浓度的估测精度相当;MODIS波段1与悬浮物浓度相关性最好,经过主成分变化后的第一主成分和第二主成分可以较好地估测悬浮物浓度.因此,可利用MODIS数据对太湖悬浮物进行长期动态监测.     

不同水力扰动强度对老化PSMPs在泥水两相间迁移的影响

以太湖为研究对象,针对老化聚苯乙烯微塑料（PSMPs）,探讨了水力扰动强度对PSMPs在泥水两相间的迁移过程,并通过FTIR和SEM-EDS等微观表征手段对PSMPs的形貌和元素等进行表征.结果发现,扰动条件下(55r·min^-1和120r·min^-1),上覆水中悬浮物（SS）和PSMPs均高于对照实验.这是缘于无扰动条件下,PSMPs受浮力影响,团聚在水面.在低强度(55r·min^-1)扰动下,上覆水中SS和PSMPs分别为（264.67±16.01）mg·L^-1和（239.67±6.51）n·mL^-1,而高强度(120r·min^-1)扰动下,上覆水中SS和PSMPs分别为（264.67±16.01）mg·L^-1和（239.67±6.51）n·mL^-1.在底泥中,PSMPs分别为（491.00±23.46）mg·L^-1和2.00n·mL^-1.且根据SEM-EDS分析,...