淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

调水型水库藻类对调水氮、磷浓度与水量的响应

以南方某典型的调水型水库为研究对象,采用EFDC模型建立了水库的三维水动力和富营养化模型,并根据长历时的水文和水质数据对模型进行了率定和验证.基于模型计算结果,分析了水库氮、磷浓度对藻类生长的影响,计算了藻类对调水氮、磷浓度及调水量的响应关系.结果表明,水库氮、磷浓度对藻类生长的限制作用很小.在降幅相同的情况下,降低磷浓度比降低氮浓度的藻类浓度降幅更大,削减60%的氮,叶绿素a无明显下降,削减60%的磷,叶绿素a平均下降12.4%,分别削减90%的氮和磷,叶绿素a分别平均下降17.9%和35.1%.当调水量高于现状的20%,藻类浓度随调水量增大而降低,当调水量低于20%,藻类浓度随调水量增大而升高,调水量比现状增大1倍,叶绿素a平均降低25.7%,调水量降至20%,叶绿素a平均升高38.8%.本研究对于支撑水源地的富营养化控制工作具有重要意义.     

龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征

龟石水库是贺州市主要的饮用水源,2014年夏季第一次暴发大规模的蓝藻水华.本研究通过分析水体的富营养化时空变化规律、外源污染来源以及浮游藻类群落结构动态变化特征,进而评价水体的富营养化状况,并提出合理的防控措施.结果表明,水库的氮磷浓度逐年升高,TN含量已远超过地表水Ⅱ类标准,部分样点的TP含量也超过Ⅱ类标准,且主要来源为规模化养殖和农业面源污染.水华期间浮游藻类细胞密度变化范围为8.60×10~6~5.36×10~8cells·L~(-1),水华优势种为惠氏微囊藻,密度最高达到5.36×10~8cells·L~(-1)以上,叶绿素a浓度最高为74.48μg·L~(-1),惠氏微囊藻细胞密度随时间推移呈现逐渐降低的趋势,并且垂直方向集中分布在表层及水下2 m处.水华期间浮游藻类总细胞密度与TN、TP、NO_3~--N和高锰酸盐指数呈现显著正相关,与透明度呈显著负相关.微囊藻毒素监测结果表明龟石水库水质未受到微囊藻毒素的污染.综合分析,对于中营养水平的龟石水库而言,蓝藻水华的防控既要关注气候和气象条件,更要尽量削减氮、磷营养盐入库量,维持较低营养盐水平是防范蓝藻水华的关键.     

基于AHP-PCA模型的于桥水库富营养化分析

本文从富营养化机理出发,利用1999-2005年的数据资料,对于桥水库富营养化评价的参数筛选、权重、参数间相关关系等方面进行深入研究,以AHP-PCA模型科学的分析了于桥水库水体富营养化变化规律和特征,结果与富营养化表现因子藻类生长规律相吻合,为于桥水库的水生生态系统的维护与管理提供了理论依据.     

水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长影响的数值模拟

为研究水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长繁殖和富营养化的影响,通过对现有藻类生长率计算式中的流速影响函数进行改进,引入表征藻类生长最佳流速与流速范围的参数,构建了二维非稳态藻类生长动力学模型,并用实测数据以及现有的实验成果对其参数进行率定与优化.针对三峡水库水华高发时段的气候条件和研究河段现有的营养盐状况,就不同水位下的叶绿素a浓度的时空分布进行数值仿真、对可能发生水华的位置和范围进行分析和预测.结果表明,对于嘉陵江重庆主城段,流速在0.04m·s-1左右最有利于藻类的生长繁殖.     

不同扰动强度对浮游藻类群落结构演替的影响

三峡水库蓄水后,库区支流水华频发。为研究水华生消机理,以中度扰动理论为指导,在神农溪支流水库敏感区域设立围隔实验系统,研究不同扰动强度对浮游藻类群落结构演替的影响。设置不同扰动强度,对围隔水体叶绿素a浓度(ρ(Chl-a))、浮游藻类细胞密度进行跟踪监测。结果表明,无扰动的围隔浮游藻类生长最迅速,并暴发水华,ρ(Chl-a)最高值达到53.725 mg/m3,浮游藻类细胞密度最高值达到111.42×106cells/L,而有扰动的围隔浮游藻类则生长缓慢,扰动越强ρ(Chl-a)及藻细胞密度越低,它们与扰动强度呈显著负相关(r1=-0.918,r2=-0.845)。中度扰动理论适合本实验,存在一个临界扰动强度,浮游藻类多样性水平最高,多样性指数最高值为3.329;低于临界值时优势藻种生长较快抑制其他藻种的生长,高于临界值时不利浮游藻类生长,藻类生物量及生物多样性水平降低。     

山仔水库富营养化与水华爆发的水文因素分析

文章通过水质主要指标的时空变化及其与水库流量、水位、水滞留时间等关系,研究水动力条件对山仔水库富营养化的影响。研究表明,由于山仔水库蓄水时清库不彻底,总氮、总磷浓度较高,从1997年开始呈现下降趋势,2001年后又有所回升;水库水滞留时间大于2周的年份,相对年均水位低,水库水华爆发的几率大;水库的进口、支流入口的总磷、COD、藻类数量和叶绿素a相对较高;山仔水库与下游塘坂水库因其水库形态、库容、水力交换能力的差异,藻类数量和叶绿素a含量也存在明显的差异,说明了山仔水库水华的发生与水文因素关系密切。     

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_(mix))来影响藻类群落结构的时空演替.     

滨海地区混盐水体富营养化主因子识别与分析——以天津市清净湖为例

水质与水体营养化程度密切相关,提炼识别其中的主要影响因素并合理控制是水体富营养化防治的有效途径.我国滨海地区地表水咸化问题突出,混盐水体(含盐量500~30000 mg·L-1)众多,其中,许多混盐水体还同时面临富营养化加剧及水华的威胁.因此,本文以天津滨海地区典型混盐水体清净湖为研究对象,通过对其水环境监测数据的统计学分析,结合藻类生长模拟实验,对其富营养化主要影响因子进行识别与分析.结果表明,总磷和矿化度为清净湖藻类生长的主要影响因子,叶绿素a浓度与矿化度呈显著负相关关系,与总磷呈显著正相关关系,以总磷和矿化度为自变量的多元线性回归模型可较好地预测叶绿素a动态.水体含盐量在15000~25000 mg·L-1的范围适宜藻类生长增殖,而当盐度小于10000 mg·L-1或大于30000 mg·L-1时,藻类生长受到抑制;在清净湖当前氮浓度水平下,磷含量增加会促进藻类生长增殖,藻类生长速率呈P3组(10∶1,氮磷比)P4组(5∶1)P2组(20∶1)P1组(50∶1)P0组(无磷培养液),氮磷比为10∶1时最适宜藻类生长.     

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨/退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.     

三峡库区巫山段175m试验性蓄水前后水质时空分布变化

分析了三峡库区长江巫山段2006～2009年枯、平、丰水期和2008年175m试验性蓄水加密监测水质监测数据,结果表明：长江干流水质保持相对稳定,而支流由于回水顶托,各项水文要素均发生了变化,这些水文要素的变化相应地会带来水环境要素的改变。     

三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响

依据实测原型水文序列,在辨析三峡水库运行与四水流域水利工程运行对江湖水文关系演变特征影响的基础上,重点剖析了三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响。结果表明:①在江湖水文关系演变过程中,三峡水库运行对洞庭湖水情演变的影响要大于四水水利工程运行的影响;②洞庭湖区水资源比三峡水库运行前(1951—2002年)类似来水情景下减少了185.60×10⁸ m³;③三峡水库蓄水调度运行期,枯水年、丰水年9月15日至10月31日荆南三口入湖平均径流依次减少67.99×10⁸、23.14×10⁸ m³,补水运行期枯水年、丰水年1—3月三口入湖平均径流依次减少4.93×10⁸、11.51×10⁸ m³;④三峡水库运行对洞庭湖区水资源开发利用影响的地区是澧县、安乡县、沅江市、南县、华容县等县市,影响时间为每年10—12月或1—3月,影响的后果是因季节性和工程性缺水造成该区平均每年经济损失约57 359×10⁴元。     

三峡水库营养状态评价标准研究

采用一维水力学模型和30年的系列水文数据,计算了三峡库区干流及其主要支流在不同来水条件下的月滞留时间和月平均流速,通过统计不同类型滞留时间和流速的发生概率,综合计算了库区的富营养化敏感指数,对三峡库区水体的敏感类型进行了划分,将库区水体分为河流型、过渡型和湖泊型3种.根据三峡水库营养状态调查结果,统计分析了过渡型和湖泊型水体的营养指标分布概率、富营养化阈值及其与叶绿素a的回归关系,确定了库区过渡型和湖泊型2种水体的营养指标分级标准值,提出了三峡水库营养指标指数值的确定方法和权重大小,对三峡水库不同类型敏感区的营养状态进行了综合评价,分析了评价结果与同期监测的浮游植物密度的相互关系,从而对三峡水库的评价标准和评价方法的科学性进行了验证.结果表明,三峡水库富营养化敏感程度从库尾至库首逐渐增加,三峡库区长江在银杏沱以上江段为河流型水体,在银杏沱至坝前江段为过渡型水体,位于丰都县以下的支流的回水区以湖泊型水体为主.分别制定了三峡水库过渡类型区和湖泊类型区的营养状态标准值,依据该标准所开展的营养状态综合评价结果与浮游植物数量具有显著的相关性,其中湖泊类型区的营养化程度高于过渡类型区,与三峡水库的现实状态相符合.     

三峡水库支流回水河段氮磷负荷与干流的逆向影响

 通过分析三峡库区大宁河回水河段氮磷的来源、数量及时空特征,研究三峡水库成库初期和稳定运行期,次级支流回水段受干流的逆向影响.结果表明,成库初期,支流回水段的氮磷分配特征初步呈现干流逆向影响效应,分别有19.05%TN、28.93%TP源于干流倒灌输入;由于干流顶托作用,氮磷呈现具峰值的空间分布特征.在稳定运行期,支流回水段的氮磷来源及数量将明显受干流逆向影响,在其中的藻类适宜生长期,大宁河回水段干流倒灌输入的TN、TP分别高出上游径流输入近3倍、10倍,明显高于成库初期.当运行水位从145m升至175m时,支流回水段纳受干流倒灌输入的TN、TP可分别达15484.99、1185.75t.研究表明,干流逆向影响可能加剧三峡水库水体的富营养化.     

三峡库区水质和水龄数值模拟研究

三峡水库是我国重要的生态屏障和水资源战略储备库,保护水库的水质安全对于国家经济发展和社会稳定具有重要战略意义.本文基于EFDC模型模拟了2010—2014年三峡库区及主要支流的水动力水质过程,重点研究上游来水和重点支流对库区水质的影响及水龄变化特征,结果表明：①模型可定量研究重点支流输入对库区水质的影响,17条支流中仅金沙江、嘉陵江、乌江和木洞河对库区水质贡献率较大,其他支流总体贡献率小于1%;各支流对库区氨氮、COD和TP的贡献率沿程呈下降趋势,其中,上游来水（金沙江）对库区水质影响最大,高于65%.②丰水期嘉陵江和木洞河对库区水质的贡献率较枯水期增加,增加幅度为4%~23%,主要表现为水质指标氨氮和TP的增加,研究结果可为库区支流富营养化方面的研究提供科学依据.③2010—2014年除寸滩外,干流其他断面水龄呈缓慢增长趋势,干流水龄和各支流河口水龄都呈现上游至坝前的增长趋势,在枯水期和平水期尤为明显;库区水龄与流量和水位存在定量关系,支流河口水龄与支流本身流量也有一定关系.     

三峡工程运行对洞庭湖水环境及富营养化风险影响评述

洞庭湖的江湖关系受自然因素及人为因素影响,其江湖关系的变化影响洞庭湖水文、水质、水环境容量和营养状态.近年来洞庭湖的富营养化指数不断升高,但水环境变化及富营养化风险变化的原因错综复杂,如何区分三峡工程运行等人类活动和气候变化等自然因素对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响是洞庭湖江湖关系研究的难点.根据近年来洞庭湖江湖关系、水环境或富营养化水平的相关研究,对洞庭湖由于三峡工程运行导致的江湖关系变化,以及该变化对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响的研究进展进行系统梳理、分析、总结和评述.现阶段研究得出,三峡工程运行导致的江湖关系变化影响洞庭湖不同时段的水环境容量,在一定程度上改善了枯水期和泄水期洞庭湖水质;三峡工程运行后洞庭湖水体中的ρ（TP）有所降低,但洞庭湖湖体ρ（TN）、ρ（TP）仍相对较高,已能够满足藻类生长的需求,水华发生的制约条件是水体透明度和水流流速;江湖关系变化后洞庭湖富营养化风险增大的时段是蓄水期,其他时段富营养化风险减小;流速较低的东洞庭湖湖滩区、蓄水期流速降低明显的南洞庭湖滩区水华发生的风险增大,为水华发生的敏感区域.大型枢纽工程对通江湖泊污染物迁移转化影响的机理分析、对通江湖泊水环境影响的模拟及相关参数研究、对湖泊水环境及富营养化风险的长期影响等方面的研究还有待进一步完善.      

Eutrophication and algal blooms in channel type reservoirs: A novel enclosure experiment by changing light intensity

To explore eutrophication and algal bloom mechanisms in channel type reservoirs, a novel enclosure experiment was conducted by changing light intensity (LI) in the Daning River of the Three Gorges Reservoir (TGR). Square enclosures (side 5.0 m) were covered on the surface with shading materials of different thickness, and with their bases open to the river. Changes and characteristics of the main eutrophication factors under the same water quality and hydrodynamic conditions but different LI were evaluated. All experimental water samples were neutral and alkalescent, with high nitrogen and phosphate concentrations, low potassium permanganate index, stable water quality, and different LI. At the same water depth, LI decreased with increasing shade material, while dissolved oxygen and water temperature were both stable. The growth peak of phytoplankton was with light of 345-4390 lux underwater or 558-7450 lux above the water surface, and water temperature of 25.6-26.5℃. Algae were observed in all water samples, accounting for 6 phylum and 57 species, with algal density changing frequently. The results showed that significantly strong or weak light was unfavorable for phytoplankton growth and the function together with suitable temperature and LI and ample sunshine encouraged algal blooms under the same water quality and hydrodynamic conditions. Correlation analysis indicated that algae reduced gradually lengthwise along water depth in the same enclosure while pH became high. The power exponent relationship between chlorophyll a (Chl-a) and LI was found by curve fitting, that is Chl-a = K(LI)ⁿ.     

三峡前置库汉丰湖试运行年水体水质现状及控制效果评估

三峡汉丰湖是世界范围较罕见的专为减弱消落带影响而修建的前置库,也是中国最大城市人工湖体,自汉丰湖试运行后,山水林田湖生态效益及建设宜居城市的社会效益显著.本文以三峡汉丰湖为研究对象,对汉丰湖试运行年支流来水及湖体断面进行水文、水质分层监测,包括水文参数(v、H等)、物理参数(T、pH、SD、DO、TSS等)、化学参数(高锰酸盐指数、Chl-a、TN、DN、NO_3~--N、NH_4~+-N、NO_2~--N、TP、DP、SRP等)共17个指标.监测结果表明:1 2月、10月等开始泄水蓄水时期水质较差,南河支流来水断面水质最差,调节坝出水断面最好;2汉丰湖水体总体呈轻度富营养化,主要污染指标为DN、TN、NO_3~--N、TP;3汉丰湖在试运行年对水体富营养化控制效果显著,Chl-a年平均消减率57.73%,高锰酸盐指数年平均消减率28.12%,SRP、TP、TN、TSS、NO_2~--N、DN、DP等年平均消减率20.15%~22.81%,NH_4~+-N、NO_3~--N等年平均消减率16.92%~18.74%,水体年平均富营养化指数降低15.74%.研究表明,1~3月、10~12月高水位湖泊形态试运行期间对各水质指标消减率高于5~8月河流形态时期,汉丰湖试运行良好,对水体富营养化控制效果显著,可消减三峡入库水体污染物浓度.     

三峡蓄水对小江CODCr、NH3-N及TP纳污能力的影响

三峡蓄水后的高水位条件下,长江支流小江回水区水域水文情势发生变化,流速减小,水域污染物浓度本底值发生变化,水环境参数与天然河道相比改变很大,纳污能力受到很大的影响.根据小江水功能区划及水功能区水质目标,分析计算蓄水前后CODCr、NH3-N及TP纳污能力总量的逐月值和年总量.结果表明:每月的CODCr、NH3-N、TP的纳污能力受流量、流速、水位和水质控制目标的影响,蓄水后每年CODCr纳污能力总量减少约20.59%,NH3-N的纳污能力总量减少约22.22%,TP的纳污能力总量减少约23.08%.小江回水区水域纳污能力减小是蓄水后富营养化现象增多的重要因素之一.     

应用三维粒子轨迹跟踪模型模拟香溪河水藻增殖过程

三峡工程建成后将改变库区的水动力条件,会对库区及支流的水生态环境产生重要影响.因此,本文应用三维非结构海洋动力学模型ELcirc,以及考虑营养物质浓度、水温、水下光照强度和流速等因素影响水藻增殖的粒子轨迹跟踪模型模拟三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移.同时,采用室内弯道水槽试验资料对模型进行了验证,计算结果表明,验证后的模型可以较为精确地模拟弯道水流运动特性和弯道水流中的物质输移现象.采用验证后的模型研究了2007年9—10月三峡水库蓄水期香溪库湾的水流及藻类颗粒物质输移,结果表明,长江干流水体倒灌入香溪库湾产生回流,藻类颗粒向上游运动,考虑水藻生长过程的三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水藻颗粒的垂向分布及水藻生长的水华过程.