基于GIS的太湖水质及营养状态分区评价研究

本文以国家环保部太湖流域环境监测网中心站1994-2000年的水质监测的监测数据为基础,运用地理信息系统(GIs)分别对太湖进行了单因素水质评价分区和多因素富营养化综合评价与分区,结果显示太湖水质基本在Ⅳ类以上,污染较严重,太湖已全面进入富营养化状态,重富营养化区位于太湖北部,面积为5.9%,主要分布在五里湖、梅梁湾,竺山湖;中度富营养化区在西部岸边带和中北部岸边带地区,面积为33.2%;轻度富营养化区从太湖湖心向东到东太湖,面积最大,占6 O.9%.整体上呈现自北而南、自西向东从重度富营养程度向轻度富营养程度扩散的趋势.研究结果为太湖综合治理提供了理论依据,并确定太湖的重点治理湖区应是太湖北部的五里湖、梅梁湾、竺山湖和贡湖湾的西北部,同时太湖富营养化治理应注重控源和生态修复相结合.     

太湖氮、磷自净能力的实验与模型模拟

于2011年9月对太湖竺山湖开展了1次湖区实验,根据质量平衡原理,通过进出竺山湖湖区河道以及竺山湖湾心、湾口水量、水质测量,弄清了竺山湖湖区营养物质进出以及消纳规律,从而为完善水量-水质模型参数提供依据,也为进一步研究太湖水体自净能力提供了基础资料.采用EcoTaihu模型模拟了太湖营养物质的循环以及自净能力,根据竺山湖湖区实测结果对模型进行了验证,实验得到竺山湖湖区总氮年自净能力为1 979 t,总磷年自净能力为119 t,通过EcoTaihu模型计算得到竺山湖总氮年自净能力为1 911 t,总磷年自净能力为116 t,实测数据和模型较为吻合.模型计算结果表明,2006、2008、2010年太湖氮元素自净能力分别为4.00、4.27、4.11万t.2006、2008、2010年太湖磷元素自净能力分别为1 566、1 798、1 712 t.     

太湖蓝藻水华灾害风险分区评估方法研究

通过对太湖蓝藻水华灾害风险分析,构建太湖蓝藻水华风险评估指标体系,结合风险评估概念,建立太湖蓝藻水华灾害风险评估方法.在此基础上,以2008年为基准年,结合太湖9个分区,评估各湖区蓝藻水华灾害危险性、易损性、脆弱性和综合风险.结果表明,综合风险最大的区域集中在太湖的北部,尤其作为水源地的贡湖风险最大,为重度风险;竺山湖、梅梁湾和西部沿岸由于其危险性较大,而总体风险较大,为中度风险;其他湖区风险较小,胥湖、南部沿岸和大太湖为轻度风险;太湖的东南部湖区箭湖东茭咀和东太湖由于水体富营养化程度较低,植物覆盖率较高,蓝藻水华发生危险性较小,综合风险指数较小,为轻微风险.     

太湖沼泽化评价方法的建立及应用

为了研究太湖的沼泽化现状,在考虑太湖生态类型空间分布多样性特征的基础上,遵循以水生植物为主、促淤效应为辅的沼泽化评价原则,选取水生植物类型、水生植物生物量、沉积速率、平均水深为指标,构建了沼泽化定量评价体系,并对太湖沼泽化综合指数进行分湖区计算.结果表明,太湖沼泽化程度可分3个水平:处于沼泽化盛期的东太湖,其沼泽化综合指数为2.81,为全湖最高;处于沼泽化前期的东部滨岸区、贡湖和南部沿岸区,其沼泽化综合指数分别为1.36、1.19、1.18;不存在沼泽化问题的梅梁湾、西部沿岸区及湖心区,其沼泽化综合指数分别为0.90、0.79、0.05.对沼泽化程度严重的东太湖有必要采取人工生物量控制、生态清淤、围网养殖规划等减缓沼泽化进程的治理措施.     

底泥疏浚对太湖内源及底栖生物恢复的影响

底泥疏浚对湖泊内源削减具有重要的作用,是富营养化湖泊内源治理的重要技术之一.以太湖疏浚区为对象,估算了近十余年疏浚对内源负荷的削减量,并评估了太湖北部竺山湖和梅梁湖的底泥疏浚效果.结果表明,太湖累计疏浚的4 200万m³底泥,共计清除了底泥中氮约6.26万t,总磷约1.83万t,有机质约117万t,相当于清除了蓄积于底泥中二十余年的外源污染物输入量.对于外源控制较好的梅梁湖,底泥疏浚后5 a内水质改善明显,随后出现反弹,但仍有效削减了表层底泥总氮和总磷含量.相反,对于外源输入仍较大的竺山湖,疏浚十余年后,底泥内源又回复到浚前水平.对竺山湖疏浚区开展了长达6 a的底栖生物群落跟踪评估,发现疏浚初期对底栖生物群落具有一定的影响,但浚后2 a,底栖生物密度与生物量等指标已接近浚前水平. 6 a后,疏浚区与未疏浚区的底栖生物群落多样性指数已无差别.结果也表明,底泥疏浚对湖体内源具有较好的控制效果,且疏浚效果维持程度与外源输入强度密切相关.此外,长期来看,疏浚区底栖生物群落依靠自恢复能力可达到浚前水平,疏浚不会对底栖生物群落结构造成影响.     

基于平衡分配法的太湖沉积物重金属质量基准及其在生态风险评价中的应用研究

水体沉积物评价和管理中最紧迫的问题是建立水体沉积物质量基准以保护水生生物.以太湖为研究对象,利用平衡分配法初步探讨了太湖不同湖区中Pb、Cu、Zn、Cr4种重金属的质量基准,分析了各校正项对不同重金属基准的贡献,利用基于沉积物质量基准的SQG-Q法对太湖各湖区沉积物重金属的潜在生态风险进行了评估.结果表明：SQGPb、SQGCu、SQGZn和SQGCr分别为21.2～307.4mg·kg-1、52.3～281.0mg·kg-1、399.7～1659.1mg·kg-1和21.2～68.7mg·kg-1,不同湖区沉积物重金属质量基准存在差异;SQGPb基本由AVS校正决定,Kp·WQC值和粒径校正两者主要决定了SQGCu和SQGZn,SQGCr则由Kp·WQC值、粒径校正、残渣态校正共同决定;四种重金属含量与沉积物质量基准初步值相比,超基准程度次序为Cr〉Pb〉Zn〉Cu;太湖各湖区沉积物中的重金属存在中等潜在生态风险,且大小顺序为竺山湾〉梅梁湾〉贡湖湾〉东太湖〉西部沿岸区和东部沿岸区〉湖心区〉南部沿岸区.     

太湖不同介质中磷的污染特征及其治理启示

磷是现阶段制约太湖水环境持续改善的关键指标,也是太湖蓝藻暴发的重要诱因之一.为揭示太湖不同介质中磷元素的特征及其之间的迁移转化关系,对太湖全湖表层水、上覆水、间隙水和沉积物中TP浓度进行了调查分析.结果表明,太湖表层水和上覆水ρ（TP）处于地表水Ⅰ～Ⅳ之间,平均值分别为0.09 mg·L^-1和0.085 mg·L^-1,间隙水ρ（TP）是上覆水的4～8倍,平均值为0.558 mg·L^-1.太湖沉积物中TP负荷主要集中在表层0～30 cm,ω（TP）范围在413～1 531 mg·kg^-1,深层（30～100 cm）沉积物的TP含量总体较为稳定.太湖沉积物-水界面的磷元素交换总体比较活跃,不同介质中TP污染的空间分布一致性较强,总体表现为西北部高于东南部,西北部湖区中,竺山湖不同介质中TP含量均达到严重污染的程度,梅梁湖和西部沿岸区因间隙水与上覆水TP浓度梯度差较大,内源释放风险较高.TP含量在沉积物中总体表现为随深度增加而降低的趋势;近现代人类活动的影响主要聚集在表层0～30 cm沉积物,该泥层是底泥...     

太湖不同湖区沉积物磷形态变化分析

采用SMT法于2009年11月对太湖北部湖区梅梁湾(T1)、竺山湾(T2)、太湖西部(T3)、太湖南部(T4)、太湖东部(T5)及湖心区(T6)沉积物30cm深度上不同磷形态进行分析,结果表明,太湖不同营养水平湖区不同磷形态含量变化明显,北部竺山湾及太湖西部富营养化明显, NaOH-P含量明显高于其他湖区,占TP比例总体为T2 > T1 > T3 > T4、T5、T6.反映太湖北部及西部受人为污染源输入影响严重. HCl-P则表现为太湖北部及西北部含量总体低于太湖南部\东部,占TP比例总体为T4 > T5 > T6 > T1、T3 > T2. OP随深度至约15cm迅速降低,和太湖较强的矿化作用有关系. 同NaOH-P一样, TP表现出太湖北部及西北部含量高于其他湖区的总体趋势,反映了太湖北部和西北部湖区特别是竺山湾富营养化高于其他湖区.     

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系. 结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108 L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高. 太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46mg/L ,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73mg/L,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高. 太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸. 偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD_Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关. 在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.      

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.     

太湖区域13种磺酰脲类除草剂污染特征

为了解太湖区域磺酰脲类除草剂污染水平、空间分布,作者于2019年10月对太湖及主要入湖河道开展了13种磺酰脲类除草剂监测分析,采用在线固相萃取-高效液相色谱联用三重四级杆质谱法,对采集的55个地表水样进行了分析测定.结果 显示,磺酰脲类除草剂在太湖和22条入湖河道中站点检出率分别为100％、90.9％,检出种类为7种、8种,浓度总值为1.69～38.1 ng/L、ND～70.7 ng/L;若以农产品中最大残留量的1％作为地表水中磺酰脲类除草剂限值(500ng/L～1 μg/L)参考,污染水平总体不高;甲磺隆(浓度范围ND～50.64 ng/L,检出率94.5％)和苄嘧磺隆(浓度范围ND～12.8 ng/L,检出率92.7％)残留最高、分布最广,氯嘧磺隆和烟嘧磺隆其次,浓度合计占总值85％以上.受区域农业种植面积及种类、河道流向和水量影响,宜兴市入湖河道污染水平高于其他地区,并社渎港最高;太湖西北部竺山湖、西部沿岸区污染相对较重,并呈向东南递减趋势.     

太湖富营养化现状,趋势及其综合整治对策

在１９９４￣１９９５年太湖９次富营养化现状调查基础上，评价了太湖各期营养程度，并分析了３５年来主要营养物含量发展趋势。结果表明，太湖营养水平处于中富向富营养过渡状态，中富面积约占全湖面积的７０％以上，夏季富营养及重富营养水域出现在北部湖区的梅梁湖、五里湖和西部沿岸带，约占全湖面积的１０％，３０多年来湖体中形态营养元素含量有较大增长，尤其是磷增长最快，使氮磷比下降。太湖水源地梅梁湖营养程度由１９８１     

基于MODIS数据辅助的太湖叶绿素a空间插值应用

通过运用Modis太湖遥感数据反演得到的太湖叶绿素a浓度,利用克里格与加权反距离这2种插值法,首先进行全湖的插值方法的比较和插值样点数的选取;并对太湖8个湖区进行插值点分区研究;最后运用克里格对太湖进行全年不同季节的应用效果评价。结论如下:(1)在插值方法的选取上,克里格法更适合太湖叶绿素a的插值应用,全湖合理的取样数为68个。(2)各湖区蓝藻空间分布相关性由大到小依次为:南部沿岸区>湖心区>贡湖>东部沿岸区>东太湖>西部沿岸区>梅梁湖>竺山湖。(3)对于蓝藻不同生长阶段来说,在蓝藻休眠中后期(12-次年2月)、复苏期(3-4月)、生物量增加前期(4-7月)的预测效果较好;而在蓝藻生物量增加中后期(7-9月),上浮、积聚期到休眠前期(7-12月)预测精度较差。总体来说,冬季、春季插值的效果好于夏季,秋季插值效果最差。     

以浮游植物评价太湖春季水质污染及富营养化

通过太湖浮游植物群落生态学的研究 ,对太湖春季水质污染及富营养化进行总评及分区评价。就太湖总体而论 ,藻量均值达 2 88× 1 0 6个细胞 /L ,硅藻指数 1 1 0 ,污染指示种占 58 8% ,各样点多以蓝藻 (微囊藻为主 )占优势 ,其分布频度达 1 0 0 % ,多度达 6 5 5% ,表明太湖受到中等程度的污染。与过去同期太湖浮游植物的调查资料对比表明人为富营养化进程有所减缓。     

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

基于GIS下的太湖水质富营养化模糊综合评价

在地理信息系统和地统计学的支持下,探讨了模糊数学与层次分析法相结合的方法在水体富营养化评价中的应用.以太湖为研究对象,选取总磷、总氮、叶绿素、化学需氧量、5日生化需氧量、溶解氧和透明度7项指标进行评价.在对研究区域采样数据进行地统计分析后估算出整个区域评价指标的值,在此基础上建立不同指标的隶属度函数,并计算其隶属度;同时根据层次分析法的原理,确定了各项评价指标的权重,最终得到研究区域的综合结果,绘制出富营养化评价图.结果表明:北部、西北部湖区营养水平最高,属重富营养;中部湖区营养程度为中富营养;东南部湖区营养水平最低,属中营养.     

阜新市八座水库营养状态的模糊综合评价

在对阜新市八座水库进行水质监测的基础上 ,采用改进的模糊综合评价法对其富营养化程度进行了评价 ,通过建立评价的因子集、评价集、隶属函数和权重集 ,摈弃最大隶属度原则 ,而用加权平均原则确定水质富营养化程度的模糊综合指数 ,从而表明水体的营养状态。结果表明 :阜新市八座水库均处于中富营养状态 ,总磷是主要污染因子。采用改进的模糊综合评价法 ,其评价结果符合阜新市八座水库的实际情况 ,且更加客观全面。     

太湖不同营养水平湖区汞的形态和分布特征

为研究富营养化对太湖汞形态分布特征的影响,于2011年水华暴发期,在太湖不同营养水平湖区(竺山湾、贡湖湾及南太湖)采集水样,测定了水体中THg(总汞)、DHg(溶解态总汞)、RHg(活性汞)、TMeHg(总甲基汞)、DMeHg(溶解态甲基汞)的质量浓度及其分布特征. 结果表明,太湖不同营养水平湖区水体中ρ(THg)和ρ(DHg)无显著差异,ρ(THg)为4.67~12.15 ng/L,ρ(DHg)为2.27~10.36 ng/L. 太湖水体中ρ(RHg)平均值为0.79 ng/L,藻类的生长对水体中ρ(RHg)的分布有显著影响,水体营养水平越高,ρ(RHg)越低. 水体中ρ(TMeHg)和ρ(DMeHg)分别为0.10~0.27和0.09~0.23 ng/L,藻类的吸附及水体中较高的E_h(氧化还原电位)和pH抑制了汞的甲基化,但在富营养化较严重的竺山湾,受藻类生长及水华的影响,水体中ρ(TMeHg)(0.22 ng/L)仍相对较高.      

太湖附泥藻类生物量空间分布及其与环境营养盐的关系

为了揭示富营养化浅水湖泊附泥藻类空间分布及其与环境营养盐之间的关系,于2015年6月9—15日对太湖进行高密度布点采样,研究了太湖表层沉积物上附泥藻类生物量及表层沉积物和水柱中氮、磷等营养盐含量的空间分布特征及其相互关系.结果表明,太湖附泥藻类生物量(以叶绿素a表征)空间异质性明显,最小值为0.07μg·g-1,最大值为1.66μg·g-1,平均值为0.34μg·g-1.附泥藻类生物量在太湖西北部及东太湖较高,其次是贡湖湾、梅梁湾及东部沿岸,在西南部湖区较低;太湖水体中氮、磷等元素含量也存在明显的空间变化,水体中氮、磷含量在竺山湾、梅粱湾及太湖西部明显高于其它湖区;太湖表层沉积物中总有机碳(TOC)、氮、磷等元素含量空间异质性显著,表层沉积物中总磷及各种形态磷含量的空间分布特征与水体中总氮、总磷分布特征类似,表层沉积物总氮及TOC的含量在太湖西北部(包括竺山湾)、梅梁湾、东部湖区(包括东太湖、胥口湾)较高,在西南部湖心区较低;太湖附泥藻类生物量与水体氮、磷含量、沉积物氮、磷及不同形态磷(Ca-P除外)含量均呈显著正相关关系(r≥0.18,p0.05).由此可见,太湖附泥藻类生物量的空间异质性既受水体氮、磷浓度的影响,也受沉积物氮、磷等营养水平的制约.本研究结果可为进一步研究附泥藻类在太湖生态系统中功能,以及深入探求太湖富营养化治理途径提供一定的理论依据.     

大型浅水湖泊水质模型边界负荷敏感性分析

为探究太湖水质对外源负荷削减的时空响应分异性,阐明不同入湖水量和污染来源条件下对应的外源削减侧重点,基于EFDC模型构建太湖水质模型,将太湖入湖边界划分为7组,以COD和氨氮为输出目标,采用局部敏感性分析方法进行太湖水质边界敏感性分析.结果表明,各湖区的COD和氨氮改善响应特点为自削减边界向外围递减,边界敏感性指数均为西北湖区最高.枯水期削减条件下COD浓度改善率比丰水期低28.40%~34.71%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 梅梁湾边界 > 西南湖区边界 > 东部湖区边界 > 东太湖边界;枯水期削减条件下氨氮浓度改善率比丰水期高41.59%~42.34%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 梅梁湾边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 西南湖区边界 > 东太湖边界 > 东部湖区边界.因此,在进行大型湖泊外源污染防控决策时,需要根据不同水质考核指标综合考虑削减的时期和入湖河流位置.