底泥疏浚对竺山湖底栖生物群落结构变化及水质影响

结合2008年年底在竺山湖进行的底泥清淤工程,调查了底泥疏浚6个月后对大型底栖动物的群落结构的影响及水质变化.结果表明,疏浚区和未疏浚区底栖动物均以霍普水丝蚓、摇蚊和铜锈环棱螺3种生物为主;同未疏浚区相比,疏浚后生物多样性降低,但生物量增加.受外源污染影响,上覆水体中TN、TP含量变化幅度分别为1.64～4.45mg/L和0.133～0.258mg/L,较高的水体营养盐含量,使得疏浚后的新生底泥仍处于营养盐较高的状态,从而使得底栖动物群落组成以生活于污染较重的物种为主.采用Shannon-Weaver、Simpson和Goodnight指数对底栖生物进行评价,结果表明疏浚区处于中度污染,未疏浚区处于中-重度污染状态.结合底栖动物调查和水质监测结果,只有在严格控制外源污染对水体的影响后,底泥疏浚才能起到应有的作用.     

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.     

污染底泥环保疏浚工程的理念·应用条件·关键问题

污染底泥是水体最主要的内源,存在污染物二次释放的风险,而环保疏浚可以有效地清除污染底泥、降低内源污染负荷及其释放风险,因此近年来该技术在水环境治理中得到广泛的应用.环保疏浚的主要目的是有效清除河流、湖泊（水库）水体污染底泥中累积的污染物,并对浚后污泥进行安全处理处置,为污染河流、湖泊（水库）水质改善与生态修复发挥工程作用.作为湖泊、河流水污染综合治理技术体系的重要组成部分,环保疏浚是生态环境工程技术之一,也是湖泊河流水污染治理的重要手段;但底泥疏浚同时也存在疏浚效果不理想、可能造成原位扰动与异地污染、改变水生态系统的结构与功能等生态风险.研究显示,未来环保疏浚的主要发展方向应包括:① 基于调查评估基础上的污染底泥分区、分类环保疏浚及处理处置研究;② 污染底泥环保疏浚与区域生态修复一体化设计研究;③ 污染底泥环保疏浚-浚后干化-处理处置-资源化集成技术研究;④ 污染底泥环保疏浚、处理和资源化全过程监管评估技术研究.      

基于突变理论的太湖富营养化程度判别

基于太湖夏季9个水功能分区的水质监测结果,综合考虑生物因子(叶绿素a浓度)、营养盐因子(总氮、总磷)、理化因子(水体透明度、高锰酸盐指数)作为评价指标,运用印第安人茅舍型突变模型对太湖的富营养化程度进行定量判别和分析。结果表明:太湖营养化程度时空分布不均。6月份,竺山湖的综合突变隶属度值为0.363;7月份,五里湖、梅梁湖、竺山湖及西部沿岸区的综合突变隶属度值分别为0.328、0.371、0.344及0.337;8月份,梅梁湖和西部沿岸区的综合突变隶属度值分别为0.373和0.362。因此太湖西部、北部的富营养化程度较高,处于中度富营养化状态。     

无锡锡山区宛山湖底泥污染及生态清淤研究

底泥生态疏浚作为生态修复的重要措施之一,已广泛应用于太湖流域水环境综合治理。为解决区域的水环境问题,进一步提高人居环境质量,开展了锡山区宛山湖底泥污染和生态清淤研究。以宛山湖九里河口以北湖区为研究对象,通过对宛山湖基本情况及底泥污染现状调研分析,充分考虑通航和引水需求以及施工深度限制等因素,确定生态清淤范围和工程量。本次疏浚面积为0.75 km²,疏浚深度为0.3～1.3 m,疏浚总量为56.82万m³,其中底泥清淤34.82万m³,航道疏槽22.00万m³。从清淤要求、清淤深度、清淤设备选择、清淤工艺等关键技术点着手制定宛山湖北部湖区底泥清淤方案。通过对先导区污染底泥的生态清淤,有效削减底泥内源污染,促进宛山湖水体水质改善,并为宛山湖水生态修复奠定基础,具有显著的环境和社会效益。     

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.     

外源输入对底泥疏浚新生表层磷恢复及迁移的影响

外源输入对底泥疏浚新生表层磷恢复及迁移转化的影响尚不清楚,阐明该问题对于底泥疏浚实施后流域尺度上的外源控制及管理具有重要的意义.本研究以太湖梅梁湾沉积物为研究对象,采用野外原位模拟疏浚的方法研究在有无外源颗粒物输入条件下,疏浚前后新生泥水界面磷的迁移转化过程,并探讨疏浚对内源磷释放的控制效果.结果表明,疏浚后阻止外源颗粒物输入对沉积物总磷(TP)和总氮(TN)的控制产生着积极的影响;疏浚显著降低了表层沉积物潜在可移动磷的含量,有外源颗粒物输入组潜在可移动态磷(Mobile-P)含量显著高于无外源组,变化的Mobile-P以铁结合态磷(Fe-P)为主,有机磷(Org-P)次之,弱结合态磷(Lb-P)含量较低不足总磷的1‰;实验210d后,有外源颗粒物输入疏浚组间隙水PO_4~(3-)-P浓度低于未疏浚组,无外源疏浚组显著低于未疏浚组(P 0. 05);无外源疏浚组间隙水PO_4~(3-)-P浓度保持着较低的水平,其余组间隙水中PO_4~(3-)-P浓度呈现先增加后减小的趋势,间隙水PO_4~(3-)-P浓度与其对应分层沉积物中Fe-P含量显著正相关;冬春季间沉积物的源-汇功能发生了转变,沉积物对上覆水由汇转变成为源;疏浚措施降低了底泥内源磷释放速率,可有效控制其内源磷释放,阻止外源颗粒物输入对疏浚控制内源磷负荷起到了较好的促进作用.     

太湖竺山湾污染底泥环保疏浚深度的推算

根据颜色、气味、粒径、黏稠度等理化指标,将太湖竺山湾柱状底泥样品由上至下依次分为氧化层(A)、污染层(B)、污染过渡上层(C1)、污染过渡下层(C2)和健康层(D).通过对底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量垂直分布规律的分析,结合柱状底泥各分层氮、磷吸附/解吸实验,推算出竺山湾污染底泥环保疏浚层及其深度.结果表明,底泥中氨氮、总磷、总氮和烧失量含量随深度的增加呈下降趋势.A层和B层中污染物含量明显高于其他层;无机磷吸附/解吸平衡浓度随深度的增加而下降,在C1层与C2层间出现拐点;而氨氮的吸附/解吸平衡浓度变化趋势较复杂.结合上覆水中无机磷与氨氮浓度,推算出竺山湾底泥环保疏浚层次为C1层,疏浚平均深度为0.40~0.70m.     

风浪作用下的底泥悬浮沉降及内源释放量研究

分别于春夏秋冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展了5次野外实验,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,并建立了其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行了7次静沉降实验,计算了悬浮物的静沉降通量,并建立了其与悬浮物浓度关系.以3.7 m/s为界对低泥悬浮沉降过程进行分解和概化,计算了2005年每日的悬浮沉降量,并利用近10年的风速资料估算了太湖年均内源释放量,结果表明,太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,然而不同营养盐的释放状况却各不相同.太湖内源年均进人水体的净底泥量有19.03万t,冬季最大.夏季次之;就营养物质释放量而言,COD约4.96万t、总氮约7 773.0 t、总磷约275.5 t.其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移影响的模拟研究

选择太湖梅梁湾污染沉积物为研究对象,选取夏季和冬季两个典型季节,进行室内模拟试验研究了湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移的影响.结果表明,研究区模拟疏浚20 cm能够有效地抑制沉积物发生再悬浮,冬季疏浚比夏季疏浚抑制效果更好,在扰动过程中夏季未疏浚对照和疏浚水柱总悬浮物(TSS)最大含量分别为初始值的7.0和2.2倍;而冬季未疏浚对照和疏浚水柱分别为24.3和6.4倍.统计分析发现,夏、冬两季模拟试验未疏浚对照和疏浚水柱中总磷(TP)、磷酸盐(PO34--P)含量都与TSS含量变化呈现显著正相关(P<0.05),表明风浪扰动造成大量沉积物再悬浮,并伴随内源磷的释放是水柱中TP和磷酸盐的主要来源.夏季模拟试验疏浚对水柱中TP和磷酸盐负荷控制效果略差,冬季模拟试验疏浚水柱中TP和磷酸盐含量都显著(P<0.01)低于未疏浚对照.利用薄膜扩散梯度(DGT)技术研究了夏季疏浚沉积物-水界面上间隙水中溶解态活性磷(DRP)垂向分布,未疏浚水土界面中间隙水DRP扩散层厚度大于疏浚样,但疏浚样间隙水DRP在水土界面的离子浓度势能大于未疏浚对照样,表明底泥疏浚可以有效地降低疏浚区间隙水中DRP潜在的释放风险,但水动力作用下短期内可能会导致疏浚间隙水中DRP释放.对于太湖这样的大型浅水湖泊,确定最佳的疏浚时令、疏浚深度及疏浚范围至关重要.     

湖泊疏浚方式对内源释放影响的模拟研究

通过室内模拟试验,探讨不同疏浚方式对内源氮磷释放的影响以及不同湖区疏浚后氮磷释放的差异性.理想式疏浚和绞吸式疏浚沉积物磷的释放速率分别为未疏浚的20%和72%,并且A(内湾)湖区沉积物磷的释放速率是B(外湾)湖区的80%左右.理想式疏浚和绞吸式疏浚后沉积物氨氮的释放速率分别是抓斗式疏浚的40%和83%,但是这几种疏浚方式对氨氮的释放并没有达到理想的效果,在短期内对氨氮的释放甚至是起促进作用的,并且A湖区(内湾)氮的释放速率约是B湖区(外湾)的1.5倍,这应该看作是湖泊疏浚工程一个潜在的负作用.研究结果表明,理想式和绞吸式疏浚方式对内源释放有较好的控制作用,在外源输入得到有效控制的前提下,底泥疏浚可以作为湖泊沉积物污染修复的手段,并且结合目前的技术手段,在太湖的疏浚工程中应尽量选择绞吸式疏浚.     

太湖蓝藻水华期间水体和底泥中产毒微囊藻与非产毒微囊藻种群丰度研究

运用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,QPCR)技术研究了太湖蓝藻水华期间不同湖区水体和底泥中产毒微囊藻与总微囊藻种群丰度.结果表明,湖区间产毒微囊藻种群和总微囊藻种群丰度明显不同:在水体中,竺山湾(N5)和梅梁湾(N2)产毒微囊藻和总微囊藻种群丰度高于贡湖湾(N4)和湖心(S4...     

太湖氮素出入湖通量与自净能力研究

为了探索太湖氮素迁移转化过程,对2009～2010水文年环太湖25条主要河流及太湖梅梁湾、东太湖等典型区域的各形态氮素进行分析,并利用太湖出入湖水量、蓝藻人工打捞量和鱼产量等相关数据,分析计算太湖氮素流动和转化潜力.结果表明太湖全年河道输入氮素总量约7.00×104t,河道出湖氮素总量约4.01×104t.整个水文年中,太湖氮素自净量约3.22×104t,其中反硝化约3.02×104t,沉积物吸附约0.20×104t.在反硝化潜力上,太湖西湖区(如梅梁湾)反硝化潜力远高于东部湖区(如东太湖),而夏季太湖反硝化潜力又高于其它季节.因此,太湖氮素自净作用在湖泊氮素迁移转化中发挥重要作用.     

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.     

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.     

疏浚对梅粱湾表层沉积物重金属赋存形态及其生物毒性的影响

选择太湖梅梁湾未疏浚、疏浚后1周和疏浚后半年的表层沉积物为研究对象,测定其中重金属的含量及其不同赋存形态所占比例,开展沉积物间隙水中重金属毒性试验,据此探讨疏浚对沉积物中重金属含量及其赋存形态所占比例和生物毒性的影响. 结果表明:太湖梅梁湾调查区未疏浚沉积物重金属含量明显高于疏浚区,重金属的生物毒性占沉积物综合毒性的25%～35%. 疏浚后1周沉积物重金属含量急剧降低32%～51%,但对重金属生物毒性影响较大的吸附态及碳酸盐结合态重金属比例由未疏浚时的未检出或含量极低增加到40%～83%,生物毒性相应增加17%～38%;疏浚后半年,沉积物中重金属的总量略有回升,吸附态及碳酸盐结合态重金属比例下降,生物毒性下降并低于未疏浚时水平.      

太湖沉积物中多溴联苯醚和类二噁英多氯联苯的水平垂直分布

分析了太湖竺山湾、梅梁湾、南太湖的3个柱状沉积物样品中8种溴代阻燃剂(PBDEs)和12种类二英多氯联苯(DL-PCBs).结果表明太湖PBDEs污染水平为竺山湾最高,其余依次为梅梁湾、南太湖;DL-PCB污染水平梅梁湾最高,其次则为竺山湾、南太湖.沉积物中PBDEs的水平垂直分布显示:近年来在太湖PBDEs污染呈现指数式增长趋势,BDE-209为最主要的PBDEs同族体;沉积物中DL-PCBs的水平垂直分布显示:DL-PCBs污染近年仍有增加,说明在太湖地区存在PCBs的释放源.太湖梅梁湾不同深度的沉积物中PBDEs同族体组成差异明显,具体原因需要进一步研究证实.PCBs在垂直分布模式显示:在0～15 cm的上层沉积物中PCB-77、-118、-105水平随深度增加而明显降低,下层则无明显变化.     

太湖湖滨带大型底栖动物的群落结构研究

为调查太湖湖滨带大型底栖动物群落现状和探索不同湖区之间差异,于2009年12月和2010年4月对太湖湖滨带49个采样点完成两次调查采样。共采集大型底栖动物3门7纲69种。太湖不同湖区的湖滨带之间分类数、平均密度和生物量都存在显著的空间差异(P0.05)。经过计算可以得出,各湖区大型底栖动物多样性和均匀度从高到低依次为东部沿岸、贡湖湾、东太湖、南部沿岸、梅梁湾、竺山湾、西部沿岸。不同湖滨带生态环境的差异,影响了大型底栖动物群落结构的组成。