藻源性湖泛发生过程的季节差异

藻源性湖泛在春季和夏季均有发生,但湖泛发生的完整过程在野外很难被追踪到.本文利用专利装置进行了春季与夏季藻源性湖泛的室内发生模拟,研究了湖泛发生过程中水体视觉和嗅觉两方面特征指标的变化过程.结果表明:湖泛在春季比夏季需要更长的酝酿时间方可发生,且持续时间较短;春季湖泛发生时水体真色度与悬浮固体含量均要高于夏季,且波动更显著;夏季湖泛致臭物质的变化较春季更明显,具有迅速、持久的特点;春季与夏季藻源性湖泛过程均具有嗅觉特征先于视觉效果显现的现象,即呈现先臭后黑的特点.     

2009~2018年太湖湖泛强度变化及其影响因素

基于2009~2018年的每年4~10月对太湖湖泛易发区的逐日巡查成果,以及相关太湖气象、水文、水质和水华监测资料的综合分析,揭示了太湖湖泛发生的环境条件及年际差异性特征,分析了影响太湖湖泛强度年际变化的因素及防控途径.结果表明,2009~2018年10 a中太湖共发生大小湖泛事件75次,平均湖泛面积1.35 km²,最大面积9.20 km²,平均持续时间3 d,最长持续16 d;湖泛发生引起了水体有机质、氮和磷等水质指标明显增高;湖泛的发生均在水温20℃以上,发生首日均处在5~9月;年际湖泛强度变化较大,2017年湖泛强度最大,2018年次之,而2014年湖泛强度最小;年际湖泛强度与蓝藻水华强度及5~9月的湖水平均温度显著正相关,而与水体营养盐等指标关系不密切,表明年际气候条件的波动对湖泛情势影响很大;湖泛的形成与河口区蓝藻水华的堆积关系密切：除了5次草源性湖泛外,70次藻源性湖泛均发生在入湖河口附近水域,河口区的底泥污染状况及底泥悬浮状况可能对湖泛的发生具有促进作用.根据形成湖泛的腐烂物质、来源、发生地点和持续时间的不同,可将湖泛分为藻源性湖泛和草源性湖泛这2种类型,藻源性湖泛又可分为港源型、迁移型和原发型这3种.结果表明,控制蓝藻水华强度是降低湖泛风险的根本途径,而避免河口区蓝藻水华过度堆积及厌氧分解的措施,如对蓝藻水华的及时打捞、工程措施形成的局部流场改变、蓝藻水华的离岸打捞工程和滨岸水华堆积区的应急曝气工程,以及河口区的污染底泥疏浚等工程措施,是降低湖泛发生风险的工程措施选项.     

底泥翻耕对巢湖西部聚藻区黑臭风险的预控效果

聚藻区高有机负荷表层底泥已被证实是西巢湖黑臭频发的主要因素,但能否借鉴像控制湖泊内源污染的翻耕方式对黑臭进行预控,则有待于与过程有关的试验研究.基于湖泊底泥再悬浮特征和耕作性能设计的底泥翻耕措施,借助能够模拟湖泊风浪与沉积物再悬浮的大型装置,通过藻体堆积诱发试验,研究黑臭诱发过程中上覆水水色,ρ（Fe2+）、ρ（S2-）的动态,新生沉积物-水界面底泥关键物化指标以及底泥间隙水Fe、S变化对底泥翻耕的响应过程.结果表明:①翻耕深度对黑臭影响较大,PT15（15 cm深度的翻耕处理组）达到了对湖泛黑臭的控制,当第8~14天PT2、PT5、PT10（2、5和10 cm翻耕处理组）,CK（对照组）和Blank（空白组）相继发生黑臭时,PT15上覆水主要致黑物质为Fe2+和S2-,其质量浓度分别为PT2、PT5、PT10、CK和Blank的68.6%、79.5%、48.1%、46.7%、51.3%和75.2%、65.7%、57.1%、74.5%、75.0%.②PT15可明显提升新生泥-水界面对蓝藻堆积及缺氧环境的耐受力,黑臭诱导模拟后,其底部水体及泥-水界面的ρ（DO）、E_h和pH均远高于发生湖泛黑臭处理组,ρ（∑H₂S）却明显低于发生湖泛黑臭处理组,表层底泥间隙水中ρ（Fe2+）为0.54 mg/L,仅为发生湖泛黑臭处理组的25.3%~33.7%,ρ（Fe2+）占ρ（TFe）的比例为25.2%,远低于发生湖泛黑臭处理组（约40.0%）,表层底泥中w（AVS）（AVS表示酸可挥发性硫化物）为0.51 μg/g,仅为发生湖泛黑臭处理组的14.6%~17.2%.研究显示,底泥翻耕作为一种底泥物理改良方式,对于聚藻区内底泥,因其将有机污染负荷较重的表层翻转至了下层,阻隔了表层污染底泥中物质迁移供给和对厌氧微生物参与的控制,在藻体大量聚集和死亡的水柱环境中可较好地阻止致黑致臭物的形成,有效控制了湖泛黑臭的发生.      

疏浚对湖泛的影响:以太湖八房港和闾江口水域为例

通过采集太湖八房港和闾江口疏浚后与未疏浚沉积物柱状样于室内模拟“湖泛”的发生与消退过程来研究底泥疏浚对藻源性“湖泛”形成和消退的影响.结果发现,疏浚能有效的延缓“湖泛”发生的时间,八房港和闾江口疏浚后沉积物柱状样水体色度均要低于未疏浚对照样,水体泛黑的时间也分别比未疏浚对照样延迟6d和2d.疏浚沉积物对上覆水柱中营养盐的含量也有较好的控制,试验过程中八房港和闾江口疏浚后沉积物柱状样水体中 NH4+-N的含量仅分别未疏浚对照组的40%和77.1%,PO43--P的含量也仅分别为未疏浚对照组的41.4%和78.1%.值得注意的是,疏浚沉积物所对应的水柱中Fe2+和S2-的含量均要高于未疏浚对照组.八房港和闾江口疏浚沉积物中亚铁的含量分别是未疏浚对照样的78.1%和76.4%,而闾江口疏浚后沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)的含量则是未疏浚对照的1.36倍.沉积物中铁、AVS的含量没有表现出明显的垂向分布特征.     

藻类打捞对太湖聚藻区湖泛发生的影响

藻类打捞是多年来控制太湖沿岸藻源性湖泛的主要措施,为科学地指导藻类的打捞、防止湖泛的发生,采用能够模拟太湖风浪与沉积物再悬浮的大型装置,模拟湖泛易发的藻类聚集量下不同打捞频率(1次/d～1次/6 d)对湖泛发生时水体主要视觉指标和敏感指标〔ρ(DO)、E_h、ρ(Fe2+)、ρ(TFe)、ρ(∑S2-)等〕的影响. 结果表明:1次/d和1次/2 d的高打捞频率能够有效预防湖泛的发生,当第4天对照组发生湖泛时,1次/d和1次/2 d打捞频率下ρ(DO)为0.60和0.06,E_h为48和37,ρ(Fe2+)是对照组的79.3%和90.7%,ρ(TFe)是对照组的64.8%和72.3%,ρ(∑S2-)是对照组的62.03%和64.56%;1次/3 d频率虽不能控制湖泛的发生,但能有效推迟湖泛发生时间约2~3 d;而1次/4 d～1次/6 d的低打捞频率既不能预防也不能推迟湖泛的发生. 研究显示,在2.5 kg/(m2·d)鲜藻聚集速率下,1次/2 d的打捞频率是在控制湖泛发生前提下的最经济打捞频率.      

重庆盘溪河黑臭水体治理方法初探

以消除重庆盘溪河黑臭水体为目标,结合流域水环境状况,分析了导致黑臭现象的具体原因,按来源计算了盘溪河的污染物负荷。结果表明:生活污水占比最大,其次是雨水径流,内源释放量相对较低。以"控源截污-水质净化-生态修复"为治理思路,拟定盘溪河流域黑臭水体治理方案为外源治理主要实施管网改造、污水处理、溢流污染控制、初期雨水污染控制;内源治理主要实施河道、湖库清淤,采用再生水作为沿河公园的景观水和湖库的清洁水,增加水体的流动性和环境容量,并对局部河段进行生态恢复改造。     

农村黑臭水体沉积物细菌群落结构特征

沉积物微生物是农村黑臭水体物质循环和有机物降解等过程的主要驱动者,其群落结构组成常因外界环境的微小变化而变化.以菏泽市东明县29个农村黑臭水体为研究对象,测定农村黑臭水体上覆水和沉积物氮、磷及重金属等污染物指标,结合Illumina测序结果,分析农村黑臭水体沉积物细菌群落组成和多样性特征及其与环境因子的相关性.结果表明,该区域农村黑臭水体上覆水和沉积物中污染物分布范围均较广.与农业面源相比,以农村生活污水为主要污染来源的农村黑臭水体上覆水中氮、磷污染物浓度更高,分别是农业面源的3.1倍和1.5倍.此外,该区域农村黑臭水体沉积物中重金属含量处于较低水平,普遍低于菏泽市土壤元素背景值.该区域农村黑臭水体沉积物细菌群落的优势菌门为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和酸杆菌门,这5种优势菌门的序列总和占全部序列的70.3%～83.6%.γ-变形菌纲、α-变形菌纲、厌氧绳菌纲和放线菌纲是沉积物细菌群落的优势菌纲;硫杆菌属和假节杆菌属是其优势菌属.Spearman相关性分析结果表明,环境因子中DO、 COD、 TN、 TP和有机质对农村黑臭水体沉积物细菌菌属有显著影响(P<0.05),沉...     

电化学氧化技术对藻源性湖泛的降解效果

为探索电化学氧化技术降解藻源性湖泛的可行性和实施效果,选取太湖藻华发生水域的浓缩藻类在室内稀释后,于高温黑暗条件下腐烂形成湖泛水样. 用钛基阴阳极板于24 V额定电压、100 W额定功率的变压器下在室内进行降解,并分别设置3个试验组和1个对照组. 结果表明:反应51 h后ρ(Chla)从初始的2 909.87 μg/L降至72.02 μg/L,降解率达97.6%;悬浮物〔OSM(有机悬浮物)、ISM(无机悬浮物)、TSM(总悬浮物)〕、含氮污染物〔TN、TDN(溶解性总氮)〕、COD_Mn、DOC(溶解性有机碳)的降解率分别为40.8~94.7%、37.4~58.9%、78.8%、40.1%;电化学氧化法对水体有机物的降解效果好,而短期内水体藻类污染物的自降解能力较为微弱. 电化学氧化法能有效去除湖泊水体中的藻类污染物,并且极板功率较小、反应时间短.      

鄱阳湖浮游植物时空变化特征及影响因素分析

在5月、9月、11月对鄱阳湖浮游植物开展野外调查,分析鄱阳湖浮游植物的时空分布特征及原因.结果表明:在群落结构上,鄱阳湖浮游植物样品中共发现8门107属,其中绿藻门54属,占浮游植物总数的50%.3次调查平均生物量最高的为硅藻门(蓝藻门藻细胞密度最高),生物量为0.29 mg·L-1,占浮游植物总生物量的28%,是鄱阳湖的优势藻门;其次分别为隐藻门、甲藻门和绿藻门,分别占26%、21%和17%.空间分布上,南部湖区浮游植物生物量最高,中部区次之,北部湖口水道区最低;时间分布上,5月份浮游植物生物量最高,11月份最低.温度、悬浮物和透明度是影响藻类时空分布的主要影响因素.鄱阳湖总体水动力较好,水华暴发总体风险小,但中部和南部水动力弱的湖区,藻量高,仍有水华风险.     

城市黑臭水体的吸收特性分析

黑臭水体是城市水环境的一个严重问题,对城市黑臭水体光学特性进行分析,是利用遥感技术手段进行黑臭识别的前提与基础.2016~2017年采集了长沙、南京和无锡的城市黑臭水体共计85个样点,非黑臭水体共计80个样点,并对水样的悬浮物等水质参数浓度以及水体组分的吸收系数进行了测量.结果表明:(1)黑臭水体的总颗粒物吸收系数、非色素颗粒物吸收系数总体上高于非黑臭水体.(2)黑臭水体与非黑臭水体的CDOM吸收系数有明显的差异.由此可用CDOM吸收特征波段440 nm和不同波段范围内拟合的吸收系数曲线斜率对黑臭水体进行区分.城市黑臭水体吸收特性的分析,将为黑臭水体的遥感识别和监测提供有效的技术支撑.黑臭水体中的高CDOM浓度,可以作为遥感识别黑臭水的一个重要参考.     

适宜太湖蓝藻水华形成的风场辐散特征及其形成机制

对太湖周边17个气象观测站的7年常规观测资料聚类分析发现,在适宜蓝藻水华形成的高温、微风气象条件下,太湖湖面风场往往出现辐散特征,在此辐散风场的驱动下,蓝藻水华迁移过程必然与均匀风场驱动下有所不同;数值模拟结果显示,这种辐散风场是由于非绝热加热不均匀造成的局地次级环流叠加在弱的背景风场之上引起的;其强弱程度是受湖陆温差和背景风速共同决定的,并据此给出了湖面风场辐散强度指数.     

全球气候变化对太湖蓝藻水华发展演变的影响

对太湖周边4个常规气象观测站的47年观测资料进行分析,以探讨全球气候变化对太湖蓝藻水华演变的影响.结果表明,20世纪80年代之前,太湖流域气象条件的年代际尺度变化趋势不利于蓝藻的生长和水华的形成,而在20世纪80年代以后,尤其是20世纪90年代以后,气温、风速、降水变化都较大,且都有利于蓝藻的生长和水华的形成,这与蓝藻水华的观测事实一致.据此定义了蓝藻水华气象指数,每年太湖蓝藻水华气象指数能够很好地反映蓝藻水华的发展变化情况.进而,分析了反映ENSO循环变化的Ni?o3指数与太湖流域气象条件变化的相关性,结果表明ENSO循环与太湖流域风速、降水在年代际尺度上有着非常好的相关性.据此预测,2000年以后10~20年中,太湖蓝藻水华气象指数将继续在高位振荡,若蓝藻生长所需的营养盐浓度得不到有效的控制和明显的降低,蓝藻水华在气候条件的影响下,仍将可能大面积暴发.     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

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.      

基于NOAA/AVHRR卫星资料的巢湖水华规律分析

以卫星遥感2002~2007年NOAA/AVHRR为信息源,统计这一时段内巢湖发生水华的资料,对水华的时空变化规律进行了分析.同时,结合相应的气象要素资料,对水华发生的气象条件进行分析.结果表明,巢湖水华的发生具有明显的时空规律,春、夏季多发,4,8月份的发生概率分别为19%和39%;西半湖多发,年均发生概率最大值均超过8%;气温、日照和风是影响巢湖水华的主要气象因子.     

基于GAM模型的太湖叶绿素a含量与环境因子相关性分析

随着富营养化程度的加剧,太湖近30年来水华频发.为了探讨太湖西部沿岸水华暴发与环境因子的关系,于2017年4月1-18日（当地历年蓝藻暴发早期）在太湖西部沿岸进行了密集原位调查.共采集样品72个,测定了水温、溶解氧、各形态氮、磷营养盐浓度以及风速等环境指标,并利用GAM（广义相加模型）定量分析了叶绿素a含量与各环境因子间的关系.结果表明:①叶绿素a含量波动幅度较大（17.10~795.89 mg/m3）,太湖西部沿岸带有明显的蓝藻水华暴发现象.②水温、风速以及硝态氮浓度与叶绿素a含量的变化显著相关（P<0.05）,各环境因子按其对叶绿素a含量变化的解释率排序为水温>风速>硝态氮浓度.其中水温是影响叶绿素a含量最为重要的环境因子,叶绿素a含量随着水温的升高呈现明显上升趋势.风速也是影响叶绿素a含量的关键因子之一,较低的风速（<3 m/s）有利于蓝藻的漂移集聚从而形成水华,引起叶绿素a含量的升高.研究显示,GAM模型较好地解释了叶绿素a的含量变化,模型总体解释度达到70.6%,可为太湖西部沿岸蓝藻水华早期的预测预警提供一定的基础支撑.      

太湖水源地水质净化的生态工程试验研究

基于生物净化技术与工程措施相结合的思想,在太湖北部的梅梁湾牵龙口水厂水源地实施了净化水质的生态工程试验.该水域位于太湖梅梁湾的东北岸.调查发现,由于这个地区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物易于悬浮,且蓝藻也易于在此堆积;同时该水域水较深、透明度较低.为了能够净化水质,在氮磷营养盐浓度依然很高、恢复沉水植物难以奏效的情况下,选择漂浮植物和浮叶植物为主要内容的水生植物恢复手段,结合消浪、挡藻和控藻等技术措施,使得示范区的环境条件得到改善,并达到了净化水源地水质的目的.同时,在试验区内布设大量用于附着生物富集的人工介质,如渔网.结果显示,试验区的水质得到了显著的改善.与示范区外的参照点相比,各项水质参数改善的程度达30%～60%.说明这种新的方法和思路是有效的.     

“十二五”太湖富营养化控制与治理研究思路及重点

在总结“十一五”太湖富营养化治理成效、存在问题的基础上,提出“十二五”期间水体污染控制与治理科技重大专项太湖富营养化控制与治理项目的总体设计思路. 项目以综合示范区水质改善为目标,重点研发园区化乡镇企业工业废水中难降解含氮、磷有机物的深度削减技术,农田种植业和农村分散式生活污水的控源减排技术,“湖荡湿地-入湖河流-湖滨缓冲带”为一体的生态拦截与修复技术;以湖泊水生态安全保障为目标,研发湖泛与水华灾害应急处置技术及建立水资源优化调度决策平台. 选择太湖流域重污染型竺山湾小流域、面源污染主控型苕溪小流域和城市化型太湖新城三大典型综合示范区,通过控源减排和生态修复关键技术的研发、集成和综合实施,实现综合示范区污染负荷得到有效控制、示范区水环境质量得到改善和规模化蓝藻水华发生得到有效控制的目标.      

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。     

滇池水华特征及成因分析

滇池水华的规模大,持续时间长。水华的主要种类是蓝藻门的微囊藻属,其中以铜绿微囊藻占绝对优势。每年4～11月为水华发生期,常在外草海南部、海埂、灰湾一带形成大面积水华,盛时可遍及全湖,水体表层藻类叶绿素含量高达5 000 mg/m3。滇池水体中高含量的N和P营养物在水华的形成中起着关键作用,适宜的温度及充足的光照为水华的频发提供了有利条件,并且随着滇池富营养化的加剧及水温逐年升高,将促使水华暴发日趋严重。