江苏水源地型水库异味物质发生风险及影响因素

为认知水源地型水库异味发生风险及其规律,本研究于异味风险高危期(夏季),对江苏17个省级水源地型水库开展了水质、浮游生物和异味物质状况调查.结果表明,本次调查的17个水库普遍存在富营养化程度偏高(如藻类生物量偏大和水体透明度偏低)的问题,约三分之一的水库出现部分水层异味物质2-甲基异莰醇(MIB)浓度超标,MIB平均浓度为(13. 7±20. 7) ng·L-1,表明江苏省水库型水源地普遍存在MIB风险;多个水库检出土臭素(GSM),但其浓度均没有超过10ng·L-1的饮用水标准浓度(最大浓度为4. 6 ng·L-1);同步水质调查及统计分析表明,MIB浓度和水体叶绿素a浓度、水体透明度、悬浮颗粒物浓度、富营养化指数等重要水质指标及浮游植物生物量(特别是蓝藻生物量)相关性显著(P 0. 05),其中MIB与叶绿素a、富营养化指数呈极显著的相关关系(P 0. 01).因此,水源地型水库的异味物质风险与水库的富营养化密切相关;实施营养盐外源输入削减、提高流域植被覆盖度、科学调控渔业养殖规模等水体富营养化控制措施是水库异味物质控制的关键.     

沉积物有效态磷对湖库富营养化的指示及适用性

为探究不同类型湖库沉积物有效态磷对富营养化的指示意义及适用范围,选取了12个不同水深、不同换水周期的湖泊和水库进行4季度的水样、沉积物样品采集,以SMT分级方法提取的氢氧化钠磷(Na OH-P)作为沉积物有效态磷,分析了湖库中沉积物和水相磷含量之间的关系.结果表明,12个湖库的沉积物和水相磷含量差别大,沉积物Na OH-P含量范围为86～584 mg·kg-1(均值263 mg·kg-1),总磷含量225～760 mg·kg-1(均值502 mg·kg-1);水体总磷含量范围为0. 02～0. 35mg·L-1(均值0. 11 mg·L-1); 12个湖库的水体叶绿素a含量差异也很大,分布范围为3～349μg·L-1(均值51μg·L-1);沉积物与对应的水相各形态磷含量之间的相关分析发现,沉积物有效态磷与水相磷含量之间的相关性高于沉积物总磷,Na OHP比总磷能更好地反映湖库的富营养化状态,然而只有在换水慢的浅水湖库中,这种沉积物Na OH-P与水相磷的相关性才达到显著水平,表明"换水周期"和"水体深度"是影响沉积物Na OH-P与水相磷含量相关关系的两个关键因子:在换水快或是深水的湖库中,即使沉积物有效态磷含量较高,但是受多种因素影响,沉积物Na OH-P与水相磷含量的相关关系可能并不显著,而在换水慢的浅水湖库中,沉积物作为源和汇频繁与水体磷进行交换,尤其是在夏季藻类暴发时期,对水相磷升高贡献大,成为该类水体富营养化问题易发生、难治理的潜在缓冲因子.     

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.     

基于高频监测的千岛湖湖心藻类时空变化研究

为探究亚热带深水水库藻类时空变化特征,在千岛湖(新安江水库)湖心区布设藻类荧光分析仪(BBE FluoroProbe)浮标,对该区域藻类门类的剖面变化进行为期1年的高频观测.结果表明：在夏季暴雨之后的高温晴热期(7月底至8月底),水库藻类总量出现峰值;不同门藻类的数量峰值出现时间有差异,硅藻门、甲藻门的藻类数量峰值出现在4月底至7月下旬,蓝藻门和绿藻门藻类数量峰值出现在6月中旬至9月初;不同门藻类在垂向上出现数量峰值的深度也不同,绿藻门藻类数量的垂向峰值出现在1 m左右的表层,而蓝藻门、硅藻门、甲藻门的垂向数量峰值出现在3～5 m的次表层.统计分析发现,温度、总磷浓度和光照强度与湖心区藻类细胞密度时空变化显著相关.暴雨过程会对藻类群落结构变化产生两方面影响：一方面会降低温度和光照强度,抑制藻类生长;另一方面会带来大量的营养盐,刺激藻类生长.研究显示：藻类荧光分析仪等高频监测浮标能高效捕捉藻类水华等关键水生态风险过程,能为湖库水源地水质风险提供预警信息;在极端天气事件发生频率增加的气候背景下,应加强对灾害性藻类异常增殖问题的关注.     

水源地型水库水生态安全评价方法探索

基于2018年8月开展的夏季江苏省17座水源地型水库水质调查数据,结合水源地型水库面临的主要水生态安全问题,综合运用层次分析法和专家意见法建立了水源地型水库水生态安全评价体系和方法,并首次提出将异味物质2-甲基异莰醇纳入评价体系.结果表明：江苏省水源地型水库水生态安全等级为优秀和良好的水库分别占29.4%和52.9%,处于一般等级的水库占17.7%;水库水生态安全的主要影响因素有透明度、异味物质2-甲基异莰醇（MIB）、蓝藻水华及富营养化.本研究通过抓住水源地型水库水生态安全的主要水生态指标进行简便易行的评估,可为类似水源地型水库因地制宜地制定个性化生态监测方案和评价方法提供科学依据.     

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

千岛湖水体营养盐时空变化及水环境挑战

为揭示亚热带深水水库水环境变化特征及其驱动力,于2020年5月—2021年4月在千岛湖布设100个监测点,开展了为期1年的逐月水环境调查,分析营养盐时空分布特征及水质风险.结果表明：千岛湖水体总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、浮游植物生物量(PB)等关键水环境指标时空差异大,全库年均TN浓度为0.92 mg/L,其中月均最大值出现在3月,为1.04 mg/L,最小值出现在8月,为0.78 mg/L,安徽段库区年均值为1.60 mg/L,而东南库湾年均值为0.83 mg/L;全库年均TP浓度为0.021 mg/L,其中月均最大值出现在7月,为0.033 mg/L,最小值出现在11月,为0.013 mg/L,安徽段库区年均值为0.052 mg/L,而东南库湾年均值为0.015 mg/L;全库年均Chla浓度为5.1μg/L,其中月均最大值出现在7月,为10.0μg/L,最小值出现在11月,为1.6μg/L,安徽段库区年均值为11.4μg/L,而东南库湾年均值为3.0μg/L;全库全年Chla浓度最大层PB平均值为2.396 mg/L,月均最大值为8.246 mg/L(8月)...     

暴雨径流对新安江入库总磷负荷量的影响

为定量揭示暴雨径流对大型水库外源总磷（TP）负荷量的影响,构建新安江模型,结合TP浓度高频在线监测数据,计算千岛湖主要入库河流新安江街口断面逐日TP负荷量,并在此基础上划分暴雨径流携带TP负荷量对新安江TP年总入库负荷量的贡献.结果表明：（1）近60年来,千岛湖流域年暴雨雨量占年降雨总量的28.1%,平均暴雨频次为6.2次/a,年暴雨雨量和频次均在0.001显著性水平上呈上升趋势;（2）基于逐日流量模拟和高频水质监测数据计算的入库TP负荷量为基于逐月常规监测数据计算结果的2.9倍;（3）典型年（2020年5月1日—2021年4月30日）通过街口断面进入千岛湖的径流量和TP负荷量分别为96×10⁸ m³和1 506 t,其中由暴雨产生的径流量和TP负荷量占比分别为47.9%和69.4%.研究显示,暴雨事件对水库外源磷负荷的贡献较大,暴雨径流携带高浓度磷的汇入对水库水质和生态系统健康构成较大威胁,采用高频监测网络与水文数值模型高效融合的方法,能有效提升水库TP外源负荷量的计算精度,可为加强认识水库磷污染过程、保障水库水质安全提供科技支撑.     

基于高频监测的千岛湖湖心藻类时空变化研究

为探究亚热带深水水库藻类时空变化特征,在千岛湖(新安江水库)湖心区布设藻类荧光分析仪(BBE FluoroProbe)浮标,对该区域藻类门类的剖面变化进行为期1年的高频观测.结果表明：在夏季暴雨之后的高温晴热期(7月底至8月底),水库藻类总量出现峰值;不同门藻类的数量峰值出现时间有差异,硅藻门、甲藻门的藻类数量峰值出现在4月底至7月下旬,蓝藻门和绿藻门藻类数量峰值出现在6月中旬至9月初;不同门藻类在垂向上出现数量峰值的深度也不同,绿藻门藻类数量的垂向峰值出现在1 m左右的表层,而蓝藻门、硅藻门、甲藻门的垂向数量峰值出现在3～5 m的次表层.统计分析发现,温度、总磷浓度和光照强度与湖心区藻类细胞密度时空变化显著相关.暴雨过程会对藻类群落结构变化产生两方面影响：一方面会降低温度和光照强度,抑制藻类生长;另一方面会带来大量的营养盐,刺激藻类生长.研究显示：藻类荧光分析仪等高频监测浮标能高效捕捉藻类水华等关键水生态风险过程,能为湖库水源地水质风险提供预警信息;在极端天气事件发生频率增加的气候背景下,应加强对灾害性藻类异常增殖问题的关注.     

千岛湖大气氮磷干湿沉降特征及周年入库负荷

大气氮磷沉降是湖库营养盐输入的重要途径,深刻地影响着湖库水体营养盐平衡及生态系统演化进程. 为了解山区大型水库大气氮磷沉降对水体的贡献,于2020年11月—2021年10月在千岛湖街口和淳安县城2个监测站点开展了大气氮磷干湿沉降周年观测,分析千岛湖大气氮磷沉降特征及入库负荷. 结果表明:千岛湖街口监测点大气总氮(TN)、总磷(TP)沉降量分别为1 774.83和34.11 kg/(km2·a),淳安县城监测点大气TN、TP沉降量分别为1 799.73和34.44 kg/(km2·a). 大气TN沉降以湿沉降为主,街口和淳安县城监测点TN湿沉降分别占总沉降的92%和88%;两个监测点大气TP沉降的组成差异较大,其中街口监测点湿沉降占53%,淳安县城监测点干沉降占60%. 气象条件(降雨)叠加人类活动(施肥等农业活动和旅游等城市活动)能够显著增加大气营养盐沉降量,全年85%的TN沉降和71%的TP沉降集中在降雨期. 观测期间,千岛湖大气TN、TP干湿沉降入湖负荷分别估算为1 041.98和20.04 t/a,分别占千岛湖河道TN、TP输入的9.4%和8.3%. 研究显示,千岛湖大气氮磷沉降量显著低于长三角地区其他水体,但农耕、旅游等人类活动仍造成千岛湖大气营养盐沉降量明显升高.