南四湖表层底泥重金属和营养元素的多元分析

对南四湖不同湖区的20个表层底泥样品的重金属和营养元素浓度做了实验分析,并采用主成分分析等数理统计的方法对底泥重金属和营养元素进行了研究,揭示出南四湖不同湖区重金属和营养元素空间分布的特征.结果表明,整个南四湖的上级湖已经受到金属和营养元素的污染.其中南阳湖的汞和营养元素污染严重,铅、砷等次之;独山湖的营养元素污染最重;昭阳湖污染较轻.     

明确责任目标 创新机制措施——济宁市水污染防治工作初见成效

济宁市地处淮河流域,是国家环境保护重点城市,所辖南四湖流域是淮河流域的重要组成部分.其中,南四湖是我国十大淡水湖泊之一,也是北方最大的淡水湖.南四湖由南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖四个湖泊连接而成,统称南四湖.湖泊南北长126公里,东西宽6～25公里,水面积约1200平方公里.南四湖流域共有大小河流53条,其主要河流有十几条,如京杭大运河(梁济运河)、洗府河、泗河、白马河、城郭河、峄城沙河、洙赵新河、万福河、东渔河、西支河、复兴河(江苏)、沛沿河等.由此可见,济宁市环境保护和治污减排任务艰巨、责任重大.     

环境保护和文化传承之南四湖方略

"十一五"期间,南四湖初步构建成为具有生物多样性、水质净化能力强和美丽景观效果的良好生态系统。南四湖是微山湖、昭阳湖、独山湖和南阳湖四个相连湖泊的总称,湖面面积1266平方千米,占山东省淡水水域总面积的45%,为我国第六大淡水湖泊,是山东省也是我国北方最大的淡水湖泊。作为国家南水北调东线工程的必经之地和重要调蓄湖泊,对水质要求很高,2013年调水以前输水干线全线持续稳定达到地表水Ⅲ类水质标准。     

南四湖水体氮、磷营养盐时空分布特征及营养状态评价

分析了南四湖水体TN和TP的时空变化规律,并采用综合营养状态指数（TSI）对其营养状态进行了评价.结果表明,南四湖水体TN和TP含量分别为2.617 mg·L^-1和0.110 mg·L^-1;空间上各湖区水体TN和TP含量存在显著差异,TN和TP含量均以南阳湖最高,分别为3.830 mg·L^-1和0.192 mg·L^-1,独山湖TN含量（2.106 mg·L^-1）最低,而微山湖TP含量（0.067mg·L^-1）最低;南四湖水体中TN含量的季节差异不显著,但夏季（2.805 mg·L^-1）和春季（3.049 mg·L^-1）明显高于秋季（2.160 mg·L^-1）和冬季（2.452 mg·L^-1）,各湖区TN的季节变化没有一致规律;南四湖及各湖区TP含量具有显著的季节差异,变化趋势均为夏季〉春季〉秋季〉冬季.总体来看,南四湖处于轻度富营养化状态.其中,南阳湖富营养化最严重,处于中度富营养化状态,其它3个湖区均为轻度富营养化.综合分析表明外源污染仍是南四湖污染的主要来源,湖区网箱养殖和围网养殖所产生的污染应引起高度重视.     

苏鲁边界区域水资源保护与利用的协同机制探讨——以南四湖为例

通过对苏鲁界湖南四湖水源保护与利用状况的详细考察,全面系统分析了湖域水资源现状、存在的关键问题、影响因素等。针对湖域水资源现状,探讨了南四湖流域水资源保护与利用的协同机制,即建立湖域水资源协同规划与管理机制、湖区经济协同发展机制、生态修复与补偿协同机制、群众协同参与与监督机制、水危机协同处置机制和湖域界面冲突协同控制机制等,以促进跨界区域水资源的保护与利用,统筹区域协同发展,增强南四湖湖域的可持续发展能力。     

苏鲁边界区域水资源保护与利用的协同机制探讨——以南四湖为例

通过对苏鲁界湖南四湖水源保护与利用状况的详细考察,全面系统分析了湖域水资源现状、存在的关键问题、影响因素等。针对湖域水资源现状,探讨了南四湖流域水资源保护与利用的协同机制,即建立湖域水资源协同规划与管理机制、湖区经济协同发展机制、生态修复与补偿协同机制、群众协同参与与监督机制、水危机协同处置机制和湖域界面冲突协同控制机制等,以促进跨界区域水资源的保护与利用,统筹区域协同发展,增强南四湖湖域的可持续发展能力。     

山东南四湖沉积物中汞的污染现状及迁移研究

通过测定南四湖及其入湖河流沉积物中总汞和形态含量,研究南四湖沉积物中汞的污染现状及空间迁移特征.南四湖表层沉积物中总汞含量为0.046 mg·kg-1,明显高于其环境背景值,表明南四湖受到一定程度的汞污染;沉积物中汞的形态主要以残渣态为主,占总汞含量的65.15%,非残渣态占总汞比例相对较小,依次为有机结合态(30.61%)、可提取态(2.93%)、铁锰氧化态(1.31%),其空间变化为独山湖区和昭阳湖区非残渣态汞含量较低,南阳湖区和微山湖区相对较高,具有一定的潜在生态危害;从水平方向来看,南四湖表层沉积物中汞含量具有明显差异,各湖区污染程度不同,汞在水平方向迁移较明显;垂直方向来看,从柱状沉积物底部到顶部汞的含量呈增加趋势,这可能与不同时期社会经济状况有关.     

南四湖及入出湖河流水环境质量变化趋势分析

南四湖作为南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊,其水质状况一直受到人们的广泛关注. 根据南四湖流域主要入出湖河流14个监控断面及湖内5个监测站点的数据,从年际、年内、不同时间段和不同监测站点等进行了南四湖及河流水质变化趋势的综合分析. 结果表明,2007与2000年相比,南四湖入出湖河流监控断面的ρ（COD_Cr）总体下降率达到84.2%,ρ（NH₃-N）总体下降率达到79.7%. 南四湖及河流水质总体上出现了大幅度的改善,但距离稳定达到调水水质Ⅲ类标准的要求还有较大差距. 受水文情势、底泥释放和污染源以及各项污染控制措施等因素的影响,南四湖及入出湖河流监控断面水质改善存在一定的波动现象,水体富营养化形势严峻. 提出了科学合理地计算与分配南四湖养殖承载力和流域水环境承载力,重视非点源的控制与治理,大力推进“退耕还湿、退渔还湖”策略,是当务之急.      

南四湖表层底泥有机质及氮磷时空比较分析

依据2006、2007、2010和2011年4次南四湖水质与底质空间分布监测数据,采用综合统计与比较方法对南四湖表层底泥有机质及氮磷的时空变化特征进行分析研究。结果表明,南四湖湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值依次为4.12%、0.27%和0.088%,南四湖底泥有机质、TN和TP含量总体处于较高水平。2010-2011年比2006-2007年枯水期南四湖湖区底泥有机质和TN含量有所下降,但底泥TP含量有所升高;南四湖分湖区底泥有机质、TN和TP含量的平均值都呈现由北向南递减趋势,但底泥有机质和TN含量在昭阳湖(下)出现最小值而后回升再递减,底泥TP含量递减幅度较小;老运河和洸府河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值远高于其它河口及湖区平均值;2011年监测南四湖入湖河口底泥有机质、TN和TP含量的平均值与湖区底泥相应含量的比值依次为0.63、0.50和0.96,湖区平均高于入湖河口底泥的相应含量,说明南四湖湖内底泥对有机质、TN和TP的富集作用比较突出。     

南四湖水质控制方案实施的水质模拟与效果评估

南四湖是保障南水北调东线工程调水水质安全的重要输水通道,对其水质保障综合控制方案阶段实施的输水干线水质改善进行效果评估具有重要的现实意义。基于SMS软件建立了南四湖二维水流水质数学模型,进行了计算边界简化、网格划分、参数选取与设置、模型调试与检验等研究工作,确定了各计算方案的水力学和水质边界条件,模拟计算了南四湖上、下级湖调水期的二维流场和浓度场。结果表明:南四湖流域全面实施"治、用、保"流域综合治污体系,并发挥综合效益的控制方案4的水质最好,同一控制方案输水主航道的水质最好;上级湖控制方案4的调水出湖口CODCr为19.81mg/L,达到地表水Ⅲ类标准,TP为0.053 4mg/L,达到地表水Ⅲ类(河流)标准,但未达到地表水Ⅲ类(湖泊)标准;下级湖各控制方案的调水出湖口CODCr和TP均达到地表水Ⅲ类(湖泊)标准,且在相同工况下,下级湖水质优于上级湖;南四湖上、下级湖输水水质模拟计算结果与各水质保障综合控制方案的总排放量相一致,即总排放量大的控制方案其调水出湖口的污染物浓度也高。     

南四湖及主要入湖河流河口区表层沉积物磷的形态与分布特征研究

利用化学连续提取法对南四湖湖区及主要入湖河流河口区的表层沉积物样品中的磷的化学形态进行了提取.分析结果表明:南阳湖、独山湖和位于湖西的入湖河流沉积物中总磷含量较高,变化范围为571.67～1113.55mg·kg-1;不同形态磷的含量差异较大,排序为:钙磷(Ca-P)>有机磷(OP)>弱吸附态磷(Ads-P)>铁磷(Fe-P)>铝磷(Al-P);TP与Ca-P、Ads-P、OP之间存在正相关关系,相关系数r分别为0.85(p<0.01)、0.85(p<0.01)和0.63(p<0.01);Ads-P与Ca-P、Ads-P与OP之间也存在正相关关系,r分别为0.74(p<0.01)和0.60(p<0.05);Fe-P与Ca-P之间存在负相关关系(r=-0.62,p<0.05);BAP只与OP之间显著正相关(r=0.82,p<0.01),由OP可以粗略地估算出沉积物中潜在的可释放磷,即有效的内源磷负荷;南四湖沉积物中有机磷的含量很大程度上取决于有机质含量的多少.     

水利工程对南四湖现代沉积速率的影响

利用放射性同位素(137Cs、210Pb)测年法计算山东省南四湖的沉积速率,采用高纯锗γ谱仪(美国EG&G ORTEC公司)对南四湖上级湖、下级湖的沉积岩柱(DS2和WS2)样品进行137Cs、210Pb放射性活度测试,分析水利工程建设对湖泊沉积影响的程度与后果. 结果表明:上级湖、下级湖137Cs总蓄积量之比为9.7,说明在二级坝水利工程影响下,流域内侵蚀泥沙及其所吸附的137Cs主要沉积于上级湖;137Cs在湖泊沉积物中的剖面分布与137Cs大气沉降时序的分布模式相背离,故137Cs蓄积峰不具备时标意义. 利用210Pb计年的CRS(恒定补给速率)模式分析2个沉积岩柱不同质量深度所对应的年代,结果显示,150多年来南四湖上级湖、下级湖的沉积速率不稳定,以1960年为界划分为两大时段:沉积岩柱底部所对应的年代至1960年,上级湖、下级湖沉积速率平均值分别为0.069、0.160 g/(cm2·a);1960—2010年,二者沉积速率平均值分别为0.218、0.072 g/(cm2·a). 可见,二级坝水利工程对南四湖沉积速率产生了重要影响,210Pb计年的CRS模式分析结果可靠.      

南四湖流域种植业面源污染氮磷源解析研究

利用田间径流池采集南四湖流域种植业农田地表径流样品,分析其不同形态的氮磷数据,汇总数据得到南四湖流域种植业的氮磷源成分谱;并在南四湖区11条主要入湖河流入湖口处采集水样,测定氮磷含量,利用主成分分析法对南四湖流域种植业面源污染氮磷来源进行了源解析.结果表明,南四湖流域氮磷种植业面源污染来源有3种,3个主成分累积方差贡献率为95.275%.第一类污染途径为降雨淋溶小麦-玉米轮作农田产生的地表径流对河流产生的污染,这种污染的范围广且贡献率较大为50.220%;第二类污染途径为降雨淋溶大蒜-玉米轮作农田产生的地表径流流入南四湖入湖河流引起的,影响面也较广,贡献率为25.119%;第三类污染途径为自然降雨时,小麦-水稻轮作农田产生的地表径流对河流的污染,贡献率为19.937%.     

南四湖表层底泥磷的化学形态及其释放规律

对南四湖8组表层底泥样品中的总磷及6组样品磷的化学形态进行了测试,同时,进行了不同的温度、pH及扰动条件下底泥磷释放实验。结果表明:表层底泥中总磷含量较高,0.801～1.483mg/g,其中,南阳湖和独山湖河流入湖口附近总磷含量高;磷主要以铁结合态磷Fe-P存在,含量0.745～1.332mg/g,占总磷TP的89.81%～95.48%,铝结合态磷Al-P含量为0.3781～1.0046μg/g,占TP的0.042%～0.088%,碎屑态磷Ca-P含量为6.6439～72.1862μg/g,占TP的0.582%～4.868%,闭蓄态磷Oc-P含量为0.6914～3.2624μg/g,占TP的0.042%～0.332%,交换态磷Ex-P,含量为4.7541～19.3843μg/g,占TP的0.321%～1.049%。有机磷Or-P含量在0.5869～9.2546μg/g,只占TP含量的0.057%～0.811%。南四湖表层底泥中无机磷占绝对优势,说明南四湖底泥主要以无机相沉积,因此底泥中的磷极易释放进入水相。磷释放与多种因素有关,释放实验表明,温度的升高和扰动作用有利于底泥磷的释放,酸性条件下底泥磷的释放量要大于碱性条件。     

南四湖生态安全的社会经济影响评价

南四湖是我国十大淡水湖之一,也是南水北调东线必经之地和调蓄湖泊,随着南四湖流域社会经济的加速发展,其湖泊生态安全承受着重大压力。针对目前南四湖存在的主要生态安全问题,该研究从经济社会发展对流域污染负荷和入湖河流状态的驱动力和压力入手,选择影响湖泊生态安全的社会经济指标体系,对2000-2010年的流域社会经济活动对南四湖生态安全的影响进行评价。结果表明:2010年,南四湖流域的社会经济活动对湖泊生态安全的影响评分值为45.37,等级为"一般",但水体污染负荷评分值为28.93,等级为"较重";2000-2010年,社会经济对南四湖生态安全的影响评分值处于[40,60]的"一般"级别中,但影响程度不断增强;流域污染负荷是南四湖流域面临的主要问题,它在一定程度上放大了社会经济活动对湖泊生态安全的影响。     

南四湖上级湖水质安全风险数值模拟

引用地表水有限元模型,以南四湖上级湖为研究对象,结合湖泊地形特征、设计工况、水文条件、水力学原理和污染物输移扩散规律与混合特性等,开展水质安全风险数学模拟研究,研究结果可为南水北调流域水污染控制规划、决策、设计提供参考.     

不同水文情景下高邮湖、南四湖和东平湖有色可溶性有机物的生物可利用性特征

有色可溶性有机物(CDOM)的生物可利用性直接反映其生物可降解潜力,影响水体中污染物质的迁移转化和水质优劣状况.本研究运用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)结合室内微生物培养实验,分析了高邮湖、南四湖和东平湖CDOM光谱组成和荧光组分的生物可利用性特征,并进一步阐述其对丰水和枯水两种水文情景的响应.结果表明:①运用EEMs-PARAFAC方法解析出4种荧光组分,微生物作用类腐殖酸C1和陆源类腐殖酸C4,类色氨酸C2和类酪氨酸C3.②3个湖泊丰水期吸收系数差值Δa(254)(培养前-培养后)均为正值,而枯水期Δa(254)部分为负值,这意味着CDOM生物可利用性对季节的响应存在较大差异.③不同水文情境下,南四湖和东平湖类腐殖酸组分%ΔC1、%ΔC4均为负值,南四湖丰、枯水期和东平湖丰水期类蛋白组分ΔC2～ΔC3为正值(t-test,P0.001,P=0.005).而丰水期高邮湖类蛋白组分ΔC2～ΔC3也为正值(t-test,P=0.008,P=0.005),这意味着不稳定类蛋白组分更容易被微生物矿化,可能生成更稳定的类腐殖酸. 3个湖泊腐殖化指数HIX、荧光峰积分比值I_C∶I_T均大于培养前,同时斜率S_(275-295)均减小进一步证实该结论.④丰、枯水期3个湖泊的类蛋白组分C2～C3的生物可利用性在入湖区域较高,同时该类湖泊入湖口区域类腐殖酸累积也较高,因而需要进一步加强入湖河流水质管理,减少外源CDOM输入以确保上述3个湖泊供水安全.     

城郭河白腊湾段近自然河道湿地设计及冬季运行效果

针对南水北调东线南四湖流域之城郭河水体生态净化及河流生态廊道建设的需求,在城郭河白腊湾段设计并建设了近自然河道湿地水质净化工程。根据因地制宜的原则,工程整体采用了生态护岸+湿地植物配置+生物飘带的河道原位生态修复组合工艺方案。根据冬季水质监测分析结果,城郭河白腊湾河道湿地冬季出水COD、NH_3-N和TP等主要水质指标均达到了GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,在支撑南四湖入湖河流城郭河与南水北调东线调水水质安全的同时,恢复了河道走廊的生态功能。     

南四湖表层沉积物中铍、锑、铊的地球化学特征与环境风险

南水北调工程是世界规模最大,同时也是受益人口最多的调水工程之一.南四湖是南水北调东线工程中最大的调蓄湖库.本文研究了南四湖表层沉积物中铍(Be)、锑(Sb)、铊(Tl)的含量分布与赋存形态特征,并结合多种方法评估了其环境风险.结合前人已取得的成果,定义了Be、Sb、Tl的毒性系数.研究表明,南四湖表层沉积物中Be和Sb的平均含量略高于环境背景值,而Tl的含量低于环境背景值.赋存形态分析表明,残渣态Be、Sb、Tl的占比分别超过了65%、70%、84%,而酸可溶态百分含量非常低,可移动性与生物可利用性均不强.结合上述风险评价方法可知,Be、Sb、Tl在南四湖表层沉积物中富集程度较低,生态危害性较小.Be、Sb、Tl均以自然来源为主,人类活动来源为辅.Sb的人类活动来源明显不同于Be和Tl,可能主要为大气沉降.Be、Sb、Tl在沉积物中的分布状况不同程度地受到粒度、有机碳、铝及铁锰氧化物等的制约.     

基于氮氧同位素的南四湖硝酸盐来源解析

选取南水北调东线受水湖南四湖为研究对象,运用δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-同位素示踪技术和水化学分析方法,阐明了研究区水化学及不同形态氮分布特征,揭示了氮的转化过程,分析了硝酸盐来源,基于MixSIAR模型,对研究区水体中各硝酸盐来源贡献比例进行了定量识别.结果表明:南四湖无明显温跃层,水体呈碱性,水化学类型以SO₄^2--Na⁺型为主.下级湖中的氮以硝态氮为主,随着水体自净及沉积物吸附,浓度逐渐降低,入湖河流污染特征与湖水一致.研究区湖水硝酸盐形成过程以硝化作用为主,水体中的硝酸盐来源生活污水>土壤有机氮>合成化肥>大气沉降,基于MixSIAR源解析模型分析,贡献比例分别为51.3%、23.7%、16.4%、8.5%.