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.     

太湖典型地区蔬菜地土壤磷素淋失风险

以太湖典型地区宜兴市大浦镇湖滨公路以东沿太湖50hm2老蔬菜基地为研究对象,采用网格法(50m×50m)采集表层(0～20cm)土壤样品156个.地统计学分析表明:土壤P(全P、Bray P、CaCl2浸提水溶P)呈明显空间变异,土壤高P区出现在朱渎港、林庄港两村庄附近.土壤Bray P低于60mg·kg-1,几乎没有检测到CaCl2浸提水溶P,而当土壤速效P大于60mg·kg-1后,CaCl2浸提水溶P随Bray P增加而直线增加.以土壤Bray P含量60mg·kg-1为研究地土壤发生P淋溶的临界值,研究范围内土壤发生P淋溶面积占总调查面积28%.针对目前土壤状况,提出控制蔬菜地P淋溶对策.     

太湖不同湖区浮游甲壳动物季节变化的比较

于2003 年10 月~2004 年9 月对太湖不同富营养水平湖区(大太湖、梅梁湾和五里湖)浮游甲壳动物的季节变化进行了比较研究.3个湖区中,五里湖营养水平最高,大太湖最低.梅梁湾浮游甲壳动物数量和生物量最高,其次是大太湖,五里湖最低.3 个湖区浮游甲壳动物数量的季节变化趋势相似,即数量最高的季节为夏季,数量最低出现在冬季.大太湖和梅梁湾的第一和第二优势种都是简弧象鼻溞(Bosminacoregoni)和角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta);而五里湖的优势种为多刺裸腹溞(Moina macrocopa).相关分析表明,枝角类和桡足类数量都与总磷和水温极显著正相关.说明太湖水体富营养化对浮游甲壳动物的群落结构有明显的影响.     

基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a浓度估算与预测

叶绿素a浓度作为表征水质状况的重要参数之一,反映了水体富营养化程度和藻类含量,是决定水体的反射光谱特征的重要因素,也是水质遥感领域研究较多的一项水质参数.研究叶绿素a浓度的遥感定量反演可以为湖泊水质监测与评价提供新的思路和方法.本研究发展了一个基于集合均方根滤波和风生流的污染物扩散模型的数据同化方案,并结合2010年5月20日的太湖3个浮标观测站点的观测数据进行了同化实验.首先对太湖叶绿素a浓度进行同化估算,然后利用优化后的估算结果对太湖叶绿素a浓度进行了为期6 h的预报.在同化阶段,均方根误差分别从1.58、1.025、2.76降低到了0.465、0.276、1.01,平均相对误差也从0.2降低到了0.05、0.046、0.069.在预报阶段,均方根误差从1.486、1.143、2.38降低到了0.017、0.147、0.23,平均相对误差也从0.2降低到了0.002、0.025、0.019.结果表明,利用集合均方根滤波的数据同化方法可以有效地提高太湖叶绿素a浓度的估算与预报精度.     

太湖东北部沉积物生物可利用磷的季节性变化

对太湖东北部营养水平不同的梅梁湾,贡湖湾和胥口湾3湖区表层(0～10cm)沉积物中总磷与4种生物可利用磷的季节性变化进行了研究.结果发现,各湖区沉积物中总磷及各形态生物可利用磷的含量与其水体营养水平相一致;不同点位沉积物中总磷与各生物可利用磷含量存在较大差异,同一点位不同季节沉积物中总磷与生物可利用磷的含量也显著不同.表层沉积物中各生物可利用磷始终与总磷有很好的相关性并且随季节变化.建议评估沉积物对藻类的供磷能力及潜在释放危险时,以不同季节的总磷含量为依据进行比较分析更为确切.     

太湖水体溶解营养盐(N、P、Si)的冬、夏二季变化特征及其与富营养化的关系

先后于冬季(2003年1月)和夏季(2003年7月)对太湖水体溶解营养盐的组成进行了调查,分析了营养盐在湖水中的分布规律,初步探讨了太湖浮游植物营养盐限制因子的季节变化特征。结果显示:太湖溶解无机氮、磷、硅夏季比冬季略高一点,主要来自流域外源输入和湖泊内源释放,分布趋势受人为活动大小和湖泊自身特点的影响。     

太湖底泥沉积物释放规律研究

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。     

利用CDOM吸收系数估算太湖水体表层DOC浓度

溶解有机碳(DOC)是水体中最大的有机碳库,在水体碳循环中起着重要作用.有色溶解有机物(CDOM)是DOC的重要组成部分,其吸光作用改变着水下光场结构,是水色遥感监测的重要因子之一,建立两者的联系为利用遥感技术估算湖泊水体表层DOC浓度提供有效的技术方法.基于2010年5月、2011年1月、2011年3月和2011年5月的太湖4期实验数据(183个采样点),利用CDOM特征波长吸收系数[ag(250)和ag(365)]建立多元线性模型估算太湖水体DOC浓度,同时利用2011年8月29日～9月2日的数据(n=27)对模型进行验证评价,并构建了湖泊水体DOC浓度的遥感反演模式.结果表明,该模型能够有效估算太湖水体的DOC浓度;2011年1月DOC和CDOM的源和汇有较大差异,估算效果较差;其他3期数据的模型估算效果显著(R2=0.64,RMSE=14.31%,n=164),并在201108期数据中得到了验证(R2=0.67,RMSE=10.58%,n=27).模型形式虽具有一定的通用性,但系数在不同的水域中有所差异,模型系数的区域化成为下一步研究的重点.     

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。     

太湖重点区域水环境中邻苯二甲酸酯的污染水平及生态风险评价

为了解太湖重点区域水环境中邻苯二甲酸酯(phthalate esters,PAEs)的污染情况,对丰水期、枯水期和平水期目标区域的水体和沉积物中6种PAEs进行分析,3个水期水体中PAEs浓度分别为1.6~11.2μg·L-1(平均值3.68μg·L-1)、nd~6.21μg·L-1(平均值1.3μg·L-1)和nd~1.72μg·L-1(平均值0.48μg·L-1),从上游至下游未呈现明显浓度变化,其中邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯[di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP]对ΣPAEs浓度的贡献比较大,邻苯二甲酸二正丁酯(di-n-butyl phthalate,DBP)在某些采样点高于国内标准.沉积物中PAEs含量范围在0.74~6.90μg·g-1(平均值2.64μg·g-1),主要成分是DBP和DEHP.生态风险评价的结果表明,DBP和DEHP是重点区域中最主要的风险因子;沉积物PAEs中所有种类的含量均未超过风险评价低值(effect range low,ERL),对生物的潜在危害较小.与国内外河流、湖泊与河口等沉积物中PAEs污染水平比较,太湖重点区域水环境中PAEs污染属于中等水平.工业污染和城市活动是水环境中邻苯二甲酸酯的主要来源.