杭州西湖底泥疏浚工程的生态效应

杭州西湖一直被富营养化问题所困扰.迄今为止,先后采用了多种工程措施进行治理.通过对杭州市政府1999-2002年对西湖实施的底泥疏浚工程前后沉积物中营养物质含量、水质以及水生生物群落各主要类群等方面的研究,评价了此次工程对减轻西湖的营养盐内负荷、控制湖泊富营养化的效果,探讨该工程的生态风险及对西湖水生生态系统重建的影响.研究结果表明:疏浚工程降低了西湖各层沉积物中的有机物、氮和磷含量,尤其是沉积物表层10cm中的有机质、总氮和有机磷含量均有明显的下降;疏浚后西湖水体与富营养化相关的主要指标均有不同程度的改善;水体中浮游植物密度、生物量有不同程度的降低,群落中蓝藻比例下降;浮游动物群落的种类有所增加;疏浚后底栖大型无脊椎动物群落快速恢复;疏浚后的水生生物群落指示水体富营养化程度有所减轻.

杭州西湖水生高等植物的恢复与水生生态修复

在过去的50年,西湖一直被富营养化问题所困扰。迄今为止,采用了各种工程措施进行治理,耗资数亿,但收效不明显。为了进一步解决西湖富营养化问题,提出需要用生态方法去解决生态问题,通过生态学手段,恢复、重建高等水生植物群落,增加水生生物多样性,改善西湖水生生态系统的结构和功能,控制藻类来修复西湖水生生态系统。科学地选择先锋种类组合、消除草食性鱼类的影响、合理地控制水位是西湖水生植被恢复过程中的三个重要措施。

“ACP-1”声学泥沙浓度剖面测绘仪在西湖淤泥探测中的应用

“ＡＣＰ－１”声学泥沙浓度剖面测绘仪在杭州西湖淤泥探测中得到成功应用。在声学剖面图上以不同色彩清楚地显示出西湖中沉积分成三层：流动层、软泥层和硬底层。由声学探测得出的分层结构和每层厚度与应用传统的柱状样探测结果一致。

杭州西湖总磷模型及其治理应用(Ⅰ)

在分析流域产磷、底泥释放磷负荷及磷的沉降定量研究的基础上,用TP质量平衡模型验证了近20年西湖治理前后全湖、全年平均浓度及年内各月浓度。在此基础上,预测了西湖进一步治理(包括截污、引水、配水)的定量效果。

引水和疏浚工程支配下杭州西湖浮游动物的群落变化

研究了引水和疏浚工程支配下浅水、富营养化杭州西湖浮游动物群落的长期变化,包括浮游动物的优势种类组成、密度及生物量与水环境因子的相关分析.疏浚后的2003年调查中,西湖3个采样站的定量样品中共发现69种浮游动物,其中原生动物26种,轮虫27种,枝角类和桡足类各8种.Ⅰ站浮游动物年平均生物量从1990年的0.186mg/L上升到2003年的0.705mg/L,Ⅱ站和Ⅲ站分别从0.665mg/L和0.740mg/L上升到1.399mg/L和1.195mg/L.浮游动物数量组成中原生动物和轮虫平均占99%,并占78%的生物量.在1980～2003年期间,一些优势种类如砂壳纤毛虫（Tintinnoinea）、针簇多肢轮虫（Polyarthra trigla）和长额象鼻溞（Bosmina longirostris）等显著增加了它们的丰度和优势度;暗小异尾轮虫（Trichocerca pusilla）的优势度在引水后的1990～1995年增加了,但在疏浚后的2003年下降了;而20世纪80年代的一些优势种如毛板壳虫（Coleps hirtus）、螺形龟甲轮虫（Keratella cochelearis）和短尾秀体溞（Diaphanosoma brachyurum）等在3个采样站中失去优势种地位或消失.原生动物和轮虫生物量在营养水平较高的Ⅱ～Ⅲ站明显高于营养水平较低的Ⅰ站;长肢秀体溞（Diaphanosoma leuchtenbergianum）、长额象鼻溞、颈沟基合溞（Bosminopsis deitersi）和汤匙华哲水蚤（Sinocalanus dorrii）在营养水平较低的Ⅰ站具有较大的密度和生物量,而微型裸腹溞（Moina micrura）和粗壮温剑水蚤（Thermocyclops dybowskii）则在营养水平较高的Ⅱ～Ⅲ站具有较大的密度和生物量.西湖各类浮游动物在不同湖区形成不同的分布格局主要由引水水流和水体营养状态差异造成.1990～2003年期间,在采样站变异下,浮游动物中轮虫年平均生物量与水体年平均pH值和叶绿素a含量之间分别有极显著和显著的正相关关系,与水体透明度之间有极显著的负相关关系.引水后的1995年,与轮虫生物量最密切的生态因子是叶绿素a含量,而疏浚后水体碱性环境是影响轮虫生物量最密切的生态因子.

杭州西湖总磷模型及其治理应用(Ⅱ)

在杭州西湖总磷模型及其治理应用(Ⅰ)的研究基础上,再用平面二维水动力方程、对流扩散方程(其中考虑了底泥沉降及底泥释放同时发生的水与底泥双层介质的交换)数值解,对一个进出水口,引水量2000万t/a8个点浓度的平面分布进行了验证,并研究了多个进水、出水口的布局和引水增加后对西湖各水域水质改善程度。又用最新水质资料作了预测验证。

引水和疏浚工程对杭州西湖轮虫群落结构的影响

1990年、1995年和2003年观察了引水和疏浚工程支配下浅水、富营养化杭州西湖(Ⅰ-Ⅲ站)浮游轮虫的群落变化,研究内容包括种类组成和优势种演变、密度和生物量、以及生物多样性指数。西湖轮虫的第一优势种由引水前的螺形龟甲轮虫(Keratella cochelearis),引水后演变为1990年的裂痕龟纹轮虫(Anuraeopsis fissa)和1995年的暗小异尾轮虫(Trichocerca pusilla),疏浚工程后针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)上升为西湖轮虫第一优势种。不同采样站中,引水促使了Ⅰ站(进水口)轮虫优势种的演变和轮虫丰度的显著下降,并使轮虫生物量与水体叶绿素a含量之间的相关性最强(相关系数达0.7080,p<0.01);疏浚促使了Ⅲ站(出水口)轮虫优势种的演变和抑制了轮虫丰度的快速增加,并使轮虫生物量与水体高锰酸盐指数之间的相关性最强(相关系数0.5440,p<0.25)。Ⅰ-Ⅲ站轮虫生物量与水体综合营养状态指数之间均有显著的正相关性。随着引入西湖水量的显著减少、疏浚工程的实施和西湖自身富营养化的推进,Ⅰ站和Ⅱ站轮虫的丰度急剧增加,生物多样性持续下降,Ⅲ站轮虫丰度增加较缓。这预示着Ⅰ站和Ⅱ站水体的富营养化进程快于Ⅲ站。

从叶绿素a的变化浅析西湖综合保护工程效益(1998-2007年)

自1998年以来,杭州市政府先后实施了西湖疏浚、湖西综合保护、引配水改建等几项主要治理工程,西湖周边的环境质量得到了明显提高.对1998-2007年间杭州西湖主要湖区叶绿素a的含量进行了跟踪监测分析与研究,结果表明,西湖主要湖区年均叶绿素a含量比治理工程实施前明显下降,且下降幅度可达42.8%-87.3%,西湖综合保护工程的实施对改善西湖的水质起了主要的作用.

疏浚后杭州西湖富营养化评价

以综合营养状态指数（TLIc）法评价疏浚前后杭州西湖（Ⅰ-Ⅳ站）的富营养化水平，并与水体浮游动物生物量指标做相关分析。结果表明，Ⅰ站和Ⅳ站综合营养状态指数年平均值下降幅度较大，Ⅱ站和Ⅲ站TLIc年平均值下降幅度较小。疏浚促进了西湖中有机物的氧化分解，降低水体中高锰酸盐指数，抑制底泥中磷的释放。湖水TLIc值随浮游动物生物量升高而显著增大，并以轮虫生物量与TLIc值之间的正相关性最稳定。

引水等综合整治后杭州西湖氮、磷营养盐时空变化(1985-2013年)

经引水等综合整治后,西湖外湖、西里湖总磷（TP）浓度累计下降58%和78%,总氮（TN）浓度累计下降16.7%和7.7%,透明度提高100%~200%,富营养状态得到极大缓解.比较1986年治理前,西湖各湖区因来水、引水和排水格局差异较大,TP浓度的年内变化特点及驱动因素也存在较大差异：杨公堤以西的上游湖区因优质水源补充TP浓度总体较低,同时受流域降雨径流面源输入影响,呈现时段性升高；杨公堤和苏堤之间的中游湖区优质水源补充量最大,湖区水体更新最快,TP浓度最低且变化相对最为稳定；苏堤以东的外湖区水体更新相对最慢,在夏、秋高温季节因底泥污染释放,TP浓度出现峰值.因外来引水量大且未经脱氮处理,西湖各湖区TN年内变化基本与钱塘江取水口TN浓度变化一致,同时因流域降雨径流面源输入而出现时段性波动.基于TP质量平衡模型分析,各湖区水质空间差异主要受水体年交换次数影响,其次受单位水体的年污染负荷影响.

疏浚工程前后杭州西湖枝角类群落结构的变化

调查了疏浚工程前(1995年)与疏浚工程后(2003年)杭州西湖四个湖区枝角类的群落结构,包括密度、生物量、多样性指数以及优势种组成的变化,并对枝角类生物量与水质理化因子之间的相关关系进行了分析。结果表明:西湖枝角类平均密度由1995年的1.86ind./L上升到2003年的4.53ind./L,生物量由1995年的0.051mg/L上升到2003年的0.093mg/L,而多样性指数平均值则由1995年的10.39下降到2003年的4.33。疏浚后,西湖原第一优势种长肢秀体溞(Diaphanosomaleuchtenbergianum)的优势度明显下降,一些体型较小的优势种,如长额象鼻溞(Bosminalongirostris)、颈沟基合溞(Bosminopsisdeitersi)和微型裸腹溞(Moinamicrura)的优势度均有不同程度的增加;某些湖区长额象鼻溞和微型裸腹溞取代了长肢秀体溞第一优势种的地位抢嗄昶骄锪坑胨迥昶骄堵趟豠和总磷含量之间均有显著的负相关关系,并有随水体透明度提高而增加、随pH值增大而下降的趋势。长肢秀体溞、长额象鼻溞和颈沟基合溞在营养水平较低的湖区具有较大的密度和生物量,而微型裸腹溞则在营养水平较高的湖区具有较大的密度和生物量甯挥潭炔煌蝗衔侵抢嘣诤渚哂胁煌植几窬值闹匾颉?

疏浚后杭州西湖浮游动物群落的变化

2003年1-12月调查了疏浚后杭州两湖(小型、浅水、富营养化湖泊)四个采样站(Ⅰ-Ⅳ)浮游动物群落的变化。研究包括优势种组成、密度和生物量,以及浮游动物生物量与水体叶绿素a、有机物耗氧量、总氮和总磷含量之间的相关分析。疏浚后,Ⅲ-Ⅳ站原生动物第一优势种由似铃壳虫(Tintinnopsis sp.)变为筒壳虫(Tintinnidium sp.); Ⅲ-Ⅳ站轮虫第一优势种由暗小异尾轮虫(Trichocerca pusilla)变为针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla);Ⅰ站的长额象鼻溞(Bosmina,longirostris)和Ⅲ站的微型裸腹溞(Moina micrura)分别取代了长肢秀体溞(Diaphanosoma leuchtenbergianum)第一优势种的地位;桡足类中,剑水蚤优势种为粗壮温剑水蚤(Thermocyclops dybowskii),哲水蚤优势种为汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii)。疏浚后,西湖浮游动物平均密度增加了80.5%,其中原生动物密度增量贡献57.3%。平均生物量增加了49.7%,其中轮虫生物量增量贡献36.5%。西湖浮游动物生物量与水体叶绿素a、有机物耗氧量和总磷含量之间均呈垃著的正相关关系。不同采样站中,以Ⅳ站环境生态因子与浮游动物生物量之间的相关程度最高,其次为Ⅲ站、Ⅰ站和Ⅱ站,水体环境生态因子对浮游动物的影响程度与其优势利演变的体现相一致。在不同浮游动物类群中,枝角类生物量与水质生态因子之间的相关程度最高,其次为轮虫、桡足类和原生动物。

综合保护工程对杭州西湖生态环境的影响

通过对综合保护工程实施前后西湖生态环境变化情况的调查、监测,评价综合保护工程对西湖生态环境的影响。研究结果表明,综合保护工程对西湖生态环境有着显著的影响。工程实施后,西湖的自然形态发生了很大的变化,流域内污染物削减量明显,入湖溪流和西湖水质改善效果明显,流域内生物多样性有所增加。研究成果对我国城市湖泊的治理与生态修复具有较强的示范与借鉴作用。

小流域水污染治理示范工程——杭州长桥溪的生态修复

长桥溪是杭州西湖上游四大溪流之一.长桥溪生态修复工程利用长桥溪流域的微地貌和水动力作用,通过地埋式污水处理系统与人工湿地相结合的方法,将污水处理工艺与景观园林紧密结合,综合运用物理、化学、生物等手段对长桥溪流域内污水进行处理,从而减少该溪向西湖的污染物排放.工程经过两年运行,2006年其入湖湖水的TP、TN、NH4+-N和CODMn浓度分别降至0.067±0.041mg/L、3.54±1.23 mg/L、0.59±0.46mg/L和2.11±0.38mg/L,较2003年依次降低了88.5%、68.8%、89.1%和68.0%.

杭州西湖轮虫的群落结构及与水体环境因子的关系

2007年1月-2010年10月,对杭州西湖进行调查研究,利用综合营养状态指数对西湖的营养状况进行评价,通过种类组成、优势种、多样性指数等指标探讨西湖轮虫的群落结构与水体营养状况之间的关系.结果表明,西湖总体处于中-富营养状态.调查期间共检出轮虫29种,以角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)等最为常见;总数量处于较低的水平,多样性水平不高;各采样点在不同年份表现出不同的季节变化规律.相关性分析结果表明,西湖轮虫密度与水温、TLI指数、总氮、高锰酸盐指数、透明度和pH值的相关性高度显著;Margalef多样性指数和Shan-non-Wiener多样性指数与水体环境因子表现出不同的相关性.研究发现,西湖轮虫结构不仅与水体的营养状况关系密切,还受引水过程引起的水动力学的影响,从引水入湖口到出水口存在一个以水动力学过程为主导的生态梯度.

杭州西湖底栖动物群落结构及其水质生物学评价

2017年对西湖9个点位的底栖动物进行季度调查,共采集到3门7纲25种底栖动物。底栖动物年均密度为280.3个/m2,主要类别为水生昆虫、寡毛类、软体动物,优势种为羽摇蚊(Chironomus plumosus)和圆田螺(Cipangopaludina)。空间分布上,不同湖区的底栖动物组成存在不同,在主湖区(少年宫、外湖心)底栖动物主要为水生昆虫,摇蚊幼虫为绝对优势种,而湖西区(西里湖、茅家埠、金沙港、乌龟潭、浴鹄湾)底栖动物主要为软体动物。季节变化上,底栖动物密度分布为冬季>秋季>夏季>春季。寡毛类全年采样出现频次较低,作为耐污染种,这表明西湖水环境质量变好。西湖的Shannon-Wiener生物多样性指数(H’)年均值为1.27,西湖水质为轻污染,其中茅家埠、金沙港和乌龟潭点位H’较高,与所在湖区生长大量沉水植物,生境更加稳定有关。H’与加权营养状态指数(TLI(∑))在对西湖个别点位水质评价结果上存在差异,鉴于西湖底栖动物生境易受外界影响导致群落波动较大,因此认为TLI(∑)的评价结果更为准确。

西湖不同湖区营养盐特征及富营养化现状研究

以西湖不同湖区(北里湖、外湖、西里湖、茅家埠)2012年的逐月监测资料为基础,分析了西湖不同湖区氮磷营养盐以及浮游植物的时空变化特征,并采用综合营养状态指数法,对不同湖区富营养化现状进行了评价。结果表明,氮磷营养盐及浮游植物随时间和空间的不同呈现不同的变化规律。受引水及水生生态系统的影响,西湖水域茅家埠和西里湖自我修复能力较强,水质明显优于北里湖和外湖,全年稳定地处在中营养水平,北里湖和外湖总体处于轻度富营养化,季节变化明显,夏秋季节营养值数明显高于秋冬季节。相关性分析表明,北里湖、外湖、茅家埠三个湖区的综合营养指数与叶绿素a、总磷、水温有显著的正相关关系,西里湖由于受引水影响较大,其综合营养值数与各营养因子及环境因子都没有明显的相关性。

西湖龙泓涧流域暴雨径流氮磷流失特征

为掌握西湖入湖溪流龙泓涧流域非点源污染现状,研究了一年内3场暴雨径流过程中营养盐的流失特征.结果表明长历时暴雨事件一般会形成多个径流峰值,而其滞后于雨强峰值的时间取决于当次强降雨的分布.降雨的初期冲刷效应与前期降雨量有关,前期降雨量越少,总磷和氨氮的初期冲刷效应越明显,在退水阶段滞缓的壤中流会使总氮和硝态氮再产生一个浓度峰值.径流中各形态氮素的平均浓度(EMC)与降雨量、降雨历时、最大雨强和平均雨强均表现为负相关,与前5 d的降雨量表现为正相关,而总磷的EMC值与氮素有相反的变化规律.径流营养盐迁移通量随降雨量的增大而上升,Pearson分析表明总氮、硝态氮与径流水深(流量)具有较好的相关性.总磷、总氮、硝态氮和氨氮的平均迁移通量分别为34.10、1 195.55、1 006.62和52.38 g·hm^(-2),硝态氮为主要的氮素迁移类型(占总氮的84%).