我国城市水源水库水质风险成因及对策

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。

河流伦理研究及其在流域综合管理中的应用

流域水资源综合管理蕴含诸多的河流伦理问题。通过介绍河流伦理的内涵及内容,分析黄河“八七”分水方案、新安江生态补偿方案、小水电清理整改方案、都江堰生态水利工程、淮河“水量-水质-水生态”联合调度等案例,重点研讨了流域水资源综合管理面临的河流伦理问题,包括流域水资源分配的公平,河流健康权利,水资源综合管理的公平性、正义性和责任性等。案例表明,河流伦理思想和相关研究将在流域水资源分配、流域生态保护及流域治理中起到重要的基础与支撑作用。展望未来,变化环境下的流域智慧管理与河流伦理的交叉研究,将会产生更加深入结合与发展的成果。

太湖流域农村面源污染治理现状与前景研究

分析了太湖流域农村面源污染现状、调查方法、治理技术及过往的环境管理经验,指出近年来的治污工作虽然有效控制了城镇点源污染,但对经济基础相对薄弱的乡村地区面源污染的治理效果仍然不佳。基于太湖流域农村面源污染治理在技术层面已经形成的以分散式污水处理设施净化乡村生活污水、以径流截污工程治理暴雨径流污染、以源头减排和污染截留技术治理农业生产污染的系统化体系,提出了将面源污染治理与农村产业优化、基建升级、高标准农田建设、生态湿地推广等目标相结合,在多要素协同/权衡的思路下加强环境治理技术与政治经济领域融合等研究展望。

长江流域湖泊富营养化发展趋势与展望

随着国家对生态环境问题的重视和保护治理力度的加大,中国河流与湖泊水质状态的变化及控源截污等治理措施的成效,已日益成为关注焦点。通过收集不同行业、部门与科研单位对长江干流水质和流域内若干典型湖泊水质及富营养化的监测资料,分析发现在最近十余年时间内,长江流域乃至全国河流水质已显著改善,但湖泊水质的提升不明显,富营养化和蓝藻水华无明显改善,部分湖泊甚至还有所加重。造成这种状况的主要原因包括水体自身特性与外部驱动两个方面:①湖泊水流交换速度较河流慢,使污染物和营养盐更容易在湖泊中滞留,底部长期蓄积的氮磷等营养盐极易因风浪等扰动而再次释放产生内源污染,极大延缓或抵消了湖泊水质的恢复;②在全球气候变化的背景下,蓝藻水华暴发时间提前、持续时间延长、暴发频率增加,进一步加剧了富营养化湖泊蓝藻水华的产生强度。长江中下游地区浅水湖泊富营养化控制和蓝藻水华治理将是一个漫长而艰巨的任务。

近40年来太湖梅梁湾底栖动物群落演变特征及驱动因素

梅梁湾是太湖北部最大湖湾,也是太湖生态环境问题最严重的区域之一,近年来对太湖治理力度不断加大,然而对其生态状况演变的认识尚不清晰。本文基于长期监测及文献资料,获得1980s以来太湖梅梁湾底栖动物及环境因子数据,分析底栖动物种类组成、优势种、丰度的时空变化,应用非度量多维尺度分析(NMDS)和随机森林(RF)分析群落结构演变及其与环境因子的关系。结果表明,梅梁湾1980-2019年共记录到44属(种)底栖动物,以摇蚊幼虫和软体动物为主,总丰度年际变化显著,40年来底栖群落结构发生显著变化,优势种经历了由较敏感的软体类为主到以耐污寡毛类、摇蚊幼虫等为主的转变。综合NMDS和随机森林分析结果,梅梁湾底栖动物群落演变大致可分为4个阶段:1980s及以前,物种多样性丰富,以河蚬(Corbicula fluminea)等大型软体动物为优势种;1990s-2007年,底栖动物群落快速退化,以耐污种占优;2008-2016年,水生态略有恢复,河蚬等清洁种略有回升;2017-2019年,耐污种优势度和丰度反弹。近40年来梅梁湾底栖动物群落变化主要受底质氮磷、有机质和水体营养盐、蓝藻水华等环境因子变化的影响,此外水生植物演替也是影响底栖动物群落变化的重要因素。

高温干旱背景下太湖藻情变化特征及机制

2022年我国长江流域经历了长期的高温干旱,对湖泊水生态环境和湖内藻情态势产生了深远影响。但目前关于干旱环境下湖泊水华的响应特征研究较少。以太湖为例,基于2005—2022年湖体营养盐与叶绿素a浓度的长期监测数据,结合卫星遥感影像反演的蓝藻水华面积变化,探讨了2022年高温干旱对太湖蓝藻的影响特征及驱动机制。结果表明,2022年蓝藻水华高发季节(5—9月),太湖蓝藻水华的平均面积和最大面积均明显下降,其中5月的水华面积仅为近5年同期平均面积的20%;水样采集分析获得的水体叶绿素a浓度和微囊藻生物量在春季也明显下降。营养盐方面,2022年太湖的总氮和总磷均值分别为1.41和0.084 mg/L,较近5年均值分别下降了30.6%和27.3%,均为2005年以来的最低值。氮磷浓度空间分布的克里金插值显示,除西北湖区(竺山湾)受河流入湖影响外,大部分湖区的溶解态氮磷也都处于较低状态,冬季溶解性总磷浓度小于0.02 mg/L的水域面积占全湖面积的79%。随机森林分析表明,总磷、水温和风速是影响春季微囊藻和藻类生物量的关键因子。冬季湖体磷水平低,加上春季外源负荷较少,致使2022年春季太湖大范围湖区磷浓度较低,对微囊藻的生物量产生了限制作用。此外,在随后夏季连续高温的背景下,太湖蓝藻水华面积虽然发生了反弹,但并未明显高于往年,这与极端干旱导致外源磷补给低、湖体仍能维持大范围低氮低磷条件有关。综上表明,目前太湖部分湖区的藻类生物量对氮磷浓度变化敏感,外源营养盐负荷开始对蓝藻水华情势产生调控作用。坚持外源负荷削减,关注湖泊氮磷内源效应,调控湖体的生态系统结构,是有效降低太湖蓝藻水华强度,应对未来多变气候带来生态风险的重要途径。

长兴入太湖河网水文变化特征与水质时空差异

以长兴县入太湖的泗安塘-合溪-乌溪河网为研究对象,将入湖河网划分为水源区、河网区、西苕溪区和入湖区,于2018年8月和2019年1月分别对长兴县入太湖河网丰水期和枯水期的水质状况进行了调查,采用空间聚类法、水质标识指数对水质的时空分布进行评价。结果表明,长兴入太湖河网不同片区氨氮(NH3-N)和总氮(TN)的质量浓度平均值呈现枯水期较丰水期高的特征,而高锰酸盐指数(CODMn)和总磷(TP)则呈现丰水期较枯水期高的特征。空间聚类分析结果表明,水质指标分布具有明显的空间差异性,呈现水源区>西苕溪区>河网区>入湖区的分布特征,入湖区是污染物聚集的主要区域。综合水质标识指数分析结果表明,长兴入太湖河网主要以Ⅱ类和Ⅲ类水为主;单因子水质标识指数分析结果表明,溶解氧(DO)、COD_(Mn)、NH_(3)^(-)N、TP指标均优于Ⅲ类水标准,TN是入太湖河网的特征污染物,且在丰水期和枯水期质量浓度平均值分别达到2.24,3.49 mg/L。因此,进一步削减氮污染是缓解其河网富营养化的关键。

富营养化湖泊蓝藻打捞减污降碳效果模拟研究

环境污染物与温室气体排放具有高度同根同源特征,在环境治理过程中减污和降碳方面具有协同推进的潜力。针对富营养化湖泊藻源性生物质分解带来的氮磷二次释放和温室气体排放问题,利用水-沉积物柱实验体系,通过人为移除藻源性生物质的方式模拟了不同蓝藻打捞强度,分析了不同藻源性生物质移除强度对水体氮磷水平与温室气体(CO_(2)、CH4和N_(2)O)排放通量的影响,评估了蓝藻打捞削减污染水平和控制碳排放效果。结果表明,当藻源性生物质移除33%(低强度)、66%(中强度)、99%(高强度)时,总氮分别下降26.1%、35.4%、53.8%,总磷分别下降50.9%、72.9%、78.2%,CO_(2)释放通量分别下降26.7%、39.4%、54.5%。CH_(4)释放通量分别下降58.1%、89.0%、91.5%,N_(2)O释放通量分别下降71.3%、90.4%、87.5%。此外,藻源性生物质的移除避免了水体溶解氧耗竭,改变了氧化还原条件,调控了碳氮分解过程,降低了高CO_(2)当量(CO_(2)-eq)的CH4和N_(2)O在温室气体排放中的占比。在低、中、高移除强度下,CH4的CO_(2)-eq占比分别为6.4%、2.2%、2.2%,N_(2)O的CO_(2)-eq占比分别为6.1%、2.6%、4.6%,进一步降低总CO_(2)-eq释放通量。在低、中、高移除强度下,CO_(2)-eq释放通量分别下降35.9%、51.4%和62.7%。藻源性生物质移除不仅直接削减了水体氮磷水平,降低了温室气体排放通量,实现了减污降碳有效协同。该研究对于富营养化湖泊蓝藻打捞环境效益综合评估具有重要借鉴意义。

气候变化下湖库蓝藻水华发展趋势及防控对策

气候变化影响下,湖库蓝藻水华呈现全球性扩张。本文利用CiteSpace系统梳理了2006—2021年期间相关研究的历史沿革和发展趋势,总结了气候变化下湖库蓝藻水华的变化趋势,分析了气候因子对湖库蓝藻水华的影响及其机制,提出了新形势下蓝藻水华的防控对策。随着气候变化日益加剧,湖库蓝藻水华研究主题已成为了国际前沿热点之一,年发文量递增。气温升高、二氧化碳浓度增加与日照延长直接促进了蓝藻水华,而极端降雨频率升高通过增加营养盐入湖库负荷,风速下降通过促进藻类在湖库表层水体聚集,间接促进了蓝藻水华。适度严格营养盐控制标准,加强山水林田湖草综合治理,提升蓝藻水华预测预警与应急处置能力,对未来气候变化下湖库蓝藻水华防控具有重要意义。

三峡水库淤沙净碳排放量核算

为厘清三峡水库净碳排放量,通过对比分析三峡大坝建设与未建设情景下泥沙携带有机碳在河道中迁移转化过程,核算了两种情景下碳排放通量.结果表明:三峡大坝不仅没有增加反而降低了泥沙在河道输送过程中产生的碳排放通量,降幅达到(23.24±1.05)%.三峡大坝对有机碳输送产生明显再分布效应,将有机碳分解与碳排放热区从长江口转移至库内.虽然水库缺氧环境促进甲烷产生,但较高的有机碳埋藏率促使碳排放量下降.

浅水湖泊生态系统恢复的理论与实践思考

随着我国湖泊生态环境越来越严峻,湖泊生态恢复也逐渐被人们所重视.实际上,湖泊生态恢复应该是一项系统工程,是通过一定程度地减缓或改善环境压力,结合某种或多种水生生物的种养措施,逐步使得生态系统向良性的或者是被改变前的状态发展.目前,湖泊生态恢复不是被单纯地理解为种草、养鱼等,就是被解释为生物群落的人为搭配或镶嵌.由于这种认识上的偏差,导致湖泊治理中有关生态修复的实践长期以来鲜有成功的实例.最后,以太湖为例,给出了湖泊局部水体生态修复达致净化水质的技术思路--通过改善环境来恢复水生植物,通过水生植物恢复来引导生态系统向草型湖泊转变,通过水生系统恢复达到改善水质的目的.这种思路能否成功用于指导湖泊水生植物与生态系统恢复,还有待于进一步实践的检验.

太湖地区的水资源与水环境——问题、原因与管理

太湖目前主要存在的问题是:①1998年太湖达标排放以来北太湖地区与梅梁湾的水环境没有如预期的那样得到显著改善;②太湖地区的洪涝问题并没有消除,相反随着经济的发展,其易损性增加;③东太湖的沼泽化与富营养化日趋严重,极大地降低了湖泊泄洪能力与供水能力。东太湖的沼泽化与富营养化与养殖业的无计划发展有很大关系,主要是管理所造成的。洪涝问题则是由于流域下垫面的急剧变化导致洪峰提前和洪峰流量增大。

太湖梅梁湾水动力及相关过程的研究

太湖是位于长江下游的一个大型浅水湖泊 .水动力过程和要素对浅水湖泊的环境演化有着复杂和深远的影响 .本文基于 1998年开展的有关太湖梅梁湾的水动力过程的野外调查结果 ,总结了梅梁湾在夏季盛行风向条件下的湖流特征 .发现了梅梁湾在夏季偏南风条件下 ,表层湖流以顺时针环流为主要特征 .但在湾内靠近梁溪河口地区 ,流场受地形影响而有所不同 .反映在叶绿素浓度和总磷、总氮浓度分布上 ,因受湖流影响较大而富集在梁溪河口周围 ,即偏于梅梁湾的东部 .较少受湖流影响的总溶解磷和总溶解氮则仍以西部的闾江口为浓度最高地区 .利用 1998年夏季湖流调查结果 ,计算发现梅梁湾与太湖的水量交换以梅梁湾流入太湖为主要特征 ,交换量为2 80m3·s- 1.受动力作用影响较大的悬浮物浓度 ,在冬季偏北风作用下 ,湾口的浓度远高于湾内 .当风速达 5m·s- 1以上时 ,悬浮物浓度将显著增加 ,特别是底部泥沙悬浮增加 ,但在小风速条件下 ,悬浮物浓度的垂直变化不显著 .指示着有机物颗粒在水表层悬浮物中占相当大的比重 .上述这些结论对梅梁湾水源地的保护 ,对进一步认识水动力作用与悬浮物浓度分布 ,进而影响透明度和初级生产力 ,影响底泥内源污染释放 ,并在此基础上建立太湖生态环境管理模型非常重要 .

太湖富营养化与蓝藻水华引起的饮用水危机——原因与对策

2007年5月份发生在无锡太湖蓝藻水华引起的自来水危机事件进一步凸现我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状。从分析太湖富营养化发生、发展,蓝藻水华爆发的原因和机制入手,提出湖泊富营养化治理和蓝藻水华控制的途径和措施。研究表明,太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,主要是由于太湖发育于长江中下游洪泛平原,营养本底高;由于水浅和沉水植被的退化使得频繁的风浪扰动造成内源营养盐负荷维持在一个非常高的水平;而流域内社会经济的高速发展,进一步加剧了太湖富营养化进程。蓝藻水华爆发一方面与蓝藻本身的生理特征有关,如固碳、伪空泡、光吸收及营养盐利用的能力;另一方面则与系统内物理、化学、生物环境有关,如独特的浅水湖泊水下光场结构和低的捕食压力。太湖的富营养化治理需遵循控源截污、湖泊生态修复和流域管理的原则,具体措施包括前置库和人工湿地的面源污染物控制技术;物理机械和生物去除内源营养盐削减技术;沉水植被恢复的湖泊生态修复技术。而蓝藻水华的控制技术则包括围隔拦截和导流的物理工程方法、絮凝沉降和抑藻物添加的化学工程方法以及生态浮床和生物操纵的生态工程方法。具体使用时,需要先诊断、后治理。

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．

太湖梅梁湾水源地通过生态修复净化水质的试验

通过在太湖实施的试验研究,发现富营养化水体营养盐浓度的增加会导致附着在水生植物上的附着生物增加,对水生植物(主要是沉水植物)的光合作用造成胁迫,从而说明草型湖泊生态系统的恢复,首先必须降低营养盐浓度,因此,通过恢复水生植物来净化水质是不现实的。与营养盐浓度相比,风浪、光照、鱼的牧食等都不是根本的影响因素。根据调查,示范区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物悬浮,影响水环境质量,而蓝藻水华易于在此堆积,这些都是影响该水域水质的主要因素。为此,在生态净化方面,以恢复漂浮植物和浮叶植物为主来净化水质,在工程净化措施方面,提出了消浪和控藻等工程措施,以及布设人工介质(渔网)富集附着生物来净化水质等措施。经过3年的实施,示范区的水质改善已经取得初步成效。

大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模式探讨

通过在太湖开展的风浪与底泥悬浮的野外观测,结合分层采取水样并分析水体中溶解性营养盐的浓度随深度的变化结果,发现在水土界面的上覆水中营养盐浓度有突然增加的现象,指示着沉积物对上覆水营养盐浓度有影响.对沉积物中孔隙水营养盐浓度随深度的变化分析,表明了沉积物孔隙水中营养盐浓度变化与氧化还原环境的关系.结合水动力作用,提出了大型浅水湖泊水动力作用导致底泥悬浮,从而使得底泥中的可溶性营养物质释放这一内源释放的概念性模式.

太湖生态环境演化及其原因分析

太湖地处长江下游三角洲 ,水域面积为 2 338km2 ,平均水深 1.9m ,最大水深不足 2 .6m ,为一典型的大型浅水湖泊。太湖流域地势平坦 ,河网密布 ,河湖水力关系复杂。其主要补给径流来自西南部的天目山区及西部的宜溧河流域。每年夏天 ,大部分入湖洪水通过位于东太湖的太浦河及东北部的望虞河分别排入黄浦江与长江 ,由于出入湖河道的特殊位置 ,使得太湖南部的换水周期较短而北部较长。近几十年来 ,太湖由于污染而逐步呈现富营养化特征 ,污染物主要来自北部的无锡市和常州市 ,通过河道排入太湖北部的五里湖与梅梁湾 ,因此上述两地的水质较南部差。在东太湖 ,水产养殖对水环境的影响很大 ,亦呈现出富营养化特征 ,并殃及该地区的供水 ,加之该地区为太湖主要的泄洪通道 ,因此泥沙淤积严重 ,而且水生植物生长旺盛 ,呈现出明显的沼泽化趋势 ;在太湖四周地区 ,由于湖泊围垦和水利工程建设 ,其污染净化能力将降低 ,从而加速水环境恶化的趋势。太湖所面临这些问题 ,有待于强化湖泊科学管理来解决。

青海湖水文特征及水位下降原因分析

青海湖自有记载以来,湖水位一直处于下降之中。通过分析流域内的各项水文因子的特征及湖泊水量平衡,看出流域内降水有逐步变小的趋势;湖泊长期处于水量收支负平衡中,致使湖水水位下降。降水变小及湖水位下降又改变了流域水文环境,使径流变小、径流系数下降。通过进一步分析发现,青海湖对降水变化的敏感性要大于其它因子的变化。

呼伦湖的近期扩张及其与全球气候变化的关系

通过近20多年湖泊水量平衡分析发现，湖泊水位变化主要由湖盆内径流补给量的丰枯决定。进一步分析揭示，呼伦湖地区乃至整个东北地区，本世纪以来随气温升高，降水有增加的趋势。降水增加导致入湖径流量，湖水位上升。呼伦湖本世纪以来的扩张与内蒙古东部地区其他内陆湖泊的变化一致，但这在我国乃至整个亚洲内陆干旱或半干旱区是独一无二的，为此成为这一地区气候变化的指示器。