鄱阳湖流域典型水源水库水华暴发成因及氮污染溯源

富营养化导致的藻类水华是水源地水库面临的主要生态问题之一。探究水源水库中水华暴发成因并开展污染物溯源研究,是预防水华暴发的重要前提。本文选择鄱阳湖流域赣江水系吉安市某典型水源水库为研究对象,通过分析无水华期和水华暴发期水环境特征及其演变规律,探讨了水华暴发的成因及其促发条件,并针对识别出的主要污染因子,开展了同位素溯源研究。结果表明:(1)水库水华暴发的主要原因为水体总氮浓度显著升高(由0.77 mg/L升高至1.57 mg/L),超出了国际公认的水华暴发总氮阈值(0.5~1.2 mg/L),加之夏季高温(32℃)、水库库容量较低,促进了水华暴发;(2)无水华期,水库表层水总氮主要赋存形态为硝酸盐氮(占比>90%),水华暴发期,表层水总氮主要赋存形态由硝酸盐氮转变为有机氮(占比~86%),氮赋存形态转化的主要原因为藻类同化吸收作用;(3)硝酸盐氮、氧同位素示踪结果表明,水库硝酸盐氮主要来源于上游稻田流失的氮肥(负荷贡献率64.45%),其次为上游山区土壤氮流失(14.08%)、大气沉降(12.35%)和农村生活污水(9.12%),因此水库总氮优先控制污染源为上游稻田流失的氮肥。

太湖流域典型水源水库藻类水华的促发条件

藻类异常增殖引发的水华是威胁我国水源地水库的主要生态问题之一。探究水源水库中藻类异常增殖的促发因素是防控藻类水华水质问题的前提。本文以太湖流域两个大(Ⅱ)型中营养水库为例,通过周年浮游植物细胞密度、生物量及相关环境因子逐月监测,分析影响水库有害藻类生物量季节性异常增殖特征及其促发条件。结果表明,地处亚热带季风区的两个水源水库均存在蓝藻和硅藻阶段性异常增殖的风险,老石坎水库5月暴发了以曲壳藻为绝对优势种的重度硅藻水华现象,硅藻细胞密度达到6232×10^(4)cells/L,赋石水库则在6和9月均出现了蓝藻细胞数达到水华级别的异常增殖现象。冗余分析表明,总磷、水温和水位是影响水库硅藻、蓝藻异常增殖的关键因素。非线性回归等统计分析表明,两个水库中水体总磷浓度显著影响藻类异常增殖强度的临界值为0.024 mg/L,而水温高于16℃时,硅藻水华事件可能发生,硅藻水华发生的最佳温度为22℃水温高于20℃时,蓝藻水华事件可能发生,蓝藻水华发生的最佳温度为30℃持续低水位或水位快速波动过程中藻类水华暴发的风险较高。研究表明,太湖流域中营养水源水库藻类异常增殖或藻类水华的发生往往是营养盐与水文气象因素共同促发的结果,在水源水库藻类水华风险防控方面,除了加强营养盐外源输入控制力度外,还应密切关注极端天气现象,充分发挥水文调度、食物链调控及应急处置等技术手段。

水源水库沉积物碳氮磷分布特征及污染评价

茜坑水库作为深圳市重要的水源水库,对当地经济发展和社会稳定有着重要作用.为探究茜坑水库沉积物中营养物质的空间分布特征及污染状况,测定了茜坑水库14个点位表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)的含量,分析了TN、TP、TOC之间的相关性及TOC/TN,并对沉积物污染状况进行了评价.结果表明,茜坑水库表层沉积物TN平均含量为3442 mg·kg^(−1),TP平均含量为1648 mg·kg^(−1),TOC平均含量为1.477%,碳、氮、磷污染严重且空间分布差异明显,旧库区主库及库湾碳、氮、磷含量均大于新库区.相关性分析表明,TOC与TN、TOC与TP、TN与TP均呈显著正相关关系(P<0.05,r^(2)分别为0.95,0.63,0.69),表明茜坑水库表层沉积物氮磷多以有机形式存在,且氮磷具有同源性.TOC/TN表明茜坑水库沉积物中的有机质多来自于藻类,还有一小部分来自水生生物.综合污染指数和有机指数评价结果均表明茜坑水库各个点位沉积物污染程度严重,氮、磷、有机质具有潜在的内源释放的风险.

不同降雨强度对亚热带水源水库浮游植物群落结构的影响及其驱动因子

为了解降雨事件对亚热带水库浮游植物群落结构的影响,于2022年5月和6月分别在两次不同强度降雨期间进行浮游植物采集调查。结合浮游植物门分类和功能群分类方法,运用非度量多维尺度分析(NMDS)探究两次降雨以及降雨前后浮游植物群落的差异性,并采用冗余分析(RDA)和方差分析(VPA)探明浮游植物群落结构演替的驱动因子。结果表明:共检出浮游植物8门69属125种,功能群划分为11种,其中S1、SN、MP和N为主要功能群。降雨Ⅰ和降雨Ⅱ前后浮游植物群落结构均发生了变化:降雨Ⅰ期间由蓝藻向硅藻演替,且雨期硅藻占优;降雨Ⅱ期间由蓝藻向硅藻和绿藻轻微演替,但蓝藻始终处于绝对优势地位。雨期功能群SN和S1丰度百分比减小,而MP或N丰度百分比增大,与蓝藻向硅藻或绿藻演替的变化特征一致。冗余分析和方差分析表明,混合层深度(Z_(mix))、水温和营养盐共同驱动了浮游植物群落的演替,且门分类比功能群分类能更好地解释浮游植物群落变化。本文可为降雨条件下浮游植物的响应机制研究提供参考。

综合水质指数法在上海水源水库水质评价中的应用

针对现有综合污染指数法在水源地水质评价中未考虑指标权重的情况,本文利用3类(水源受污染程度、藻类及典型致嗅物质、一般水质情况)共15项水质指标,将改进的综合水质指数(CWQI)法应用于上海市水源水库水质分析及评价。结果表明:(1)该水源水库2018年—2021年输水口水质整体趋好,但受来水水质波动性大的影响,2021年输水口CWQI变幅大于2018年—2020年;(2)2018年—2021年输水口较取水口CWQI中位值下降率分别为37%、46%、48%、45%,表明该水源水库对水质改善具有显著效果,库区水体自净能力强;(3)取水口和输水口CWQI存在明显的四季变化趋势,CWQI的夏秋季变幅显著大于冬春季,且取水口和输水口水质冬春季均明显优于夏秋季,库区对水质的改善率呈现冬季>夏季>秋季>春季的变化趋势。

水源水库沉积物磷形态分布及其释放特征

采用淡水沉积物中磷形态的标准测试方法(SMT),分析测定了西安市汤峪水库表层沉积物中总磷及各形态磷的含量分布特征,并对该分级测定结果与间隙水水质及沉积物其他理化性质进行了相关性分析.结果表明,该水库表层沉积物中总磷(TP)含量为1,215.03～1,592.83,μg/g;铁铝结合态磷(Fe/Al-P)平均值为241.34,μg/g,其余形态磷中,钙结合态磷(Ca-P)为711.98,μg/g,有机磷(OP)为301.54,μg/g.相关性分析方面,Fe/Al-P含量与间隙水中TOC浓度显著相关.环境变化会导致Fe/Al-P释放进入水体,当氧化还原条件降低时,结合态的磷会由于2价铁的溶出而释放到间隙水和上覆水中,是水库富营养化的潜在威胁.

水源水库污染底泥不同修复方法脱氮效果对比实验研究

总氮超标是大部分水源水库具有的共性水质问题.在外源污染得到有效控制,上游来水氮负荷较低的情况下,底泥內源氮释放对上覆水体水质影响巨大.因此,在泥水界面处对污染底泥进行合理修复以有效抑制底泥氮释放是解决总氮超标问题、控制水源水质的关键.本研究通过模拟实验对比研究了3种不同修复方法,即覆盖填料、投加功能微生物和投加铁粉在界面处的脱氮效果.结果表明,填料覆盖技术具有更明显的脱氮效果,对氨氮的平均抑制率为83%,最高时可达92%,对总氮的平均抑制率达73%,且效果稳定.

生物沸石薄层覆盖削减亚热带水源水库氮负荷

以福建泉州水源地山美水库和惠女水库的表层底泥和上覆水为研究对象,室内静态模拟试验研究了生物沸石薄层覆盖削减水源水库氮负荷的效果及可行性,探讨了上覆水体溶解氧(DO)浓度对削减氮负荷的影响,分析了削减氮负荷的作用机理.结果表明,覆盖强度为1 kg/m^2的生物沸石覆盖(厚度约1 mm)对上覆水中总氮的削减率为58.89%~65.75%,对底泥中总氮的削减率为10.39%~13.08%,对底泥中铵态氮的削减率为32.35%~44.56%,对底泥中有机氮的削减率为8.41%~11.04%;对于以硝态氮为主要形态氮的上覆水体,DO浓度越低,越有利于高效菌脱氮;可见,生物沸石薄层覆盖能有效削减水源水库氮负荷,利用生物沸石薄层覆盖技术削减水源水库氮负荷是可行的,但需要进一步研究水源水库底泥生物沸石薄层覆盖修复过程中氮的迁移转化机制.

南方某水源水库富营养化水质主控因子识别与评价研究

淡水湖泊与水库富营养化使其农业灌溉、防洪、发电以及生活用水水源的功能日趋受损。本文以南方某水源水库富营养化动态监测的10个指标(UV254、CODMn、TOC、可溶性硅、总氮、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮、总磷和磷酸盐)为自变量,叶绿素a为因变量。通过主成分分析(PCA)与多元线性回归(MLR)对变量进行分析,最后得到了以TOC、总氮(总磷)、亚硝酸盐氮为自变量,叶绿素a为因变量的拟合曲线。统计分析表明模型的F值为18.670,Sig.值为0,证明曲线相关性很高;通过回代检验得到模型的符合率为86.1%,表明该评价模型对富营养化具有一定预报能力;模型分析结果进一步表明叶绿素a、总氮(总磷)是该水库富营养的水质主控因子,其中总氮与总磷对该水源水库富营养化水平的影响程度相近。

辽宁省6座水源水库富营养化状况的分析与评价

为了解辽宁省主要水源水库的富营养化状况,利用相关加权综合营养状态指数TLI(∑)等方法,研究了辽宁省大伙房水库、汤河水库、碧流河水库、柴河水库、观音阁水库和桓仁水库6座水源水库在2008—2009年期间水体的富营养化状况。结果表明:除碧流河水库外,其他5座水库均达到富营养化状态;按聚类分析,6座水库共分为3类,碧流河水库单独为一类,水质最好,柴河水库单独为一类,富营养化水平较高,水质较差,其余水库为一类,水质状况相对较好;主成分分析显示,对水体富营养化影响较大的水化学因子是氨态氮、硝酸氮、总磷。根据对辽宁省水源水库水质状况的调研结果,作者提出了对辽宁省水源水库水环境有效保护和治理的建议:(1)成立水源地保护组织,对水源水库进行综合治理;(2)禁止网箱养鱼,大力发展保水渔业;(3)规范水利工程,投入人力和物力对水源水库加强生物和化学监测,对潜在的生态风险及时预警或预报;(4)对已发生严重富营养化的水库应考虑采取生态学手段进行生态修复。

水源水库沉积物中氮的形态分布特征研究

采用分级连续浸取分离法研究了西安某水源水库在表层天然沉积物中氮的形态分布特征.研究结果表明:可转化态氮平均含量占总氮平均含量的41%.强氧化剂提取态氮(SOEF-N)是可转化态氮的主要存在形态,平均含量占可转化态氮平均含量的69%;弱酸提取态氮(WAEF-N)次之,占13%;离子交换态氮(IEF-N)与强碱提取态氮(SAEF-N)所占比例最少,均为9%.四种形态氮对氮的界面循环贡献的顺序从大到小依次为:SOEF-N>WAEF-N>IEF-N和SAEF-N.

水源水库沉积物及其上覆水DOM光谱特征

为探究水源水库溶解性有机质(DOM)组成结构及来源,以深圳市茜坑水库为例,采用紫外-可见光谱技术(UV-Vis)并结合平行因子分析法三维荧光光谱技术(EEMs-PARAFAC)对水库表层沉积物及其上覆水的DOM光谱特征进行分析.结果表明:PARAFAC识别出3类荧光组分,分别是C1(E_(x)/E_(m)=270/304nm,类蛋白),C2(E_(x)/E_(m)=285,235/360nm,类蛋白)和C3(E_(x)/E_(m)=270,340/442nm,类腐殖质).荧光特征指数表明茜坑水库沉积物及其上覆水DOM受新生内源和陆源输入共同影响,但主要以内源为主.表层沉积物中的类蛋白质浓度和类腐殖质浓度均远高于上覆水体,表层沉积物可能向上覆水体释放小分子DOM.紫外可见光谱与三维荧光表征结果一致,表层沉积物DOM分子量、腐殖化程度、芳香性和疏水性均低于上覆水.相关性分析表明,上覆水C1组分与C2组分相关性显著(P<0.05),表明其存在同源性.通过对茜坑水库沉积物及其上覆水DOM光谱特征的研究,可进一步分析水库有机质污染特征.

藻团2维投影特征值定量水源水库中优势藻种

2015年3~7月对华东某水源水库开展了藻种类、密度与显微镜检藻团2维投影特征值调查.结果表明,该水库藻种分布的季节性演替规律明显,春季黄藻门的黄丝藻为优势藻种,占比达到78.9%~92.6%.黄丝藻藻团特征明显,2维投影面积与藻密度有较高的相关性(R^2=0.712).采用分类回归树(classification and regression tree,CART)方法开展实际水样中典型藻种(黄丝藻、小环藻和伪鱼腥藻)的统计回归分类,识别率分别达到83%、68%和86%.藻团2维投影特征度量方法结合图像识别技术,有望实现水中藻团的快速识别与特征测量.

水源水库贫营养好氧反硝化菌群脱氮特性研究

为削减微污染水库中氮素的浓度,通过对西安市李家河水库沉积物进行定向富集驯化,筛选出以Pseudomonas菌为主、具有高效好氧反硝化特性的混合菌群-A1.摇床实验表明,贫营养好氧反硝化菌群A1在15h时硝酸盐氮去除率可达93.39%,硝酸盐氮平均去除速率为0.2073mg/(L·h);总氮去除率为52.11%,总氮平均去除速率为0.1153mg/(L·h),无亚硝酸盐积累.氮平衡分析表明,约45%的初始氮被去除转化为气体产物.响应面法(RSM)结果表明,C/N比9.96,温度22.67℃,pH8.01,转速91r/min,溶解氧8.55mg/L是去除总氮(TN)的最优条件.

水源水库富营养化问题及生态治理途径

水源水库富营养化严重威胁饮用水安全和人民身体健康,影响我国经济可持续发展,近年来越来越受到人们重视。水源水库富营养化生态治理主要包括前置库、库区生态缓冲带建设和水生植被恢复、人工植物浮岛、生物操纵、水库深层曝气和上下层水体混合交换等技术措施。富营养水库生态治理成本低,操作简便,能有效地将水库水质净化、生态恢复和景观建设有机结合,控制水库水华,减少水厂生产成本。

暴雨径流潜流演变特征及对水源水库水质的影响

在汛期降雨期间,对西安市黑河金盆水库进行连续的现场原位水质监测。结果表明:高洪峰流量(入库流量大于1 500 m3/s)入库由底层潜入,潜流影响区域浊度高达3 000 NTU以上。高入库径流潜流破坏了潜流影响区域的水体热分层结构,径流携带的悬浮物质和腐殖质造成潜流影响区域总氮、总磷指标升高。大入库流量(500~1 500 m^3/s)由中部潜入,等温度层潜流强度沿程衰减较快,对主库区影响较小。中低入库流量条件下(小于500 m^3/s),入库径流在中上游河道发生河底潜流,中下游地区高程530~550 m之间发生等温度潜流。虽然中低强度的径流携带的氮磷营养盐相对较低,但在等温度潜流层中明显体现出潜流对水库营养盐分布的影响,潜流水层氮磷营养盐含量都较主库区水体高。

水源水库季节性分层及悬浮物行为对铁锰迁移的影响——以辽宁省碧流河水库为例

铁和锰是氧化还原敏感的元素,水源水库热分层引起的底层水体缺氧造成了沉积物中铁和锰的释放,对城市供水造成了极大的影响.以往鲜有悬浮物行为对铁和锰在水库水-沉积物界面迁移影响的研究,于2014年2月-2015年2月对碧流河水库深水区的水、悬浮物以及沉积物铁和锰的垂向分布特征进行综合调查分析,并进一步分析铁和锰的季节性变化规律及悬浮物行为对其的影响. Spearman相关分析结果表明铁浓度与总悬浮固体、总氮和总磷的相关性较大;锰浓度与总悬浮固体、溶解氧、pH和总氮的相关性较大.进一步讨论分析表明碧流河水库的热分层、底层缺氧以及沉积物再悬浮是影响铁和锰浓度的重要因素,水库铁和锰的季节变化规律存在差异.分层期溶解态的锰在底层累积,平均浓度达到0.18 mg/L,而沉积物中溶解态的铁释放很少.混合期水库的中上层锰浓度升高,达到了0.07 mg/L.沉积物的再悬浮是水库底层水体中铁的主要来源,底层颗粒态铁的平均浓度约为0.3 mg/L.絮凝的颗粒物以及其吸附的锰在水库长期悬浮,难以沉积到水库底部,使得悬浮物中Mn的含量显著高于表层沉积物,约为沉积物的7倍.建议应在碧流河水库采用分层取水、水库曝气以及联合供水等措施,以减少铁和锰的浓度升高对供水产生的影响,保障大连市城市供水安全.

我国饮用水源水库微生物多样性研究述评

水源水库的水环境质量和生态安全世人瞩目,微生物在饮用水源水库生态系统的物质循环、能量流动和信息联系中发挥着重要作用,同时其丰度和多样性也是水环境质量监测的重要指标。综述了我国饮用水源水库微生物的作用、丰度、多样性等研究概况,并对水源水库微生物监测方法、蓝细菌分类和毒素特点及未来研究方向进行了讨论。

连云港市4座水源水库富营养化评价及防治

连云港市的安峰山水库、横沟水库、小塔山水库和石梁河水库均为重要的饮用水源地。研究采用评分法对4座水源水库2013～2017年的水体富营养化状态进行评价,结果表明4座水库都有不同程度地富营养化趋势。水库的富营养化影响其使用功能,为了保护水源地的水质安全,提出相应的防治措施。

水源水库围隔对水中藻分布特征的影响

通过在水库输水口布设拦藻围隔,对藻类进行拦截,降低取水口藻类密度。2019年5月—12月对华东某城市两个长江水源水库开展了围隔前后藻总量及形态学差异的调查,对围隔前后水样中藻细胞密度、叶绿素a浓度、藻团形状特征值和藻网上藻团附着量进行分析。结果表明,围隔前后藻总量和藻团形态存在差异,围隔对水中藻团有一定的拦截作用,对面积较大(μm^(2)级)的长条形的藻团拦截效果更好。