仙女湖重金属污染事件后水体环境质量和藻类水华风险研究

近年来,越来越多的水体受到富营养化和重金属污染的双重胁迫,已成为水环境治理面临的重要问题。以江西省仙女湖为例,基于2016年突发重金属污染事件,开展了湖区及入湖河流富营养化、重金属污染特征及浮游藻类群落结构研究,分析了流域重金属的污染来源并评估了水体藻类水华的风险。结果表明:1)仙女湖流域总氮污染严重,平均质量浓度为1.88 mg·L^(–1),氨氮和总磷达到地表水Ⅱ类—Ⅲ类标准,水体整体处于轻度富营养化水平。2)2016年突发重金属污染事件的特征污染物Cd、TI和As在湖区表现为轻度污染,在河流区表现为中度或重度污染,事件后的丰水期和枯水期水体不受特征污染物的影响;但流域重金属Fe和Mn的浓度较高,与环境本底污染相关。3)仙女湖流域浮游藻类河流区以硅藻门和甲藻门为主,湖区以蓝藻门和隐藻门为主,且在丰水期(夏季)湖区蓝藻门占绝对优势,蓝藻细胞密度维持在10~7个·L^(–1)数量级,暴发蓝藻水华的风险较高。4)CCA分析结果表明,浮游藻类的数量受到重金属特征污染物的短期影响显著,但随着时间推移,重金属的影响减弱,氮磷营养盐仍是主要影响因素。5)加强仙女湖流域矿区的环境保护和治理,控制流域外源营养负荷输入,积极发展科学的生态养殖是防治流域水环境恶化,恢复生态系统平衡的有效措施。

基于神经网络的城市内湖水华预警综合建模方法研究

针对城市内湖水华产生过程存在复杂性、时变性、不确定性等特点,运用内集-外集、粗糙集约简和RBF神经网络模型,通过水华藻生物量阈值界定、风险概率计算、预警等级划分、预警因子识别和神经网络预测模型的研究,提出一种城市内湖水华预警综合建模方法.以天津清净湖为例,利用p H值、水温等12项水质指标监测数据,确定清净湖水华的叶绿素a浓度阈值为70.98?g/L,依据水华风险概率划分5个水华预警等级,并确定水温、溶解氧、高锰酸盐指数和TDS为水华预警因子.利用RBF神经网络技术构建清净湖水华预警模型,验证结果显示,模型预测精度达85.7%,表明该方法能较好地用于城市内湖水华预警模型构建.

蓝藻水华暴发期间太湖贡湖湾某水厂水源水及出厂水中微囊藻毒素污染分析及健康风险评价

水体富营养化导致的有害蓝藻水华仍是目前全世界普遍面临的水环境问题,而有害蓝藻水华所引起的饮用水安全问题亦受到人们的广泛关注.为了解太湖水源地水源水及自来水厂出厂饮用水中微囊藻毒素(MCs)的污染现状,于2014年8月期间对贡湖湾某水厂水源水及出厂水中浮游植物胞内及胞外MCs浓度进行了调查,并同时检测了相关的理化指标.结果表明,水源水中胞内MCs总浓度平均值为7165.5 ng/L,以MC-LR和MC-RR为主,平均浓度分别为3408.7和3398.8 ng/L,其中MC-RR占总MCs比例的平均值为56.1%;而胞外溶解性MCs浓度相对较低,平均浓度为142.6 ng/L,最高浓度仅为512.8 ng/L.水厂出厂水中胞内MCs的检出浓度(平均值为0.77 ng/L)和检出频率都很低,去除率达99.8%以上;而胞外溶解性MCs的检出浓度(平均值为21.71 ng/L)和检出频率相对较高,但浓度仍远低于国家标准1.0μg/L,其去除率相对较低,仅为62.9%~81.8%.数据分析发现,水源水中胞内与胞外MCs浓度之间呈显著正相关,胞内MCs浓度与总氮(TN)浓度、铵态氮(NH+4-N)浓度、总磷(TP)浓度、高锰酸盐指数(CODMn)和浊度呈显著相关,而胞外MCs浓度与TN浓度、TP浓度、CODMn、浊度和叶绿素a浓度呈显著正相关;逐步回归结果显示,TP对胞内MCs浓度变化的解释率最高,而胞外MCs浓度变化主要与胞内MCs浓度相关.最终,通过对出厂饮用水中MCs浓度非致癌风险指数的计算发现,出厂饮用水对人类健康的威胁较小,但致癌风险相对较高.

太湖水华危机应急预案在线风险补偿启动策略

应急预案启动时机的选择是应急管理领域中应对危机时需要解决的关键问题。太湖水华危机代表一类具有生长速度或传播速度不确定性的突发公共卫生事件,以此为背景基于在线方法,设计了应急预案启动策略,并证明是最优竞争比策略。同时,考虑到对未知信息的预期,设计了在线风险补偿启动策略。最后对危机进行实际数值计算,并指出策略的竞争性与预案应对强度之间的关系,还有在线风险补偿策略的补偿收益与决策者风险容忍度之间的关系,研究结果具有一定的实际指导意义和参考价值。

湖库型水源地水华风险评价模型研究与应用

在研究水华风险过程中,综合考虑内源和外源两个层面构建水华风险评价指标体系,针对水质评价及影响因子具有模糊不确定性,利用可变模糊集理论构建一种湖库型水源地水华风险可变模糊评价模型。该模型借助相对差异函数刻画水华风险的模糊性,通过变化参数组合,克服单一模型的局限性。将该模型应用于乔店水库水华风险评价。结果表明,乔店水库水华风险级别特征值为3.19,呈Ⅲ级风险;其中由外源因素和内源因素引起的风险等级分别为Ⅱ级风险和Ⅳ级风险,表明引发水华的内源风险不可忽视。该评价结果与实地调研结论相吻合,进一步验证该评价模型的可靠性,弥补仅考虑外源风险的不足。该指标体系和模型可推广应用于其他类似湖库,对精准防治水华提供理论支撑。

全球水体微囊藻毒素分布特征及其潜在环境风险分析

由于气候变暖和氮磷等外源营养物输入居高不下,全球许多水体中蓝藻水华(CyanoHABs)事件频繁发生,甚至在一些水质已经恢复的区域出现了反弹。部分水华蓝藻(如铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、念珠藻Nostoc等)会产生微囊藻毒素(Microcystins,MCs),危害人体和水生态健康。利用Web of Science数据库调研了全球不同地区324个湖库(共1 291条数据)和15条河流(共96条数据)中MCs质量浓度;同时调查水温、pH、氨氮、硝酸盐氮、氮磷比等信息。结果表明,49.8%调查水体中胞外MCs质量浓度低于世界卫生组织标准(1μg·L^(-1))。相关性分析表明,水体中ΣMCs质量浓度与硝酸盐氮、氨氮、氮磷比等水环境因子指标存在显著相关性。基于美国环保署水生物毒性数据库,利用风险商法评估了MC-LR水生态风险,研究表明,17.5%调查水体具有较低风险(0.110)。在MCs毒害作用机制方面,应加强MCs对生物体已有疾病(如炎症、糖原动态平衡障碍)的作用机理研究以及MCs对线粒体的影响研究,并进一步研究MCs对PP1/2A酶的亚基蛋白影响机理。

东太湖应急水源地水库涵闸优化调度降低水华风险的研究案例

以东太湖吴江应急水源地为对象,应用MIKE 21水动力水质模型,以水体置换率为特征参数,以水质优化为目的,对水库涵闸调度规则进行研究。结合库区实际气象水文条件,在分析三种基础调度方案的基础上制定动态调度方案,并根据最不利条件对其进行检验分析。最终,综合考虑水质优化、控藻和运行成本,制定出一套全年调度方案,为吴江应急水源地水库的调度管理提供支持。

中国淡水水华甲藻一新记录种及其生态风险

2019年6月,在山东省峡山水库多个位点采集到角藻属(Ceratium)样品,并发现其在局部位点形成明显的浅褐色水华.系统发育分析结果显示该种与角藻属常见种飞燕角藻(C.hirundinella)亲缘关系最近,但形态学上有明显区别,前者具有1块间插板和3个顶板,而飞燕角藻具有4块顶板.通过对比,发现该种为我国淡水甲藻门未经描述的新记录物种——拟二叉角藻(C.furcoides).峡山水库中,水华发生位点的水体叶绿素a浓度高达125.77μg/L,拟二叉角藻的密度达1.23×106cells/L,占总藻细胞密度的1.21%.细胞数量上,占优势的主要是尖头藻(Merismopedia spp.)和浮丝藻(Planktothrix spp.)等一些丝状蓝藻;但因个体细胞体积非常大,鲜重高达86.31 mg/L,占总藻鲜重的49.34%,因此在生物量上拟二叉角藻是绝对优势种.此外,通过核查采自我国东北、华中、西南地区不同时期、温度较高季节的多个标本,基于其自身特性和分布特点,本研究认为拟二叉角藻偏好高温和富营养水体,有在我国不同地区水体扩张并形成水华的潜在能力.

南水北调中线工程运行的环境问题及风险分析

为使南水北调中线工程更为优质、合理地发挥作用并预防工程所带来的不利环境影响,分析讨论了中线工程水源地、总干渠以及因调水引起的汉江中下游的主要生态环境问题及潜在风险。工程水源地丹江口水库主要面临农业面源污染、重金属污染和库区消落带生态脆弱等环境问题。中线总干渠面临的主要环境问题包括藻类、贝类异常增殖和跨渠桥梁交通运输事故风险性污染,另外还存在地表水漫溢、地下水渗透和大气污染物沉降等带来的水质污染潜在风险。工程本身所引起的生态环境问题,是汉江流域中下游地区水量减少所导致的局部区域富营养化和水华。针对上述不同的环境问题,提出了应对策略和规避风险的建议。

洱海水华高风险期水体氮磷变化及其指示意义

为揭示水华高风险期水体氮磷变化对洱海的指示意义,结合洱海2009年、2013年和2018年采样检测数据及三维荧光、紫外光谱技术,研究了洱海上覆水氮磷组成和结构变化及影响因素.结果表明:(1)ρ(TN)和ρ(TP)均先降后升,由2009年氮磷以DON(0.231 mg/L,占36.90%)和DOP(0.016 mg/L,占42.05%)为主,转变为2018年以NH4+-N(0.197 mg/L,占32.89%)和PP(0.033 mg/L,占70.00%)为主,NH4+-N和溶解性有机氮磷质量浓度变化是引起氮磷变化的主要因子.各形态氮磷质量浓度空间变化差异较大,北部和中部湖区ρ(TN)、ρ(TP)及其增幅均大于南部湖区;ρ(DON)在北部和南部湖区总体呈下降的趋势,中部湖区ρ(DON)先降后升,增幅为3.32%;ρ(DOP)在北部和中部呈递减,南部湖区则先升后降,总体增加了70.21%;ρ(NH4+-N)在中部和南部湖区显著增加,北部湖区先降后升.(2)上覆水氮磷质量浓度及形态时空变化受外源负荷、内源释放和藻类生长共同影响,其中入湖河流是影响氮磷质量浓度变化的主因,且农村生活污染和农田面源污染影响也较大;有机氮磷变化主要受外源输入和湖泊微生物代谢影响,而ρ(NH4+-N)变化则主要受沉积物释放和藻类生长影响.(3)洱海水华高风险期上覆水腐殖化程度明显降低,有机氮磷分子量减小,而活性增加,一定程度上可促进藻类生长.研究显示,近10年洱海氮磷质量浓度有增加趋势,有机氮磷质量浓度虽有所下降,但其活性较高,藻类水华风险并未降低,除进一步加强外源负荷控制,关注TN和TP的同时,洱海保护治理还应关注有机氮磷输入以及中部和南部湖区沉积物氮磷释放的水质影响.

饮用水源地的水华对人体健康风险评价

饮用水源地的水华现象近年来在世界各地不断爆发,给人类饮水安全造成极大的威胁。本文通过检测微囊藻毒素和三卤甲烷类物质,利用急性暴露安全阈值(浓度)计算模型,计算出了各自的急性暴露安全阈值,并对健康风险进行了评价。

琴江水生生物状况分析和水华风险应对措施及建议

琴江是韩江干流的上游河段,保护琴江对保障韩江流域供水安全、促进经济社会发展至关重要。研究分析了琴江的水生生物状况、营养盐水平和水质变化趋势,结果表明琴江存在一定程度的水污染,且有水华蓝藻种类的分布,营养化水平相对较高,可能与藻类生长相关的水质指标呈上升趋势,因此只要水动力条件合适,琴江有发生蓝藻水华的潜在风险。通过调查琴江存在的主要污染源,提出水华风险应对措施。

不同河道型微污染水源预处理工程水质净化效能及水质稳定性评价

为探究兼备水质净化及应急蓄水功能的两种不同微污染饮用水源预处理工程夏季高温期水质净化效果及浮游植物水华爆发风险,于2019年高温期(7-8月)对盐龙湖工程(由预处理单元、人工湿地净化单元及深度净化单元构成)和通榆河工程(由生物接触氧化池,高密度沉淀池及蓄水库构成)各处理单元出水水质及浮游植物群落进行监测分析.结果表明:①夏季蟒蛇河及通榆河水质较差,主要表现为浊度、营养盐和有机物浓度高,DO含量低.两种预处理工程都具有较高的除浊、降低营养盐和提升DO效率,其中,通榆河工程中分别高达89.01%、95.13%和227.00%,净化效能优于盐龙湖工程(分别高达50.55%、38.33%和144.00%);②夏季高温期间,盐龙湖工程及通榆河工程蓄水单元总浮游植物及蓝藻细胞密度分别为1.71×10^6 ind·L^-1和1.28×10^6 ind·L^-1,2.23×10^6 ind·L^-1和0.96×10^6 cells·L^-1.两预处理工程蓄水单元藻类构成都以蓝藻为主,其中通榆河蓄水单元藻细胞密度较高,盐龙湖蓄水单元蓝藻细胞密度所占比例较高,结合蓄水单元水质变化(浊度降低,水下光照强度的增加),两预处理工程蓄水单元仍都具有蓝藻水华的风险;③两种预处理工程中都划分出17个FG和6个MBFG.盐龙湖工程中优势FG为:B、D、P、TC、J、Lo、W1和W2;优势MBFG为:GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ和GroupⅦ;通榆河工程中优势FG为:B、D、P、Lo、M和W1;优势MBFG为:GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ和GroupⅦ.两种功能群都能很好地响应预处理工程中水环境的变化,而MBFG的生境响应性更强,影响优势MBFG的主要环境因子为浊度、电导率、营养盐和CODMn.因此,在夏季高温期,需优化预处理工程的工艺与运行,调控关键环境因子,以期能够控制浮游植物大量繁殖和维持水质稳定.