浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制研究

自2007年无锡暴发饮用水危机事件以来,太湖经历了前所未有的高强度、大规模治理,各种治理措施累计投资已经超过千亿元.监测显示,在治理初期太湖的氮、磷浓度下降明显,水质有所好转,但最近几年关键水质指标总磷与浮游植物叶绿素α浓度出现了波动,蓝藻水华有所反弹.研究表明,太湖的外源负荷并没有减少,这与城镇用水量增加、污水排放标准偏低、面源污染削减不足有很大的关系;同时,内源负荷也因为蓝藻水华的持续而加重,浅水湖泊水深浅、扰动强的特点强化了磷的循环利用效率,加剧了内源负荷对湖泊富营养化和蓝藻水华的影响.气候变暖叠加营养盐富集的复合效应、流域风速下降以及暴雨事件频次和强度增加等气象水文条件变化,都促进了太湖蓝藻水华的暴发;蓝藻水华的时空分布特征则受湖泊水动力的决定性影响.太湖治理的曲折过程,凸显了大型浅水湖泊湖沼学研究的不断深入与发展,未来需要继续加强多学科交叉研究,特别是基于湖泊-流域系统的气象水文、生物地球化学和生物生态学的学科交叉.对于太湖生态环境的综合治理和管理,既要注重湖泊与流域相结合,更需要重视自然科学和人文科学的有机融合,才能真正达到控制太湖富营养化、维护流域水环境安全与社会经济可持续发展的目标.     

太湖蓝藻水华发生风险区划

湖泊水华是全世界面临的严重生态环境问题之一,对人类和生态系统健康都有重大影响.以太湖为研究区域,基于近年的蓝藻水华及水环境监测数据,结合自组织特征映射神经网络和模糊风险评价方法,对太湖不同监测点蓝藻水华的发生风险进行综合评价,并借助GIS地学统计分析方法对全太湖蓝藻水华发生风险进行区划,绘制太湖蓝藻水华发生风险区划图.结果表明:太湖被分为重度风险区、中度风险区、轻度风险区、微风险区,各风险区基本呈带状分布.从各风险区面积来看,重度风险区、中度风险区、轻度风险区的面积约各占太湖总面积的1/5,而微风险区约占太湖总面积的2/5;从各风险区位置来看,重度风险区主要分布在西北部区域,且从整个湖区来看,蓝藻水华的发生风险等级自西北到东南依次递减.本研究揭示太湖水华灾害风险的空间分布规律,对支撑水环境监测和水华灾害防治方案的制定具有一定的意义.     

太湖入、出湖湖区磷的特征及其影响因素分析

为进一步了解人类活动及环境因子对太湖磷污染的贡献,揭示磷在太湖不同介质中的迁移转化规律,本文以太湖主要入湖湖区竺山湖、西部沿岸区、南部沿岸区和主要出湖湖区东太湖为对象,调查了表层水、上覆水、间隙水和沉积物中总磷(TP)分布的概况,分析了不同介质中磷的交换特征及其影响因素. 结果表明,表层水和上覆水TP浓度基本相当,平均值均为0.10 mg/L,上覆水和间隙水TP差异较大,间隙水平均浓度约为上覆水的7倍,表层沉积物TP含量为474~2160 mg/kg. 在本研究水域中,TP具有较强的沉积物吸附特性,沉积物作为“汇”的特征明显强于其“源”的特征,且磷的留存能力高度依赖于铁浓度. 空间分布上,入湖湖区磷污染程度明显高于出湖湖区,竺山湖和西部沿岸区存在较大的底泥污染释放风险,但竺山湖外源污染影响较内源污染更加突出,应列为当前太湖磷治理重点关注的区域,建议以控源截污作为竺山湖周边区域的治理重点. 西部沿岸区需注重外源和内源污染同步控制. 南部沿岸区周边区域需妥善处理好未来经济发展与废水排放负荷的关系.     

“引江济太”20年: 工程实践、成效和未来挑战

过去几十年太湖流域经济社会快速发展,但由于经济增长方式尚未根本转变,流域水循环系统遭到无序干扰和破坏,太湖水污染问题严重,水质型缺水问题突出,流域水安全面临巨大挑战. “引江济太”作为太湖流域水安全保障的关键措施和流域水环境综合治理的重要举措,自2002年启动实施以来,以丰补枯,增加流域水资源供给;以动治静,抑制太湖蓝藻大规模暴发,改善流域区域水环境;科学应对,保障突发水污染事件和重大活动期间供水安全,取得了显著的综合效益,社会各界予以了广泛关注. 本文基于监测数据和大量文献,在综述“引江济太”实践背景、过程和成效的基础上,重点围绕“引江济太”调度模式、水量水质保障、洪旱风险管控、调水事件驱动等进行了研究. 结果表明,“引江济太”通过试验探索回答了流域治理管理的一些关键科学问题,已经成为提升流域水资源和水环境承载能力的重要手段. 面对极端气候变化、流域水循环格局变化、保障长三角一体化高质量发展水安全新需求和挑战,建议“引江济太”实践中,探索多目标统筹协调调度、开展数字孪生太湖调水、促进流域骨干水网建设,实现”引江济太”综合效益最大化.     

城市富营养化湖泊生态恢复--南京莫愁湖物理生态工程试验

在分析了太湖及其流域所面临的水环境质量问题及其原因基础上,回顾总结了“十五”太湖水环境治理经验,认为源头控制需要长期不懈的努力,太湖流域的湖泊治理要针对太湖平原河网与湖荡水系特色,要重视太湖东部草型湖区生态环境恶化的严重性,必须加强生态修复单项技术间的效应优化和有效集成．根据太湖流域的社会经济发展规划,提出了太湖流域水污染控制技术与水体生态修复工程示范的总体思路是:从污染源头到湖泊出口,依次通过污染源控制、河道截污、湖荡调节、河口净化、湖泊生态修复、出湖疏导等多道防线,有效促使太湖水环境向良性方向转化．在此基础上提出了具体实施建议:全流域污染源削减和太湖水源地典型水域生态修复技术集成与工程示范,同时进行全流域水环境治理强化管理政策与决策支持技术的研究与示范．     

太湖霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri Claparède)的时空格局

2005年1-12月对太湖霍甫水丝蚓进行了逐月调查.太湖霍甫水丝蚓年均密度和生物量分别为3273.75 ind./m2和4.697 g/m2,均在2月份达到最大值.根据体长频数分布的周年变化,推测太湖霍甫水丝蚓一年有三代.太湖霍甫水丝蚓密度和生物量在空间上表现出明显的差异性,且随季节变化较小,其高值区域均出现在太湖北部梅梁湾和竺山湾及西部河口湖区,而在其它区域的现存量均较低.分析表明太湖霍甫水丝蚓空间差异可能与营养水平、底质类型、可摄食的食物及生境的稳定性等因素有关.     

太湖流域水环境变化及缘由分析

太湖水环境质量在最近的十年中下降1－2个等级,1990年86．5％的水体为Ⅱ、Ⅲ类,到2000年太湖水体87％Ⅳ类;1990年太湖水体为中－富营养化,2000年太湖水体以富营养化为主,本文通过分析经济社会发展和水环境变化,认为太湖流域工业化与城市化及居民生活水平的提高,吧及不合理的农业生产方式,使水环境面临巨大的压力,环保意识落后、治理能力不足、管理体制不合理是太湖目前水环境恶化的根本原因。     

宜兴太湖防护林对农业面源污染的减源增汇作用浅析

为探讨太湖沿岸防护林宜兴段对农业面源污染物的控制效果,通过在宜兴市太湖防护林采集土壤样品,测定其中营养元素含量,结合周边农业生产施肥概况,初步分析了该区域防护林对农业面源污染的减源—增汇效应.结果表明,2009年10月份防护林地上部分固定的C、N、P和K分别为2439.48、18.34、2.48和13.42 g/m2;2011年5月份固定量分别为3114.12、23.42、3.16和17.13 g/m2;而2013年8月份固定量分别为4722.46、35.53、4.81和25.99 g/m2.可见C、N、P和K的固定量是逐年增加的,相比2009年,分别增加了93.6%、93.7%、94.0%和93.7%.结果说明宜兴段太湖沿岸防护林对农业面源污染的控制效果较显著,有助于太湖水污染的治理.     

太湖与流域治理

太湖流域是中国最重要的经济区.流域面积36500km~2,六分之五为平原,有上海、无锡、苏州、杭州等重要城市.以太湖为中心和其周围的河网构成了流域水系的特点.治理和开发的目标是防洪、供水、水资源保护和航运.治理的方案充分发挥太湖的调蓄作用,规划了十项骨干工程,可使流域内收到十分显著的综合效益.其中以望虞河和太浦河最为重要,可以解决80％上游洪水的出路和从长江引水2.8km~3,缓解防洪和水污染的压力,建议及早兴建.     

太湖生态与环境若干问题的研究进展及其展望

本文着重就太湖水动力及其生态环境效应、太湖沉积物及其内源污染问题和太湖生态系统结构与功能及其蓝藻水华等热点问题近十年来的研究进展进行了回顾.在水动力及其生态环境效应方面,初步摸索出一套适合太湖这样大型浅水湖泊的研究方法,即通过沉积物悬浮过程的研究,把风浪与水体光照透明度、内源释放、水土界面的氧化还原环境等过程和要素联系起来,获得了太湖理化要素随深度变化的内部结构特征,确立了三维水动力模拟模型在太湖应用中的必要性.建立了太湖光照和透明度与悬浮物的关系,及基于悬浮物浓度的太朔初级生产力计算模型.在太湖沉积物与内源污染问题上,初步弄清了太湖沉积物分布与污染物质分布的特征,太湖沉积物悬浮的动力作用的来源与大小.太湖水动力对内源释放的影响,进一步提出了适于太湖内源污染控制的判断方法.对于太湖生态系统结构与功能及其蓝藻水华问题,在蓝藻水华爆发过程假设的基础上,进一步通过营养盐阈值、休眠孢子复苏等方面对此进行了完善.研究还发现了富营养化导致生态系统退化,生物趋于小型化且多样性下降的现象,营养盐循环速率加快,加重水体富营养化程度.进一步通过附着生物的研究,揭示了富营养化导致草型生态系统向藻型生态系统转化的原因.在此基础上,提出了生态恢复应该首先降低营养盐负荷、其次才是生态恢复的新观念,以及湖泊治理必须先控源截污、后生态恢复的新思路.最后,就这几个方面的进一步发展做出了展望.     

改革开放以来太湖流域工业企业布局演变

太湖流域快速工业化进程加剧了对该地区资源环境的扰动,不合理的工业布局是其重要原因.本文采用经济普查企业点位分布数据,运用空间分析与有序Probit模型等方法,定量分析改革开放以来,太湖流域工业企业空间分布的格局演变及其区位选择的驱动机理,并重点考察太湖环境保护对企业区位行为的影响.结果表明,在2007年太湖水危机事件以前,上海以及太湖北部的苏锡常地区一直是该流域工业企业的主要集聚区域,但随着时间的推移呈现分散化趋势,尤其以内资为主的小型污染企业呈现向宜兴等流域上游地区扩散是导致水危机暴发的一个重要原因.而工业企业环境保护意识淡薄和地方环境监管缺位是造成企业不合理分布的重要因素.     

基于发展权价值评估的太湖东部水源保护区生态补偿标准

生态补偿是协调环境保护与区域发展机会公平的重要手段.太湖东部湖区是苏州市、嘉兴市和上海市重要饮用水源供给地.本文分析了苏州市滨湖地区水源地水质保护行为与发展权价值损失的关系.应用区域比较法,在地理要素修正的基础上评价了太湖东部水源保护区发展权价值损失,以此作为生态补偿的标准.研究表明,2009年太湖东部地区水质保护行为的发展权损失为42.39亿元,地方财政收入损失占75.88%;农民收入损失占13.58%;城镇居民收入损失占10.53%.为了缩小城乡居民的收入差距,应优先对农民实施生态补偿.水质保护行为产生的外部收益超出了水源供给价值,需要在更大范围内统筹生态补偿问题.     

太湖流域水问题及对策探讨

系统回顾了太湖流域自古以来的治水历史和经验教训,详细介绍了新中国成立后太湖治理进展和取得成就,分析 了当前流域存在的主要水问题,指出流域仍存在防洪减灾能力偏低、水资源调控能力不足、水污染严重、水资源和水环境 承载能力偏低等问题．这些问题如不能得到及时解决,将成为今后流域经济社会可持续发展的严重制约因素．在此基础 上,提出了要加快构建流域防洪减灾体系、流域水资源调控体系、流域水生态环境保护体系、流域现代化管理和调度体系 等四大体系的对策,实现太湖流域水资源“引得进、蓄得住、排得出、可调控”的目标,以太湖流域水资源可持续利用支撑 和保障流域经济社会的可持续发展．     

太湖流域重污染区主要水污染物总量控制

太湖流域产业、人口集聚,水环境污染已经成为整个太湖流域经济可持续发展的制约因素之一,为解决经济发展引起的环境问题,对污染物排放实行总量控制至关重要.为此以太湖流域梅梁湾、竺山湾上游集水区域(重污染区)为研究区域,全面调查区域社会经济、产业结构、土地利用以及各类污染源现状,构建重污染区套网格水文、水质数学模型,计算区域水环境容量与污染物削减量,依据水功能区划与水域面积分配到各镇(街道),确定重污染区以镇(街道)级为基本单位的分阶段总量控制目标,制订主要污染物控制与负荷削减综合系统方案,提出2015年各类污染源重点工程措施,方案实施后区域河网水质平均达标率达80%,为太湖流域水环境管理提供技术支撑.     

太湖流域湖荡湿地生态系统健康评价

太湖流域湖荡湿地影响着整个流域生态系统的健康运转,是湖泊水体与陆地之间的过渡带,对周边城市的生态环境起到重要的净化调节作用,对太湖流域湖荡湿地生态系统健康进行评价,有利于湖荡湿地的科学管理,从而实现湖荡湿地资源的可持续利用.本文选择太湖流域11个典型的湖荡湿地为研究对象,于2012-2015年开展周年湿地观测季度调查.利用主客观组合赋权方法,结合太湖流域自然条件和社会功能,提出了基于生态可修复性指标的太湖流域湖荡湿地生态系统健康评价体系和方法.结果表明：太湖流域湖荡湿地中生态系统健康等级为优的占27.27%,分别是傀儡湖、尚湖和钱资荡;生态系统健康等级为良的湖荡湿地占9.09%,为长荡湖;中等生态系统健康水平的湖荡湿地居多,占36.36%,分别是阳澄湖、昆承湖、元荡和淀山湖;生态系统健康等级为差的湖荡湿地占18.18%,分别是滆湖、澄湖和宜兴三氿.本研究建立的湖泊生态健康评估体系和湖泊生态健康评价结果对太湖流域湖荡湿地的后续有效管理具有重要的现实意义.     

太湖富营养化污染源及其生态控制方法

In accordance with the natural, geographic, and ecological characteristics of the Taihu Lake Basin, and the relation between the water body of Taihu Lake and its surrounding environment, an area, which has tight relevance with the water environment of Taihu Lake, was token as the main investigation region. The area was named as the Taihu Lake Region. Some factors, such as TN, TP, COD_Cr that characterized the main environmental problem, the eutrophication were selected when conducted the pollution sources investigation on in Taihu Lake Region. The categories, distribution, pollution contribution to the Lake of dijferent pollution sources, as well as the routes of pollutants entering the Lake were basically made clear. Pollution sources that must be preferentially controlled and the direction of controlling those main pollutants, such as TN, TP, CODCr, were proposed. Base on the investigation, a series of eco-systematic approaches for controlling Taihu Lake eutrophication were put forward. They are ecosystem regulation, nutrient substances transferring along food chain, trophic masse degrading step by step along the route from a pollution source to the Lake, building ecological preventive zone of the Lake, as well as the ecological measures for point sources treatment and so on.     

河网水质管理决策支持系统在引江济太中的应用

利用太湖流域河网水质管理决策支持系统（TAIHU DSS）,对2000年夏季望虞河应急调水进行了技术方案比较,论证,重点对望虞河引江应急调水过程中,常熟枢纽泵站运用,望虞河东岸分流与否及望虞河立交开闸前对底水的处理等不同条件下的望虞河入湖水量,水质等进行多方案比较,为望虞河启用泵站调水、东岸适当分流,先打开蠡河船闸处理望虞河底水的方案提供了决策的技术依据,并引发了对太湖流域引江济太工作的进一步深入研究和实践,是决策支持系统在实际工作中的成功应用之一。