湖泊底泥疏浚对沉积物再悬浮及营养盐负荷影响的模拟

选取太湖梅梁湾污染底泥为研究对象,利用沉积物再悬浮发生装置,通过室内模拟实验研究太湖夏季常规风情下底泥疏浚对沉积物再悬浮及上覆水营养盐动态变化的影响.结果表明,在模拟的风情扰动过程结束时(5 h),扰动过程未疏浚与疏浚处理水柱总悬浮颗粒物(TSS)含量变化差异显著,未疏浚对照水柱TSS含量是初始值的7.7倍,而疏浚水柱TSS在第2 h达到峰值,为初始值的3.8倍;未疏浚水柱TSS含量沉降过程最初1 h迅速降低了84.0%,而疏浚水柱TSS含量在沉降3 h后趋于平衡.伴随着沉积物的再悬浮过程,疏浚与未疏浚对照水柱中TP含量均在第5 h达到最大,分别增加负荷78.6和92.2 mg/m2.就短时效而言,底泥疏浚后沉积物的再悬浮过程显著受到抑制,并能够显著地减小沉积物再悬浮过程中溶解性磷酸盐的释放;但对水柱中总磷、总氮、铵氮、硝酸盐和亚硝酸盐含量变化影响较小.     

淀山湖底泥生态疏浚适宜深度判定分析

通过室内模拟实验,对淀山湖东部湖区的沉积物进行研究,测定沉积物在不同疏浚深度和疏浚温度下的铵态氮(NH₄⁺-N)、正磷酸盐(NH₄^3--P)和溶解性有机碳(DOC)的释放速率,并对该区域沉积物的理化指标进行检测.结果表明:淀山湖表层沉积物近年来总磷和有机质含量有较大增加.淀山湖东部湖区NH₄⁺-N和DOC存在着释放趋势,NH₄^3--P在夏季会从沉积物中向上覆水中释放,在年内会形成"源"和"汇"的转化.整个淀山湖东部湖区按不同研究区域划分,疏浚深度以10~20 cm最佳,疏浚季节以秋季为佳.通过对淀山湖东部湖区的沉积物在不同疏浚深度和疏浚时间下的污染物释放速率的研究,可以为淀山湖和其它类似湖泊的疏浚工作提供相应的科学依据.     

湖泊底泥疏浚环境效应:Ⅲ.对沉积物反硝化作用的影响

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样,研究了底泥疏浚对沉积物反硝化过程的影响.沉积物反硝化速率的测定采用经典的乙炔抑制法.研究结果表明,在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物的反硝化速率分别为6.9-26.9nmol/(g·h)和21.6-102.7nmol/(g·h),除2006年的2月外的其他月份,疏浚沉积物的反硝化速率显著(P<0.05)低于未疏浚对照沉积物,同时还研究了环境因子对沉积物反硝化速率的影响,结果表明,疏浚和对照沉积物的反硝化速率都受温度的控制.硝态氟浓度是疏浚和对照沉积物反硝化速率的主要限制因子,有机碳对疏浚沉积物的反硝化速率有影响,但对未疏浚对照沉积物的反硝化速率没有影响.疏浚后短期内沉积物反硝化速率低于未疏浚对照沉积物,可看作是底泥疏浚在富营养华水体脱氮方面的一个负效应.     

湖泊底泥疏浚环境效应:Ⅰ.内源磷释放控制作用

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对内源磷释放的控制效果．结果发现,疏浚表层30cm能够有效的消减沉积物中不f司形态磷含量与孔隙水中PO4^3-P含量．在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物-水界面的PO4^3-P通量分别为-143．8至14．4与-237．3至3047．6μg／（m^2&#183;d）,疏浚柱沉积物-水界面的磷通量总体上低于未疏浚对照的磷通量,尤其是在温度较高的月份,从2006年3-10月疏浚柱沉积物-水界面磷释放通量显著低于未疏浚对照柱,疏浚沉积物的磷的释放潜力低于未疏浚对照沉积物．研究结果表明,在外源磷得到有效控制的前提下,底泥疏浚是消减研究区内源磷负荷有效的技术手段．     

湖泊底泥疏浚环境效应：Ⅰ.内源磷释放控制作用

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对内源磷释放的控制效果,结果发现,疏浚表层30cm能够有效的消减沉积物中不同形态磷含量与孔隙水中PO43-p含量,在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物-水界面的PO43-P通量分别为-143.8至14.4与-237.3至3047.6μg(m2·d),疏浚柱沉积物-水界面的磷通量总体上低于未疏浚对照的磷通量,尤其是在温度较高的月份,从2006年3-10月疏浚柱沉积物-水界面磷释放通量显著低于未疏浚对照柱,疏浚沉积物的磷的释放潜力低于未疏浚对照沉积物,研究结果表明,在外源磷得到有效控制的前提下,底泥疏浚是消减研究区内源磷负荷有效的技术手段.     

湖泊底泥疏浚环境效应:Ⅱ.内源氮释放控制作用

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对内源氮释放的控制效果.研究结果发现,疏浚表层30cm能够有效的消减沉积物中有机质含量与孔隙水中NH4+含量.在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物-水界面的NH4+通量分别为5.3至18.6mg/(m2·d)与-9.4至67.5mg/(m2·d),疏浚柱沉积物-水界面的NH4+通量总体上低于未疏浚对照的通量,尤其是在温度较高的月份,从2006年5-12月疏浚柱沉积物-水界面NH4+释放通量显著低于未疏浚对照柱,疏浚沉积物的NH4+的释放潜力低于未疏浚对照沉积物.研究结果表明,在外源得到有效控制的前提下,底泥疏浚是消减研究区内源氮负荷有效的技术手段.     

太湖草源性"湖泛"水域沉积物营养盐释放估算

于太湖草源性"湖泛"暴发期,采集柱状沉积物并应用peeper被动采样装置获得"湖泛"区原位沉积物间隙水.泥水样品分析表明:"湖泛"发生水域表层(0~7 cm)沉积物的含水率、孔隙度和有机质含量均明显高于对照区,其中有机质含量更是对照区样品的4倍左右,沉水植物残体促使表层沉积物物化性质改变的作用明显;"湖泛"发生水域表层沉积物间隙水中铵态氮(NH+4-N)、溶解性反应磷(SRP)及Fe2+含量远高于未发生区,植物残体降解对沉积物厌氧环境的营造显著.运用分子扩散模型对沉积物释放通量估算:"湖泛"发生区沉积物NH+4-N、SRP和Fe2+的释放速率分别是对照区的49.8、15.3和123.1倍.研究认为,草源性"湖泛"水体氮、磷等营养物含量升高的主要原因是沉积物的释放,而"湖泛"所营造的厌氧环境是氮、磷释放急剧增加的主要驱动因素.     

东巢湖沉积物—水界面氮、磷、氧迁移特征及意义

以东巢湖近城市湖湾沉积物为研究对象,在沉积物氮、磷营养盐分析的基础上,采用沉积物柱状芯样静态释放模拟法定量评估研究区域沉积物—水界面氨氮、溶解性活性磷酸盐营养盐释放潜力,利用微电极非损伤测定技术获得沉积物—水微界面溶解氧(DO)剖面分布及微界面DO消耗和扩散特征.结果表明:东巢湖近城市湖湾沉积物氮、磷污染物蓄积量较高,受TN、TP污染程度较重.沉积物内源氨氮、磷酸盐释放明显,平均释放速率分别达到32.44 mg/(m²·d)和1.25mg/(m²·d),区域内沉积物已成为水柱中氮、磷营养盐的污染源.研究区域上覆水体处于好氧状态,沉积物—水微界面平均DO穿透深度(OPD)达到5.3 mm,平均DO扩散通量为4.56 mmol/(m²·d),表现出良好的DO扩散能力.沉积物内源氨氮和磷酸盐释放能力与表层沉积物TN/TP物质含量及沉积物—水微界面DO穿透深度有关,在沉积物氮、磷污染较重的情况下,DO穿透深度越低越有利于氮、磷污染物从沉积物向上覆水体释放.     

白洋淀沉积物氮磷赋存特征及其内源负荷

白洋淀环境整治对区域生态文明建设具有重要意义,然而,目前对加剧白洋淀富营养化的内源氮、磷污染负荷依然缺乏系统的研究.本研究以野外调研和室内培养实验相结合形式,在白洋淀主要水域内采集原位柱状沉积物样品,详细地研究了白洋淀沉积物中氮、磷赋存形态、间隙水中氮、磷剖面特征以及沉积物-水界面氮、磷交换特征.结果表明,白洋淀沉积物总氮、总磷含量分别为1230.8~9559.0 mg/kg（均值2379.5 mg/kg）和344.4~915.4 mg/kg（均值608.4 mg/kg）,氮、磷累积污染量大.沉积物中铵态氮赋存量大（3.2~175.8 mg/kg）,由此导致间隙水中铵态氮浓度较高,最高达到28.8 mg/L.沉积物磷形态以Ca-P和Fe-P为主,分别占总量的38.3%~76.1%和3.98%~18.0%,间隙水中磷酸盐浓度已接近甚至高于国内外典型富营养湖区.间隙水中高浓度的铵态氮和磷酸盐导致沉积物-水界面氮、磷交换通量较高,铵态氮平均释放和扩散通量分别为106.37和12.42 mg/（m²·d）;磷酸盐平均释放和扩散通量分别为15.06和2.33 mg/（m²·d）,沉积物内源氮、磷污染负荷较高,已严重威胁到白洋淀水环境质量,迫切需要整治.其中,北部河口区域以及中部府河入湖区和人口密集活动区沉积物氮、磷内源负荷尤为突出,应成为白洋淀沉积物内源污染整治的关键区域.     

湖泊底泥疏浚环境效应：II．内源氮释放控制作用

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对内源氮释放的控制效果．研究结果发现,疏浚表层30cm能够有效的消减沉积物中有机质含量与孔隙水中NH4^＋含量．在一年的试验周期内,疏浚和对照柱沉积物-水界面的NH4’通量分别为5．3至18．6mg／（m2&#183;d）与-9．4至67．5mg／（m2&#183;d）,疏浚柱沉积物-水界面的Nm＋通量总体上低于未疏浚对照的通量,尤其是在温度较高的月份,从2006年5-12月疏浚柱沉积物-水界面NH4^＋释放通量显著低于未疏浚对照柱,疏浚沉积物的NH4^＋的释放潜力低于未疏浚对照沉积物．研究结果表明,在外源得到有效控制的前提下,底泥疏浚是消减研究区内源氮负荷有效的技术手段．     

太湖东部不同类型湖区底泥疏浚的生态效应

为研究底泥生态疏浚对太湖东部不同类型湖区水生生态系统的影响,2012年8月于东太湖养殖湖区和胥口湾草型湖区采集沉积物和生物样品,分析疏浚对底泥污染控制、水质改善以及各生物群落结构的影响.结果表明,底泥疏浚能有效去除表层沉积物中的营养物质,降低底泥重金属含量及其潜在生态风险,但底泥疏浚对不同类型湖区水质和生物群落结构的影响存在明显差别.在富营养化较严重的东太湖养殖湖区,底泥疏浚达到了一定的改善水质的效果,浮游植物密度、生物量均不同程度降低,且群落中蓝藻所占比例下降;水生植物和底栖动物群落也在较短时间内得到恢复;胥口湾草型湖区的底泥疏浚则破坏了原先良好的水生植物群落,造成湖区整体水质下降,各主要生物类群的恢复相对缓慢.     

湖泊底泥疏浚环境效应:Ⅳ.对沉积物微生物活性与群落功能多样性的影响及其意义

通过为期一年的疏浚模拟试验,在试验室培养疏浚与对照柱样研究了底泥疏浚对沉积物微生物活性和群落功能多样性的影响。研究结果表明,太湖梅梁湾研究区模拟疏浚表层30cm对沉积物物理、化学和微生物性质影响较大。疏浚沉积物微生物活性显著低于未疏浚沉积物的微生物活性,疏浚对沉积物微生物活性影响较大且在一年的试验周期内难以恢复。底泥疏浚对沉积物微生物功能多样性产生影响,疏浚后初期新生表层沉积物的微生物群落多样性指数显著低于未疏浚沉积物,底泥疏浚改变了沉积物中微生物群落组成,并会导致微生物群落功能多样性降低。底泥疏浚对微生物活性与微生物群落功能多样性产生影响,从而对沉积物中生源要素的循环产生影响。     

疏浚对巢湖重污染入湖河流沉积物中污染物赋存及释放的影响

以巢湖重污染入湖河流双桥河为研究对象,研究了底泥疏浚对水质以及沉积物中总氮、总磷和有机质的短期影响及长期效应.结果表明,双桥河水质的季节变化显著,受上游城市污水及周边面源污染的影响,疏浚对水质改善作用不明显.表层沉积物中总氮、总磷及有机质含量在疏浚结束后1个月有所降低,但是2年后分别回复到疏浚前的189.77%、111.62%和152.87%.疏浚结束2年后,沉积物中磷主要以钙磷和有机磷的形式存在,铝磷和铁磷的含量较少,弱结合态磷的含量最低;但是表层沉积物中的弱结合态磷、铝磷和铁磷结合态磷含量较疏浚前分别升高了728.32%、13.52%和37.73%,并呈现出表层富集现象,存在较高的污染物释放风险.这可能是由沉积环境改变、外源污染未得到有效控制引起的.因此,为了维持疏浚的长期效果,应该对外源污染源进行有效控制.     

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.     

Designing open water disposal for dredged muddy sediments

Open water disposal of muddy sediments in the estuarine environment is practiced to minimize dredging costs and to preserve contained disposal site capacity. Open water sites are usually either dispersive or retentive. Dispersive sites are used in the expectation that disposed sediments will not remain there, but will be transported out of the site, leaving room for additional disposal. Retentive sites are designed to ensure that disposed sediments mostly remain within the site. Choice of one of these approaches depends on the site character, sediment character, and disposal quantities. Design of disposal management plans for both site types is accomplished by use of field observations, laboratory tests, and numerical modeling.Three disposal site studies illustrate the methods used. At the Alcatraz site in San Francisco Bay, a dispersive condition is maintained by use of constraints on dredged mud characteristics that were developed from laboratory tests on erosion rates and from numerical modeling of the dump process. Field experiments were designed to evaluate the management procedure. In Corpus Christi Bay a numerical model was used to determine how much disposed sediment returns to the navigation channel, and to devise a location for disposal that will minimize that return. In Puget Sound a model has been used to ensure that most of the disposed material remains in the site. New techniques, including a piped disposal through 60 m of water, were investigated.     

Adjustment of benthic fauna following sediment disposal at a site with multiple stressors in Port Valdez, Alaska

The shallow subtidal macrobenthos at Port Valdez, Alaska, was examined to assess faunal adjustment following disposal of dredged sediments over a three-year period. Prior to sediment disposal, the infauna consisted of a relatively species-rich assemblage dominated by sessile polychaetes and bivalves. Six months after disposal, virtually all taxa present prior to dredging and disposal were rare or absent with opportunistic taxa dominant. Surveys performed 1.5 years after sediment disposal indicated faunal adjustment was in progress; large, sessile polychaetes and bivalves were still present in low numbers after 2.5 years. At one station, increasing organic enrichment by fish-wastes from adjacent processing plants resulted in a shift to a highly disturbed benthic assemblage. The trends in the faunal assemblage suggest that environmental conditions were still in a state of flux 2.5 years after the dredging event.