2009—2017年太湖湖泛发生特征及其影响因素

湖泛是太湖蓝藻水华较为独特的灾害表征形式,也是危害湖泊生态服务功能的主要因素,认知其发生机制、演变特征对湖泊蓝藻水华灾害防控具有重要作用.本文基于2009-2017年江苏省水文部门逐年4-10月对太湖湖泛易发区现场巡查获得的湖泛发生状况数据,结合期间水质、入湖水量、营养盐负荷等环境条件变化监测,分析了太湖水域湖泛发生的时空变化特征,研究了湖泛发生前后的环境因子变化规律,探讨了湖泛强度年际波动成因.结果表明,2009-2017年太湖共发现面积超过0.01 km²的湖泛61起,年发生次数3~17次不等;湖泛发生位置主要集中在太湖湖西沿岸带,9年发生了32次,占总频次的一半以上;其次为梅梁湾;贡湖相对较少,而巡查的东部湖区未发现湖泛事件.通过对湖泛发生日与前10日的环境条件对比分析发现,湖泛发生前5天持续的高温、低压和低风速等气象条件有利于湖泛发生：气温连续高于25℃、气压低于101.0 kPa,有利于诱发湖泛;主导风向为东南风也有利于太湖西北部蓝藻水华严重区域的湖泛发生;大量蓝藻水华物质是湖泛发生的重要物质基础：湖泛发生前10日,湖体平均藻密度基本在1500万cells/L以上.湖泛发生强度还受前一年营养盐外源负荷的影响,湖泛发生频次较高的年份,前一年总磷和总氮营养盐入湖负荷也均处于较高水平.研究表明,尽管2007年无锡贡湖水厂发生饮用水危机以来太湖流域已经开展了大量的水环境治理工程,但是截至目前,太湖的湖泛发生风险仍处于较高水平,在营养盐还未控制到较低水平之前,太湖的湖泛巡查与防控仍是十分必要和艰巨的任务.     

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.     

太湖湖泛形成研究进展与展望

回顾近些年对太湖湖泛形成的研究进展,参考国外关于黑斑和缺氧现象的相关研究成果,重点从湖泛的感官特征与描述、缺氧与污染效应、湖泛形成的物质和气象条件,以及微生物和底泥作用等方面,进行了系统综述,总结出湖泛发生条件与生消过程.从基本属性方面,归纳出湖泛是指在适当的气象和地形等条件下,富营养湖泊局部水域因长时间聚积大量藻体或水草等生物质,在微生物和底泥参与下,形成边界可辨、散发恶臭的可移动黑色水团,并导致水质恶化和一些生物死亡的极端污染现象的定义.文章最后从湖泛研究的新技术、新手段,沉积物有效成分提供机制,湖泛发生的关键参数阈值确定,以及致黑致臭物稳定性机制等方面,对未来发展进行了展望.     

底泥和藻体对太湖湖泛的诱发及水体致黑物的供应潜力

为确定底泥和藻体在太湖湖泛形成过程中对致黑物形成的贡献,采用室内模拟系统,研究底泥、蓝藻以及底泥+蓝藻3种处理,模拟湖水在不同厌氧程度下湖泛特征参数(黑度、铁及硫形态)的变化,分析不同处理以及受不同聚藻程度影响区(八房港、焦山)底泥对湖泛的诱发作用及致黑物供给潜力.结果表明,各处理组诱发太湖湖泛发生的难易顺序为:底泥+蓝藻处理组底泥处理组蓝藻处理组.底泥+蓝藻处理组中Fe2+浓度为蓝藻处理组的11~94倍,其平均浓度为后者的33倍,而底泥+蓝藻处理组中还原性硫浓度为其他处理组的2~56倍.研究还发现,聚藻区底泥较非聚藻区更易发生湖泛,这是由于聚藻区底泥富集了更高浓度的铁、硫等还原性物质,但厌氧处理与非厌氧处理在诱发湖泛发生的风险差异不明显.以上结果证实,厌氧环境下低价铁硫供应潜力的差异是决定湖泛发生的主要物质来源,加强对聚藻区底泥及蓝藻的控制是有效防控太湖湖泛发生的主要措施之一.     

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.     

1986-2017年太湖出、入湖水量变化分析

作为流域内水资源调蓄和调度的中枢,太湖的出、入湖水量格局随着一系列工程、非工程措施的实施已然改变.基于1986-2017年近30年的环湖出、入湖水量资料,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变检验法和滑动t检验法,对环湖及地区出、入湖水量变化进行了定性、定量研究,并讨论了产生变化的可能原因.结果表明:1986-2017年,环湖年入湖水量增加趋势显著,在20世纪90年代后期突变增加,年出湖水量增加趋势显著,在21世纪初后期突变增加;多年平均年入湖总量突变后较突变前增加了29.66亿m3,多年平均年出湖总量增加了18.63亿m3;江苏入湖水量增长率、增长贡献率分别为53%和84%,出湖水量增长率、增长贡献率分别为31%和48%;浙江入湖水量增长率、增长贡献率无明显改变,出湖水量增长率、增长贡献率分别为26%和31%;望虞河出入湖增长率最大,但增长贡献率不大;太浦河出湖增长率、增长贡献率无明显变化;出、入湖水量的变化抬升了太湖年平均水位和年最低水位,对年最高水位影响较小;水利工程调度对出、入湖水量的影响逐渐占据主导作用.     

太湖湖鲚渔获量变化与生物环境间相互关系

2003-2004年在汉江中游江段共监测654船次,统计渔获物6914．16 kg,生物学测定1682尾鱼,共采集鱼类78 种,隶属18科58属．目前汉江中游渔获物组成和结构与20世纪70年代相比发生了较大变化,翘嘴红鲌、瓦氏黄颡鱼、鲶、 鲢、黄尾鲴、大鳍蠖等在渔获物中比例已经很少;草鱼资源也明显下降;铜鱼、青鱼、蒙古红鲐、鳡、细鳞斜颌鲴、吻鮈 、长吻 鮠、拟尖头红鲌、鳙、鳜等在渔获物中已基本消失;而鲤、鲫、黄颡鱼、长春鳊、赤服鳟等中小型鱼类在渔获物中的比例却相 对上升;渔获物中个体大的鱼减少,低龄鱼及幼鱼个体比重增加．与70年代资料相比,汉江中游鱼类资源已呈衰退趋势．     

表层底泥翻耕对太湖藻源性湖泛的预控作用

表层底泥已被证实是引发或诱发太湖湖泛发生的主要因素,但能否通过像控制湖泊内源污染的翻耕方式对湖泛形成预控,则有待与过程有关的实验研究.模拟研究太湖易发湖泛区底泥翻耕对藻源性湖泛的控制作用,跟踪监测不同翻耕深度和翻耕后时长,对照和处理组上覆水的视觉、嗅觉、营养盐和挥发性硫化物浓度,以及表层底泥理化性质的变化.结果表明,未翻耕的对照组在模拟实验中发生了湖泛,翻耕10 cm和翻耕20 cm差异不大,但翻耕后时长对湖泛发生影响较大.刚翻耕后(1 d)即进行藻源性湖泛模拟的处理组发生了湖泛,但在程度和持续时间上均低于对照组;翻耕180 d和540 d的处理组,10 cm和20 cm翻耕深度均未发生湖泛.合理选择翻耕的施工时间,可以有效预防和控制湖泛的发生.     

藻源性湖泛水体显黑颗粒的元素形态分析与鉴定

湖泛现象是我国超富营养化浅水湖泊面临的最严峻环境问题之一,水体发黑、发臭是湖泛水体最显著和基本的物理特征.针对太湖湖泛显黑颗粒缺乏从元素形态直接给出证据的问题,针对室内模拟藻体和沉积物存在下形成的湖泛水体,采用多种图谱分析技术,对厌氧截留分离的显黑颗粒物质及其化学组成和元素形态进行了分析鉴定.扫描电镜-X射线能谱分析与荧光光谱分析表明:湖泛水体显黑颗粒物质以藻类残体和悬浮沉积物颗粒物为主,其组成元素以C、O、Si为主;与未发生湖泛的对照样相比,湖泛水体显黑颗粒物样品中具有更高的Fe、S含量.X射线光电子能谱Fe、S微区分析进一步表明:湖泛显黑颗粒物样品中Fe主要以Fe(Ⅱ)的形式存在、S则以还原态S2-的形式赋存,两者具有共同化合成Fe S的充要条件.因此,缺氧厌氧条件下,湖泛水体的显黑物质组成是Fe S,它可由水体中Fe2+和ΣS2-通过化学共沉淀形成,并主要通过吸附于悬浮颗粒物之上而使得整个水柱呈现黑色,指示湖泛的暴发过程和维持状态.     

生源性湖泛水体主要含硫致臭物及其产生机制

由水生生物残体诱发的湖泛发生过程中水体高浓度的含硫致臭物质对水生态安全以及人类健康造成严重危害,这些致臭物质的来源途径及其产生机制至今尚无详细报道.通过使用藻类、浮游动物、鱼类、底栖动物以及水生植物等多种生物残体进行了模拟实验,结果发现各类生物残体均能导致湖泛的发生,其中藻类残体中含有的大量含硫氨基酸导致水体挥发性有机硫化物浓度升高尤为突出.使用蛋氨酸作为前驱物质进行模拟实验发现,影响蛋氨酸降解的非生物因素主要为光照和厌氧条件,其中光照的影响更大.对蛋氨酸降解率与铵态氮浓度变化的关系进行研究后发现,无论有无生物作用二者均有显著的相关性,表明蛋氨酸降解的第一步应为发生脱氨基作用.对α-羟丁酸、α-酮丁酸和4-甲硫基-2-氧代丁酸等中间产物在体系中的变化进行研究后发现,4-甲硫基-2-氧代丁酸在体系中很难积累,而α-羟丁酸和α-酮丁酸则有较明显的累积过程,说明脱甲硫基作用可能在脱氨基作用后很短时间内发生,或二者同时发生,由此产生甲硫醇,甲硫醇再通过各种途径转化为二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚以及硫化氢等.     

2009年环太湖入出湖河流水量及污染负荷通量

通过对2009年环太湖水文巡测及同步水质监测数据整理,得到2009年环太湖河流入出湖水量以及污染负荷,并将之与前期文献资料数据进行对比.结果表明,2009年环太湖河道入出湖水量分别为88.40×108 m3、93.27×108m3.入湖水量超过5×108m3的依次为陈东港、大浦港、梁溪河、太滆运河、望虞河.出湖水量最大...     

太湖湖体水环境容量计算

针对太湖风生流的特点,提出考虑风向风速频率修正及污染带控制的水环境容量计算方法,建立了太湖水量水质数学模型,并结合水文水质资料对流场和浓度场进行模拟和验证.在控制单个污染带面积为1～3 km2,污染带总长度为湖岸线长度10%的基础上采用该方法进行计算,计算结果更可靠.太湖CODcr的水环境容量为132727 t/a,TN的水环境容量为7700 t/a.     

太湖蓝藻水华的MODIS卫星监测

本文基于MODIS卫星影像探讨太湖蓝藻水华的识别、监测问题.通过比较MODIS影像上不同蓝藻浓度的波段反射率值的差别,得到对蓝藻信息响应的敏感波段,利用特定波段的合成,可基本识别蓝藻的分布信息,并基于蓝藻的光谱响应特征,采用比值模型方法、进一步确定蓝藻分布的相对浓度信息.最后通过不同时相蓝藻浓度的叠加分析,得出了蓝藻水华的动态变化信息.     

东太湖湖泊面积及网围养殖动态变化的遥感监测

东太湖高密度网围养殖已是东太湖水资源过度开发的重要问题,彻底查清东太湖网围养殖规模,是采取一切治理措施的前提,遥感技术可真实反映湖区网围养殖情况,能避免人为的虚报、错报现象．本文利用六景TM图像和三期高精度航片,分析了东太湖20世纪80年代以来湖泊面积、网围养殖的时空变化情况并提出控制网围养殖盲目发展的对策．1984年以来,东太湖湖泊面积持续减小,20年内共减少了249．23hm^2;其中1994—2000年是湖泊消失的快速时期,消失的湖泊主要用于围垦养殖．1990年以来,网围养殖规模逐渐增大,目前几乎布满整个东太湖;1995年以来的增长速度更为迅速,2003年的网围面积10647．02hm^2,比1995年增加了9401．29hm^2,该时期内网围规模增加的年速率是1990—1995年的4倍．     

太湖水龄分布特征及“引江济太”工程对其的影响

太湖作为典型的风生流湖泊,风场对水体运输和交换的过程起着重要的作用.基于环境水动力学模型EFDC源程序建立了染色剂模型以及水龄模型,借助水龄研究太湖水体的长期输运过程和更新速率特征,从而为太湖的调水工程管理提供科学依据.本文在研究春、夏、秋、冬季不同风场作用下太湖的水龄季节性分布特征的基础上,结合太湖实测风速、流量数据及"引江济太"工程调水运行的现状,着重分析了望虞河枢纽调水运行以及新沟河工程对太湖水龄分布的影响.数值试验的模拟结果表明:太湖水体交换受季风影响明显,春、夏季的水龄相对较大、水体交换较差;靠近湖流入口处的地方水龄较小,远离入口的地方水龄较大;水流流向与风向一致时水龄减小,水循环加快,反之则减慢.望虞河引水引工程能够减小贡湖及湖心区的水龄,加快贡湖湖区及湖心区的水循环;新沟河工程引水能够减小梅梁湖区的水龄,改善该湖区的水质.引水工程的实施对加快整个太湖的水循环做出重要贡献.     

太湖水质及其保护

Lake Taihu, the third largest fresh water lake in China, with a surface area of 2 338 km², is located in the Changjiang River Delta, the most advanced economic zone in China. During the last two decades, the rapid economic development of local agriculture and industry both in the urban and rural areas of the region has made great advances. Great quantieis of pollutants have been discharged into the lake, its nutrient content has increased continuously, and phytoplankton blooms have occurred in some areas. Water quality protection in Lake Taihu is very important because of its close relation with economical development and people''s daily life. It is urgent to have comprehensive pollution control in Lake Taihu. Based on water quality monitoring data in Lake Taihu from 1987 to 1994, the dynamic variations of water quality and eutrophication trends have been analyzed, showing obvious spatial and temporal variations. The main water quality factors were compared with the standard for drinking water and indicate considerable change with the seasons. Some basic strategies to protect water quality and prevent eutrophication are discussed.     

太湖水污染控制的目标及设想

According to the social and natural conditions of Taihu Lake Basin, the planning objectives and some ideas for water pollution prevention in Taihu Lake and its surrounding river-lake system are proposed.     

太湖北部梅梁湾水域水质因子聚类

计算了沿梁溪河河口到太湖湖心断面上１０个监测点１７个水质因子９３组数据的Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数和Ｋｅｎｄａｌｌ秩相关系数,进而运用最小距离法进行了因子聚类,正态分布检验和聚类结果表明,采用Ｋｅｎｄａｌｌ秩相关进行了聚类为宜,结果将诸因子聚为五大类：ＴＤＮ,ＴＮ,ＣＯＮ,ＮＯ２－Ｎ,ＮＨ４－Ｎ,ＯＨ和ＣＯＤＭｎ归为一类,ＴＤＰ,ＴＰ,ＰＯ＾３＋４和ｐＨ值归为一类;ＳＳ和ＳＤ归为一类,反映了该水域环境     

2007年太湖五里湖浮游植物生态学特征

研究了2007年太湖五里湖浮游植物的生态学特征.结果表明:五里湖共检出浮游植物8门123种;其中绿藻种类最多,共57种,占浮游植物总种数的46.3%;硅藻次之,共23种,占浮游植物总种教的18.7%;浮游植物种数以冬春季多、夏秋季少.调查期间.浮游植物数量和生物量分别变化在386.2×10~4-5581.9×10~4cells/L和0.541-3.491mg/L,均以绿藻最高;浮游植物数量的季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季;且除绿藻外,浮游植物的季节演替规律与PEG模型基本一致.相似性分析显示,五里湖1、3、4、5月份的生境相似,6、7、8、9、11月份的生境相似.优势度分析显示,五里湖各个月份的浮游植物优势种都在2种以上,优势种主要有小球藻(Chlorella vulgaris)、小球衣藻(ChLamydomonas microsphaera)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginisa)等14种,优势种种数较多且优势度不高,变化在0.02-0.78之间;多样性和均匀度分析显示,五里湖浮游植物多样性指数和均匀度指数分别变化在1.5-2.7和0.26-0.59之间,多样性和均匀度都较好:表明2007年五里湖浮游植物群落结构比较复杂、处于较完整状态.     

根据生物指标区分东太湖和西太湖

The methods and analytical results for distinguishing lake types of East Taihu Lake and West Taihu Lake by biological markers were dealt in this paper.