玄武湖水生态环境现状调查与应对措施Word文档下载推荐.doc
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关键词:
玄武湖;
水环境;
水生态;
工程措施
中图分类号:
X131
文献标识码:
A
InvestigationandCountermeasuresonEnvironmental
andEcologicalsituationofXuanwuLake
WuPiao1,
LuTingting2
(1.JiangxiProvincialWaterConservancyInvestmentGroupCorporation,Nanchang,330006,China;
2.CollegeofHydrologyandWaterResource,HohaiUniversity,Nanjing,210098,China)
Abstract:
ThewaterecologicalenvironmentproblemsofXuanwuLakewhichisatypicalurbaneutrophicationlakebecomeveryseriousinrecentyears.ThewaterecologicalenvironmentstatusquoofXuanwuLakewassummarizedanditspollutionsourceswasrevealedbasedonresearchfindingsathomeandabroadandfieldresearch.ThepaperanalyzedtheimplementationeffectsandexistingproblemsofprotectionprojectsatXuanwuLakeandputforwardsomereasonableproposals.
Keywords:
XuanwuLake;
waterenvironment;
waterecology;
engineeringmeasure
玄武湖位于南京老城区东北部,属于天然小型城市浅水湖泊,湖泊面积为3.72km2。
玄武湖湖岸呈菱形,湖泊的南北长度为2.4km,东西宽度为2.0km,岸线长度约为10.0km,岸线发展系数为1.5。
玄武湖常年水位为9.8m-10.2m,在10m水位时,平均水深为1.2-1.3m,库容约5´
106
m3。
湖水面被4个小岛屿分割成东北湖、东南湖、西南湖、西北湖四部分,彼此通过桥涵连接。
玄武湖作为南京城市风景名胜,同时承担城北地区汛期蓄洪和夫子庙景区城市河道的调节。
随着玄武湖流域城市建设的发展,大量工业废水、生活污水排入湖中,玄武湖的水环境质量恶化,重金属含量超标,生态服务功能逐渐衰退[1],[2]。
而玄武湖本身流速较慢,湖水置换周期长,水体自净与生态自我修复能力弱,导致玄武湖频发水污染事件,成为典型的城市富营养化湖泊[3],[4]。
本文通过文献阅读与实地调研,详细阐述了玄武湖的水环境与水生态演变及其现状,并结合玄武湖现行的治理措施,提出合理建议。
1 玄武湖的水生态环境变化与现状
1.1 玄武湖水环境变化特征
早在上世纪90年代,玄武湖已经成为严重的富营养化湖泊,其重要原因是入湖污水中的TN、TP含量过高,超出湖体的自净能力,从而引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,造成水体溶解氧下降,水质恶化。
21世纪以来,随着水环境治理力度的加大,玄武湖的水质得到一定改善。
到2005年,玄武湖营养程度为中度富营养化湖泊,到2014年,玄武湖达到轻度富营养化。
玄武湖富营养化的重要污染物为氮、磷和有机物。
通过收集并分析1998-2014年玄武湖湖心点水质参数(数据来源:
南京市环境监测中心站)得知,监测数据来源?
玄武湖的水环境状况逐年好转,TN、TP
、COD和BODBOD应标明BOD5?
5逐年降低,并且TN与TP、COD与BOD5变化趋势大致保持一致。
玄武湖水质年际变化趋势见图1。
从图中可以看出,1998年玄武湖的污染程度最为严重,TN、TP和BOD5含量均最大,其中TN、TP达到4.76mg/L和0.38mg/L,为劣V类。
到2014年,玄武湖湖水的TN、TP、COD和BOD5分别为1.48mg/L、0.12mg/L、12.1mg/L和4.12mg/L。
图中显示,在2006年,玄武湖湖水的TN和TP浓度最低,之后有所回升。
这主要与2006年玄武湖菹草爆发性生长有关,菹草的收割带走了大量的氮和磷[5],[6]。
观察近三年玄武湖的水质变化发现,玄武湖的水环境质量虽然较1998年有了明显的改善,但2014年玄武湖水的TN、TP和COD较前两年均有小幅度升高,尤其是TN超标严重,仍处于劣V类水平。
图1
1998-2014年玄武湖主要水质指标的变化
选择玄武湖水质监测报告中的叶绿素a、TN、TP和COD高锰酸盐指数和化学需氧量COD两个指标需区分。
作为评价指标,对玄武湖的富营养状况进行评价,选择COD、BOD5、TN、TP、氨氮以及重金属等作为评价指标,对污染程度作定量分析。
富营养状况评价采用综合营养状态指数法,污染程度评价采用水质综合污染指数法。
需补充交代评价计算的公式。
综合营养状态指数法计算公式见式1,综合污染指数法计算公式见式2。
计算、评价结果见图2和图3。
综合营养状态指数法计算公式:
TLI(∑)=Wj·
TLI(j)
(1)
式中:
TLI(∑)为综合营养状态指数;
Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;
TLI(j)代表第j种参数的营养状态指数。
不同指标的营养状态指数计算参阅《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》。
综合污染指数法计算公式:
P=,Pi=Ci/Si
(2)
P为综合污染指数;
Pi为i污染物的污染指数;
n为污染物的种数;
Ci为i污染物实测浓度平均值,S为i污染物评价标准值。
从图2中可以看出,1998年至2014年间,玄武湖的综合营养状态指数明显降低,即玄武湖的富营养状态得到较大改善,尤其是在2007年,富营养程度最低,是1998年的营养指数的70%左右,而1998年玄武湖的综合营养状态指数高达75以上。
但在2008-2014年六年间,玄武湖的富营养化有缓慢加重的趋势,综合营养状态指数从52上升至56~60左右。
据调查,这主要与化肥的滥用、生活污水和粪便的乱排、禽畜饲养和湖面养殖等有关[7],[8]。
图3中所示的综合污染指数曲线可知,1998年的综合污染指数最高,随着时间的推移,玄武湖的污染指数大幅降低。
其中,污染指数在2000年有明显的反弹,在这之后又迅速下降,并最终维持在2.0~3.0的水平,是1998年污染指数的22%~33%。
图2
1998-2014年玄武湖综合营养状态指数的变化
图3
1998-2014年玄武湖综合污染指数的变化
1.2
玄武湖水生态变化特征
作为南京市重要的旅游观光性湖泊,玄武湖的生态安全备受关注。
2005年夏季,玄武湖首次发生大面积的蓝藻水华,其中优势种群为微囊藻。
此次蓝藻事件导致湖水景观及其他生态功能衰退,严重影响南京的城市面貌。
南京市环境检测中心的研究显示,在2006-2007年间,玄武湖湖区共监测到浮游植物7门82属176种,藻类细胞密度为6.93´
106-2.28´
108
cells/L,夏季7,8月份玄武湖藻类细胞密度最大[9]。
任黎[10]等的研究发现,玄武湖中的优势种为蓝藻和硅藻,通过修正的卡尔森营养状态指数法对浮游植物进行评价发现2005年9月的玄武湖处于富营养状态,并有向重富营养化过度的趋势。
张哲海[11]等对玄武湖浮游动物、底栖生物和鱼类数量和优势种群进行了研究,发现玄武湖中浮游动物数量达8535-59234个/L,原生动物为优势种,轮虫、枝角类、桡足类年际数量增多幅度最大。
蓝藻爆发期间,玄武湖底栖生物数量为384-480个/m2,优势种为粗腹摇蚊。
鱼类产量下降明显,2004年鱼类数量不足1985年产量的15%。
研究表明,鲢鳙鱼类的急剧减少使大型浮游植物的牧食压力降低,是微囊藻暴发性增殖的主要原因[12]。
曾巾[13]等通过PCR-DGGE分子指纹技术,鉴定出玄武湖底泥中优势微生物属于Proteobacteria,Actinobacteria,Verrucomicrobia和Nitrospira,它们均属于富营养化湖泊中常见的微生物类群。
玄武湖沉积物的微生物群落结构与藻类密集程度也寻在关联,微囊藻水华期间,Proteobacteria、Firmicutes和Baeteroides为主要微生物,而在水华衰退期水体内原有的Hydrogenophaga、Vogesella、Sphingomonas、Exiguobacterium等菌属消亡[14]。
1.3
玄武湖污染源调查与分析
城市湖泊污染源主要分为外源污染和内源污染。
调查结果表明,玄武湖的主要外源污染为入湖沟渠、降雨、生活污水排放,而藻类增殖代谢、底泥污染物释放则是其主要的内源污染。
玄武湖的入湖沟渠采用截留式合流制排水管渠系统,在流量较大时易发生管渠的溢流,溢流的污水对湖泊水环境存在威胁,其中老季亭沟和唐家山沟的溢流污染对玄武湖水质的影响最大[15]。
气象资料显示,玄武湖年均降雨量约为380万m3,降雨洗刷空气中的悬浮尘埃,并溶解地面的污染物,随着地表径流进入玄武湖。
资料显示,入湖雨水的TN浓度为2.55mg/L,TP浓度为0.034mg/L[15],均对玄武湖的富营养化有一定贡献。
玄武湖内的生活污水排放是玄武湖另一重要的外源污染,未经处理的娱乐、公厕、餐厅等场所的污水排放至玄武湖,造成玄武湖有机污染的加剧。
蓝藻爆发是目前国内淡水湖泊面临的主要环境问题。
2007年6月太湖蓝藻爆发,水体溶解氧降低,太湖北部、西北部湖区重度富营养化[16],造成无锡全城饮用水污染。
其中受蓝藻水华影响比较严重的沙渚、小湾里饮用水源地和汞湖的锡东取水口水体中的藻类密度可达到9130万个/L[17]。
研究表明,浮游藻类与水体环境存在相互作用的机制[18],玄武湖局部的蓝藻爆发导致湖区生态系统被破坏,不仅抢夺了其他水生植物的生长资源,同时释放对人类健康危害巨大的藻毒素,对玄武湖水质安全带来重大威胁。
玄武湖水深较浅,底泥中富含营养元素,易受环境因素影响。
据报道,入湖的含磷有机物大部分会吸附在底泥和水中的悬浮颗粒中,而在外源逐步被控制的情况下,沉积物对上覆水释放的氮、磷将成为湖泊富营养化的主要来源[19]。
玄武湖每年底泥释放磷总量约为2.014t,在不考虑外源污染的情况下,底泥磷释放可使玄武湖年均的磷浓度维持在0.101mg/L左右[20]。
彭杜等人对玄武湖底泥分层研究,发现0-20cm处的沉积物磷释放的潜力较大,20-40cm处释放潜力逐渐减小[21]。
因此控制底泥污染是内源污染治理,预防湖泊富营养化最重要的方法之一[22]。
2 玄武湖的污染治理措施与效果评价
目前治理玄武湖富营养化问题主要的措施有疏浚清淤、生态补水和生态修复。
2.1 疏浚
湖泊疏浚作为控制水体污染及富营养化、维持湖泊生命的一种措施,在国内外已被广泛使用,通过挖除湖泊底泥,清除沉积物中的污染物,减少
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