藻华聚积及污水入流对太湖上下层水体营养盐含量的影响

通过采集太湖水体鲜藻和入湖区混合常见污水,应用再悬浮发生装置,室内模拟有底泥参与的不同藻类聚积和不同CODCr含量污水进入条件下,太湖西北竺山湖区水质上下层水体中SS,NH3-N及PO43-质量浓度的变化过程。分析结果表明:在7 d的常见风浪模拟环境中,无论加入藻类还是加入污水,太湖上下层水体中SS质量浓度均呈下降趋势,表明颗粒物有向水底沉降的可能;水体中的NH3-N和PO43-质量浓度并未因藻量增加而上升,反映出鲜藻此时对水体中的N和P呈吸收作用;污水添加量的增大则使试验水柱中NH3-N和PO43-质量浓度上升,并大致随时间的增加呈逐步上升的趋势。     

太湖西部湖区滨岸带风浪时空分布特征及其影响

风浪是导致太湖西部湖区的滨岸带出现淘刷侵蚀的主要因素之一,为了明晰太湖西部湖区滨岸带受风浪的影响,利用太湖长序列风场数据,结合浪高计算公式创新性地提出了一种风浪影响指数分析方法,并揭示了该影响指数的时空分布规律。研究发现,太湖西部湖区滨岸带大部分区域受东风和东南风的影响较大,而竺山湖东岸区域浪高却受西风和西北风影响较大。研究成果可以为未来太湖滨岸带修复和环湖大堤防浪工作提供理论支撑。     

内外源共同作用对太湖营养盐贡献量研究

本文根据环太湖25条主要入湖河流的监测结果对入湖水量及污染物输入量进行分析,计算了不同季节外源对太湖营养物质的贡献量。分别于春、夏、秋、冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展5次野外试验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算沉积物的再悬浮通量,并建立其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行7次静沉降试验,计算悬浮物的静沉降通量,并建立其与风速关系。以3.7m/s为界对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,并利用近10年的风速资料估算太湖年均内源释放量。计算结果表明,全年外源负荷和内源释放对太湖营养盐的贡献总量COD为24.23万t、总氮为3.80万t、总磷为2 045.20t,其中内源所占比例分别为20.47%,20.44%和13.47%外源、内源对太湖的贡献量在不同季节有较大差异,夏季贡献量最大,春季次之。风浪作用下的COD、TN释放量只相当于外源输入量的25.7%,而TP释放量仅相当于外源输入量的15.6%。外源输入量对营养盐的贡献占据相当高的比重,太湖河道入湖污染负荷的增加是太湖水质恶化的根本原因。     

太湖梅梁湾水源地通过生态修复净化水质的试验

通过在太湖实施的试验研究,发现富营养化水体营养盐浓度的增加会导致附着在水生植物上的附着生物增加,对水生植物(主要是沉水植物)的光合作用造成胁迫,从而说明草型湖泊生态系统的恢复,首先必须降低营养盐浓度,因此,通过恢复水生植物来净化水质是不现实的。与营养盐浓度相比,风浪、光照、鱼的牧食等都不是根本的影响因素。根据调查,示范区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物悬浮,影响水环境质量,而蓝藻水华易于在此堆积,这些都是影响该水域水质的主要因素。为此,在生态净化方面,以恢复漂浮植物和浮叶植物为主来净化水质,在工程净化措施方面,提出了消浪和控藻等工程措施,以及布设人工介质(渔网)富集附着生物来净化水质等措施。经过3年的实施,示范区的水质改善已经取得初步成效。     

基于马尔科夫模型的太湖水质综合评价

对2000—2005年太湖整个湖区水质监测资料进行分析,得出不同湖区水质浓度均值,采用灰色聚类法对各湖区水质进行评价,并根据马尔科夫模型计算各湖区水质季节变化的相对进步度。结果表明:太湖水质的时空差异性较大,竺山湖和梅梁湾的水质最差,为Ⅴ类,而东太湖和东部湖区水质相对较好,为Ⅱ类;不同的水质指标中,NH3-N的空间差异性最大,TN、TP,CODMn的空间差异性相对较小,表明城镇污水是太湖的主要外源污染;竺山湖和梅梁湾的水质季节性变化最大,在夏秋季水质相对较好,冬春季水质相对较差,其他湖区的水质季节性变化很小。     

太湖蓝藻生长与水质、气候因素的相互作用分析

根据2001-2018年太湖湖体水资源质量评价指标、主要污染物浓度指标,以及1980-2010年环太湖气象观测站累年日均气象要素观测值,利用区域相关指标分析水质和气象两方面对太湖蓝藻水华的影响情况和作用机理。结果表明:①近二十年太湖湖体各污染物浓度指标在不同程度上都呈现下降趋势,其中总氮、氨氮浓度变化最为明显,分别下降54.4%、 25.1%。2008-2017年,经过十年治理,太湖已完全消除重度富营养状态,平均营养指数在60.5-63.5之间波动,且占比稳定,部分湖区已达到轻度富营养化。②叶绿素a与总氮和氨氮、总磷和高锰酸盐指数相关系数绝对值呈现出变化同步性,说明二者共同作用于蓝藻生长。其中,总氮和叶绿素a的相关系数在0.237-0.752之间,呈现低度相关;高锰酸盐指数与叶绿素a的相关系数最大为0.885。③环太湖地区在蓝藻爆发期(即7-8月)气温接近30℃时,风速主要分布在2.5-3m/s,在蓝藻复苏、生长期(即4-5月)气温小于20℃、风速介于2-3m/s的发生概率最大,为39.3%,为蓝藻提供了极其适宜的生长条件,使得夏季更容易出现大面积水华爆发。     

太湖无锡水域水质变化特征及原因分析

基于2010～2017年太湖无锡水域水质监测数据,研究了太湖无锡水域主要水质指标的变化特征及其与蓝绿藻密度和入湖污染物浓度之间的关系。结果表明:①太湖主要水质监测指标总体呈好转趋势,除化学需氧量、总氮和总磷外,pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮均达到了国家Ⅲ类水标准;②各湖区比较发现,2012年以后,湖心的总磷浓度明显上升,其他指标平稳或有所下降;③藻类密度与pH值(r=0.685)和总磷(r=0.677)浓度呈显著正相关(P 0.05),而与氨氮(r=-0.536)和总氮(r=-0.548)呈显著负相关(P 0.05);④入湖氮污染物是太湖主要污染来源,太湖总氮、氨氮浓度随入湖污染物浓度的升高而呈上升趋势。研究表明:太湖蓝绿藻密度与pH值、氨氮、总氮、总磷的相关性较高,在一定浓度范围内,与氨氮和总氮呈负相关关系,与总磷浓度呈正相关关系。此外,蓝绿藻密度的变化趋势较总磷浓度的变化趋势存在一定的滞后性。     

环太湖河流入湖水质控制浓度分析

以《太湖流域水环境综合治理总体方案》中2012年和2020年太湖水质保护目标为基础,结合太湖现状水质,确定太湖各湖区水质保护目标。选择1976年型降雨条件,采用太湖二维水量水质模型调算,获得满足太湖各湖区水质保护目标条件下的各湖区对应环湖河道水质控制浓度。     

太湖富营养化主要指标及营养水平变化分析

分析了太湖1980-2011年富营养化水质指标的变化情况,同时利用水质富营养化评价结果,分析了2002-2011年不同湖区营养水平的变化特征。结果表明:太湖富营养化水质指标整体呈上升趋势,虽然TN和TP在1996年后开始降低,但仍处于较高水平;NH+4-N和Chl-a的最高值出现在2006年;TN和NH+4-N具有相似的月间变化特征,但是NH+4-N的极值较TN提前一个月出现;CODMn和Chl-a呈单峰的月间变化特征,而TP的月间变化呈双峰特征。西部沿岸区和五里湖的水质改善明显,梅梁湖、竺山湖和南部沿岸区水质改善不明显,东部沿岸区和东太湖水质呈恶化趋势。太湖不同湖区富营养水质出现频次的月变化特征也非常明显。     

太湖典型风场作用下的水位特征研究

水位是关系太湖流域水安全问题的核心水动力参数.风场是太湖水位的决定性因素,但是两者间的相互关系尚不明确.本文基于原型观测试验采集的风场和水位数据,分析了SE和NE两种典型风场持续作用24h情况下,太湖6处水位站点的水位分布特征,总结了太湖水位对不同风速的响应关系.研究结果表明：地理位置决定了太湖水位站点的相关性,湖区北部犊山闸站和大浦口站间和南部洞庭西山站、小梅口站和吴溇站间的相关关系均较为显著;SE风向作用下,太湖水位分布特征与风速有关.9m/s风速作用下,太湖水位随风程增加而增加.5m/s左右风速作用下,太湖水位分布特征并不严格符合这一规律;NE风向作用下,太湖水位基本符合随风程增加而增加的规律,水深相同情况下,风速与环湖水位差正相关,风速相同情况下,水深与环湖水位差负相关.     

太湖波动特征分析

浅水湖泊中，富营养化程度除了依赖于外源输入外，内源释放亦是举足轻重，而底泥中的内源释放主要源于风强迫作用下形成的水面波动和底层湖流产生的剪切作用．并且波浪产生的切应力远大于底层湖流产生的切应力。此外．湖岸边界处的波浪作用够侵蚀岸堤，造成泥沙堆积而由此导致航道淤积．波浪作用引起的对水体中营养盐的水平和垂直输送会造成整个湖体中不同地区的水质差异．这也是太湖蓝藻水华爆发具有季节性和区域性的原因之一。本文基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据．分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并利用验证后的浅水波浪模式．对太湖中冬、夏季盛行风作用下的易悬浮区域做了计算，发现夏季东南风作用下．西北沿岸带由其水浅和风的吹程较大而易引起的底泥悬浮．而冬季受西北风影响时易悬浮区域位于太湖东南部。     

Impacts of wind waves on sediment transport in a large,shallow lake

Lake Okeechobee is a large, shallow subtropical lake, located in south Florida. Over the last several decades, Lake Okeechobee has experienced accelerated eutrophication due to excessive phosphorus loads from agricultural run‐off. Recycling of phosphorus from bottom sediments through resuspension is critical to addressing eutrophication of the lake and for water quality management. The present study investigates the impacts of wind waves on sediment transport in Lake Okeechobee, using measured data and the Lake Okeechobee Environmental Model (LOEM). The LOEM was fully calibrated and verified with more than 10 years of measured data in previous studies. Analysis of the measured data indicates significant wave height (SWH) and suspended sediment concentration are closely correlated to the wind speed in the lake. The nonlinear interaction of high‐frequency wind waves with relatively low‐frequency currents in the boundary layer plays a key role in sediment deposition/resuspension. Without considering the effects of wind waves, the bottom shear stress can be greatly underestimated. The spatial variations of key variables for sediment modelling, including SWH, water depth, orbital velocity, current velocity, bottom shear stress and sediment concentration, are discussed. In general, the near‐bottom wave velocity (and the associated bottom shear stress) is greater than or the same order of magnitude as the near‐bed current velocity (and the associated bottom shear stress) in this shallow water system. Although the sediment zones of Lake Okeechobee were described in previous studies, few published papers discussed its formation mechanisms. The findings of the present study include that the multiyear averaged bottom shear stress with wind‐wave effect plays a key role in forming the spatial patterns of the sediment zones. The study results are currently being used in lake management and in developing strategies for reducing phosphorus in the lake.     

太湖长兜港固体悬浮物再悬浮的室内模拟

定量研究浅水湖泊动力扰动与沉积物再悬浮的关系,目前仍是湖泊研究中的难点之一。实验利用再悬浮发生装置,对太湖长兜港沉积物风浪扰动进行室内模拟,建立扰动强度与有效波高之间的关系,定量分析风浪对太湖水体中悬浮物的影响及固体悬浮物在水体中的垂向分布,初步得出风浪对太湖沉积物扰动深度一般在毫米级的结论。     

太湖水龄与水力停留时间关系及参数敏感性

为了确定太湖水龄与水力停留时间的关系及各主要影响因素的权重,从水龄和水力停留时间的概念出发,耦合对流扩散与一阶降解方程,构建了一种改进的湖体水龄数学模型,并对模型进行了参数率定与验证,同时采用标准化多元逐步回归方法对太湖的出入湖流量、风向、风速和初始水位进行了敏感性分析。结果表明:水龄的概念可以认为是理想化情况下物质质量浓度因物质降解而下降至0所需的时间,与水力停留时间之间存在63%的比例关系;出入湖流量、风向、风速和初始水位4个影响因素的权重分别为64.41%、8.56%、9.57%和17.46%,出入湖流量与初始水位是影响水龄的决定性因素。     

环太湖出入湖水量影响因素分析及对策措施研究

在收集整理1986—2007年环太湖河道出入湖水量实测资料的基础上,利用面积包围法及相关法,以太湖流域水资源四级分区为统计单元对环太湖出入湖水量进行计算分析。结果表明:降雨、水资源调度及太湖直接取水户取水量变化为影响出入湖水量变化的主要因素。建议水行政相关部门建立健全水资源监控系统,并加快制定和实施太湖水量分配方案,加强取水许可监督工作。     

水质标识指数法在赣江尾闾段水质评价中的应用

赣江为鄱阳湖的重要补给水源,赣江水质对鄱阳湖生态有着重要影响。本文以电导率（EC）、浊度（TUR）、悬浮物（SS）、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH₄-N）、硝态氮（NO₃-N）以及化学需氧量（COD）作为赣江水质评价指标,采用水质标识指数法对赣江尾闾段2015年10月30日、12月4日以及2016年1月12日、3月10日和5月30日5个时间点、3个支流、8个监测点的水质进行综合评价分析。分析结果表明：采用主要污染物水质标识指数法（PP-WQI）所得赣江下游北、中、南支流污染指数分别为3.84（COD）、3.53（COD）、3.84（COD/SS）,综合水质标识指数法（CWQI）所得污染指数分别为3.8077、3.5003、3.7465;水质介于Ⅲ类和Ⅳ类之间,属于轻度污染,主要污染物为COD、TN和SS。水质在空间上表现为中支较好,南支和北支较差,上游优于下游;在时间上表现为夏季（5月30日）最差,冬季最好（12月4日和1月12日）。     

湖泊风浪特性及风浪要素的计算

对太湖风浪观测资料的分析，得到了浅水湖泊中波高、波周期的统计分布，以及特征波要素之间的关系。采用自相关涵数法和最大熵法进行谱分析，得出了相应的无因次谱。文中的湖泊风波计算方法可供计算水库风浪参考。     

Identification of nitrate sources in Taihu Lake and its major inflow rivers in China, using δ(15)N-NO(3)(-) and δ(18)O-NO(3)(-) values

In the present study, δ(15)N and δ(18)O-NO(3)(-) values, as well as concentrations of some major ion tracers were determined in seasonal water samples from Taihu Lake and major watersheds to investigate the temporal and spatial variations of nitrate sources and assess the underlying nitrogen (N) biogeochemistry process. The results lead to the conclusion that the nitrate concentrations in Taihu Lake are lower in summer than that in winter due to the dilution effect of wet deposition. In winter, sewage and manure were the primary nitrate sources in major inflow rivers and North Taihu Lake (NTL), while nitrate sources in East Taihu Lake (ETL) probably derived from soil organic N. In summer, atmospheric deposition and sewage/manure inputs appear to play an important role in controlling the distribution of nitrates in the whole lake. The δ(18)O-NO(3)(-) values suggest that the nitrate produced from microbial nitrification is another major nitrate source during both winter and summer months. The variations in isotopic values in nitrate suggest denitrification enriched the heavier isotopes of nitrate in NTL in winter and in ETL in summer.     

基于灰色关联的太湖流域水质评价

采用灰色关联分析法对太湖流域水质进行评价,详细介绍了灰色关联分析法应用于太湖流域湖州新塘港水环境质量进行评价的过程,该方法采用太湖流域浙江湖州新塘港水体断面的影响因子:溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮的实测浓度组成参考数列,各因子标准浓度组成比较数列,计算参考数列与比较数列的关联度,按其大小确定综合水质级别。研究表明该地区水环境质量较差,并指出了治理太湖流域的建议性措施。