太湖蓝藻水华空间堆积特征及其对控藻工程的影响研究

发布时间：2020-11-22 05:12

　　 蓝藻水华是湖泊富营养化过程中较为严重的生态问题。太湖、巢湖、滇池等“三湖”的高强度蓝藻水华成为我国湖泊污染治理的标志性生态问题,而太湖的蓝藻水华还会大量堆积腐烂,引发“湖泛”生态灾害,并在2007年5月因“湖泛”灾害引发了无锡市饮用水危机事件,使得导流、清淤、打捞等蓝藻水华治理的工程措施和湖泛巡查、监测预警等成为太湖蓝藻水华控制工程中的重点内容。然而,蓝藻水华漂浮水面,随风堆积,给蓝藻水华控制工程带来的较大挑战;蓝藻水华局部沉积,又给湖泛发生带来的新的风险。为此,迫切需要摸清蓝藻水华的空间变化规律,提高“控藻工程”的效率,防治控制工程的次生灾害。本研究依托水体污染控制与治理国家重大科技专项“梅梁湾蓝藻水华控制与藻源性有机物处置技术集成与工程示范”课题(2017ZX07203-001),采用湖体蓝藻水华相关指标的高密度、多水层野外调查与表层湖流的GPS粒子漂移追踪相结合,研究分析了风场作用下大型浅水湖泊蓝藻水华及其相关水质指标的时空分布特征与变化规律;通过对饱受蓝藻水华影响的梅梁湾连通城市河道梁溪河蓝藻水华物质及其相关水质指标进行逐日高频采样监测,分析了湖泊蓝藻水华对连通河道水质的影响规律,提出了优化河道水质的调水管理策略;并开展了太湖典型蓝藻打捞点、藻水分离站附近水域水质、底质、藻情的调查研究,评估了蓝藻打捞控制工程对附近水体诱发湖泛的风险。基于上述研究,得到如下结果:1、大型浅水湖泊中的蓝藻水华空间分布堆积受风场的影响极大:梅梁湾表层湖流对同步风场变化响应迅速,湖流方向与风向有较高匹配度,当平均风速为1.9 m·s~(-1)、2.3 m·s~(-1)时,用粒子平均漂移速度表征出表层流速分别为3.0 cm·s~(-1)和5.0 cm·s~(-1);在风场作用下浅水湖泊水体中蓝藻水华物质空间格局及动态变化有较大的影响,颗粒物营养盐与蓝藻水华变化的一致性高,溶解态营养盐与蓝藻水华物质空间格局的一致性较差。2、沿岸蓝藻水华物质打捞对大型湖泊蓝藻水华的抑制作用有限:依据高密度布点调查估算,仅表层20 cm,梅梁湾水域的蓝藻干物质赋存量约396t,平均每日打捞量仅占当日湖湾表层赋存量的8.8%;夏季3个月梅梁湾排入梁溪河的蓝藻水华颗粒物总量可达9733 t,与无锡市全年打捞藻泥量相当;以目前打捞能力只能去除少量漂浮在表层的蓝藻颗粒;对湖体蓝藻水华赋存量的清除能力有限,蓝藻水华物质打捞的定位应该是蓝藻聚集时的原位应急控制方法。3、蓝藻水华发生湖区对连通河道水华和水质影响巨大:由湖泊进入连通河道的水华颗粒物通量日变化很大,夏季调查期间进入梁溪河的藻颗粒通量介于75~496 t·d~(-1),平均值为105 t·d~(-1)。通量大小主要受水文气象条件控制,水量、温度和风向是最主要的影响因素;携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,在显著改善城市河道水体溶解氧、氨氮等指标的同时,也显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,对溶解态氮磷影响较小;空间上,因蓝藻颗粒带来的氮磷浓度随离湖距离的增加而下降,水体叶绿素浓度也迅速下降;河湖连通过程尽管能有效缓解湖泊的湖泛灾害,解决城市河道黑臭的问题,但是对河道的营养盐等指标会产生较大影响。4、湖滨带河口区的蓝藻水华打捞作业及藻水分离站运行增加该区域湖泛灾害风险:打捞点大量的蓝藻水华聚集致使表层水体氮磷营养盐浓度增高,影响水质达标,未完全打捞的蓝藻颗粒在秋冬季节大量下沉至表层底泥休眠,导致表层沉积物氮磷营养盐及有机负荷增加,为湖泛的发生提供了充足的内源供应潜力,在打捞不及时的情况下存在较大湖泛发生的风险。基于上述研究我们建议:(1)科学定位湖泊蓝藻水华打捞的作用,蓝藻水华打捞主要用于滨岸带过度堆积水华的湖泛灾害防控;(2)科学管理蓝藻水华湖泊连通河道的泵站运行,根据湖泊水华防控或河道水质达标等不同目的,在不同的风场、藻情背景下实施水力交换通量动态调整;(3)加强对湖泛打捞点、藻水分离站附近水域的底泥和水质管控,避免控制工程引发新的湖泛风险和水质问题。本研究成果为具有我国水污染控制实践特色的湖泛预警和蓝藻水华灾害控制提供了科学依据。
【学位单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X524
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 湖泊蓝藻水华和湖泛发生机制与危害
        1.2.1 蓝藻水华形成机理
        1.2.2 湖泛形成机理
        1.2.3 蓝藻水华和湖泛的危害
    1.3 太湖蓝藻水华问题及控制对策
        1.3.1 太湖概况
        1.3.2 太湖富营养化问题
        1.3.3 太湖富营养化控制措施及对策
    1.4 选题依据及意义
        1.4.1 太湖富营养化面临的挑战
        1.4.2 太湖控藻工程存在的问题
    1.5 研究内容与目的
第2章 风场对梅梁湾蓝藻水华及营养盐空间分布的影响
    2.1 材料与方法
        2.1.1 研究区域概况
        2.1.2 采样及实验方法
        2.1.3 数据处理方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 表层流方向及速度的表征
        2.2.2 叶绿素a及营养盐空间分层分布
    2.3 讨论
        2.3.1 风场对漂浮蓝藻水华物质空间格局的影响
        2.3.2 风场作用下蓝藻水华物质迁移对水质的影响
        2.3.3 风场变化对连通河道配水工程的水质的影响
        2.3.4 梅梁湾蓝藻赋存量估算及其对蓝藻水华打捞的指示意义
    2.4 本章小结
第3章 梅梁湾蓝藻水华对连通河道梁溪河水质的影响
    3.1 材料与方法
        3.1.1 监测方案
        3.1.2 水质分析方法
        3.1.3 河道水华藻颗粒物质通量测定与估算
        3.1.4 水文气象数据来源及处理
    3.2 结果与分析
        3.2.1 梁溪河水质的逐日变化
        3.2.2 梁溪河水体藻颗粒及水质的空间变化
        3.2.3 梁溪河交换藻通量的估算
    3.3 讨论
        3.3.1 高藻湖水入河对河道溶解氧的影响
        3.3.2 高藻湖水入河对河道营养盐的影响
        3.3.3 影响藻颗粒通量的因素
        3.3.4 基于藻情考虑的调水方案优化分析
    3.4 本章小结
第4章 蓝藻堆积点对周围水域水质及沉积物的影响
    4.1 材料与方法
        4.1.1 研究区域概况
        4.1.2 样品采集及实验方法
        4.1.3 数据处理方法
    4.2 结果与分析
        4.2.1 各打捞点水质基本理化因子性质
        4.2.2 水体及沉积物指标随距离打捞点远近的变化
    4.3 讨论
        4.3.1 打捞点蓝藻水华对表层水及沉积物的污染
        4.3.2 蓝藻打捞点湖泛发生潜力与风险
        4.3.3 对打捞点水质安全管理的建议
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 主要研究结论
    5.2 不足与展望
参考文献
致谢
在学期间的科研情况

【参考文献】

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