人工调控措施对玄武湖水质的作用范文

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《南京信息工程大学学报》2018年第1期

摘要：对玄武湖实施清淤引水、藻华治理、种群恢复等措施前后的水体数据进行分析，结果表明:清淤引水工程可短时间内降低沉积物中污染物浓度，缓解水体富营养化程度，但从长期效果分析，水体中的营养盐含量并未显著改善．藻华治理能在短期内有效抑制水体中的蓝藻水华，治理后水体各项指标均有提升，水生植物种群得以恢复，是短期改善水体水质的有效方式．在种群恢复阶段与往年相比，水体各项指标均有所改善，持续时间更长，是一种理想的湖泊治理方法．

关键词：清淤引水;藻华治理;种群恢复;溶解氧;生态修复

0引言

南京玄武湖属城市小型浅水湖泊，在20世纪80年代末，玄武湖水质就已达富营养化程度．1996—1998年之间依次实施了污水截流与污水整治工程、清淤疏浚工程、生态工程等手段治理玄武湖水环境［1］．2005年7月，南京玄武湖首次发生大面积以微囊藻(Microcystis)为主要优势种群的蓝藻水华［2］，9月对玄武湖进行应急治理．2005年11月，随着蓝藻被控制，在玄武湖解放门和樱洲西侧湖边浅水区零星出现菹草(Potamogetoncrispus)，2006年3月以后，随气温回升，菹草迅速生长并在较短时间内蔓延至全湖［3］．2006年3月下旬由于菹草过度拓殖，开始对玄武湖菹草进行人工收割，4月开始对植株进行全面收割，种群迅速萎缩．以上这一系列措施会对玄武湖水质产生什么样的影响?本文拟结合南京玄武湖监测资料，分析清淤引水、藻华治理、种群恢复3种措施对水体的影响，为湖泊富营养化治理提供一些理论依据．

1材料与方法

1.1问题背景

1.1.1清淤工程

1998年1月，玄武湖正式开始疏挖，平均去除30cm表层淤泥，完成了3.3km2的清淤任务，清除淤泥量达75.48万m3，按测定的淤积速率0.3～0.7mm/a计算，相当于已清除了40～100a来形成的淤积物，除最小的西南湖为试验进口的吸泥船而带水清淤外，其余两湖区均将湖水抽干，采用的是15～22kW立式泥浆泵和17kW高压水枪组成的水力挖塘机组群(30套)，每套机组每天可清淤3～400m3泥浆，质量分数30%左右，清淤期间，沿途污水停止输入湖内［1］．西北湖于1998年3月7日完工放水;东南湖于4月底完工，1998年10月下旬起抽用经沉淀后的长江水冲换，换水周期约70d［2］．

1.1.2藻华治理

2005年7月，南京玄武湖爆发了大面积蓝藻水华，9月开始采用以改性黏土法为主的治理方式对玄武湖进行应急治理，9月20开始对北湖区进行了治理，9月30日，应用于东南湖的治理，10月16日应用于西南湖，10月31日结束．治理期间共使用改性黏土约300t，湖面喷洒黏土达106.0g/m2［3］．

1.1.3种群自然恢复

2005年11月，菹草主要零星分布在玄武湖湖边的浅水区自然萌发并生长，菹草平均密度:3～5株/m2，株高约3～10cm．自2005年底至2006年2月，仍以湖边浅水区为主，密度达30株(分枝)/m2左右，株高约30～70cm，到2月底，局部地区菹草超过100cm，到达水面;3月后，随气温回升，菹草迅速生长并在较短的时间内蔓延至全湖［4］．2006年4月，由于菹草过度拓殖，南京市从内蒙古包头市购置了2台水草收割机，开始人工收割，割除离水面20～30cm的植株顶部，到4月中旬开始对植株进行全面收割．所以11月为种群恢复前阶段，12月至次年2月为零星生长阶段，2—4月上旬为拓殖阶段，4月中下旬为收割阶段．自此之后，菹草种群在每年均会在玄武湖出现，并持续生长至次年夏季，部分年份因菹草过度拓殖，甚至进行了人工收割．

1.2水质监测

在玄武湖的东南湖、西南湖、北湖区(按方位分为西北湖和东北湖)分别设代表性的点位，记为1#、2#、3#、4#、5#(如图1)，计算并分析其平均值，平均每月采集3次水样，现场测定SD(透明度)、溶解氧(DO)、水温、pH等指标，并取表层水体5cm的水样，带回实验室经预处理后由Skalar水质流动分析仪(荷兰)测定水体TN、TP等指标［5］．高锰酸盐指数(CODMn)采用高锰酸钾酸性法［5］滴定测得，BOD5用江苏省电分析仪器厂生产的880型数字式BOD5仪测定．

1.3数据分析

所有数据均用Excel软件进行统计分析及图表制作．

2结果与分析

2.1清淤引水工程对水质的影响

由图2a可见，玄武湖经清淤疏浚工程治理，SD得到提高，治理前1995—1997年SD一直处于下降趋势，1997年到达最低点，仅为24.2cm，工程实施当年较之前开始显著回升，达28.6cm，较1997年升高18.2%，之后两年SD处于上升趋势，2000年达到的37.4cm，但于2002年降至26.8cm，低于工程实施的1998年．由图2b可见，进行清淤疏浚治理前，水体TN年平均值为3.9～5.3mg/L，1996年达到最高点，为5.3mg/L，在治理当年TN含量下降至4.26mg/L，1999年下降至历年最低，仅2.5mg/L，但于2000年，TN含量又跃升至4.9mg/L．工程实施前水体TP含量均大于0.3mg/L，清淤疏浚工程的当年，水体中的TP含量较前未显著降低，治理后的1999年，TP含量有所降低，但于2000年又恢复至治理前水平．由图2c可见，水体Chla含量1997年达最高，经治理后第二年达最低，较1997年降低52.6%，2000年又有所升高，且超过1998年含量．

2.2藻华治理阶段水质

由图3a可见，水体经应急治理，DO含量升高，治理前平均DO含量为7.67mg/L，最低日仅6.14mg/L，治理中平均DO含量升至8.73mg/L，最高日达为11.00mg/L，经应急治理后升至9.52mg/L，治理中和治理后分别较治理前提高了13.8%、24.1%，但差异不显著(P＞0.05)．平均SD得到改善，治理前SD平均为20cm，其中最低仅10cm，治理中升至41cm，治理后为56cm，最高达67cm，治理中、治理后分别较治理前提高了103.0%、179.5%，治理中较治理前改善不显著(P＞0.05)，治理后改善显著(P＜0.05)．由图3b可见，平均TN含量呈下降趋势，治理前平均TN含量为4.59mg/L，最高达7.07mg/L，治理中降为1.59mg/L，最低仅1.06mg/L，治理后略有回升，平均为1.66mg/L，治理中和治理后较治理前分别降低65.3%、54.1%，后两阶段较治理前改善显著(P＜0.05)．平均TP含量呈下降趋势，治理前平均TP含量为1.90mg/L，最高达4.30mg/L，治理中平均TP含量降至0.70mg/L，最低仅0.19mg/L，治理后降至0.25mg/L，最低仅0.09mg/L，后两阶段较治理前分别下降了45.6%、74.5%，差异显著(P＜0.05)．由图3c可见，平均pH值略有降低，治理中平均pH值由治理前的9.1降至8.4，治理后平均为8.7，但差异不显著(P＞0.05)，后两阶段分别较治理前降低了7.2%和4.3%．

2.3种群恢复对玄武湖水质的影响

由图4a可见，玄武湖的SD在菹草种群恢复前、零星生长阶段和拓殖阶段呈逐渐升高趋势，收割阶段后有所降低，其中恢复前阶段SD仅为55.5cm，零星生长阶段上升为103.7cm，拓殖阶段SD最高为118.8cm，收割阶段降至92.0cm．水体DO含量在菹草零星生长阶段最高，达10.7mg/L，快速拓殖阶段也高于恢复前，收割阶段降为6.8mg/L．由图4b可见，水体TN含量在恢复前阶段为2.09mg/L，零星生长阶段有所升高，达2.84mg/L，拓殖阶段有所降低，为2.69mg/L，收割阶段迅速降低，降至1.24mg/L，较拓殖阶段降低56.2%．水体TP含量在恢复前为最高，为0.25mg/L，从零星生长阶段至收割阶段持续降低，零星生长阶段为0.14mg/L，拓殖阶段升至0.94mg/L，收割阶段的TP含量有大幅度的下降，降至0.05mg/L，较恢复前降低78.0%．由图5a可见，2003—2005年玄武湖未出现大量菹草种群，水体SD一直较低，2006年菹草种群出现阶段水体SD均高于往年．由图5b、5c可见，2006年1—3月，菹草缓慢生长阶段，水体TN含量均高于往年，4月菹草迅速拓殖，经收割后，各湖区仍有小面积菹草种群存在，水体TN含量迅速降低，并低于往年水平．水体TP含量自菹草从零星生长至大面积拓展，再至小面积存留阶段，水体TP含量一直低于往年水平．

3讨论

水体富营养化治理过程中，当污染外源得到有效控制之后［6］，对内源氮磷污染的研究显得格外重要［7］．清淤就是控制內源污染释放的一个有效手段，但清淤工程在清除內源污染的同时，也破坏水生生态系统原有组分．在生态系统结构较完善的水土界面，死亡藻类的残体往往可以得到分解，残体中的氮经过氨化、硝化及反硝化等一系列过程，一部分可重新回到水体中，一部分以气态形式逸散到大气，还有一部分仍留在残体中，因此沉积物中总氮的含量能够维持平衡．清淤破坏了水土界面原有的生态系统，死亡藻类的分解受到影响，可能是清淤后沉积物中TN含量上升的原因之一，同时清淤治理打破了原先存在于玄武湖底泥与水体之间的磷循环的平衡，导致释放在水体中的TP的含量升高，因此清淤过后要进行一定程度的生态修复，才能解决水环境问题［1］．营养盐升高也是导致水体藻类继续增殖的一个重要因素，故水体Chla含量在治理后又恢复至治理前的水平.

4结论

由以上分析可知，3种手段在治理湖泊富营养化问题上，清淤引水工程可短时间内降低沉积物中污染物浓度，缓解水体富营养化程度，但因该措施对水土交界面产生了扰动，破坏了水体原有的生态系统，治理后水体中的营养盐含量等指标会很快恢复至治理前水平，成效并不显著．以改性黏土法为主的藻华治理，有效抑制了水体中的蓝藻水华，治理后水体各项指标均有提升，水生植物种群得以恢复，湖泊景观得到改善，是短期改善水体水质的有效方式．在种群恢复阶段与往年相比，水体SD和DO得到提高，TN、TP含量下降，说明菹草的种群恢复在改善湖泊环境和提升水质方面起到了重要作用．相比于清淤引水和藻华治理工程，种群恢复对湖泊水质的改善效果更明显，而且持续时间更长，是一种理想的湖泊治理方法．因此，在进行湖泊富营养化的治理过程中，以控制外源污染为前提，实施生态修复，建立以高等水生植物为优势群体的生态系统，是一种有效的措施．但在玄武湖生态恢复过程中，由于菹草单一种群的出现，无其他竞争物种存在，容易使单一种群过度拓展，后期死亡时，会造成二次污染，故此阶段可适当进行逐步收割，不仅可使种群不断扩展，还可以使水体营养盐携带出系统．因本文仅研究了菹草一种种群出现对水体的影响，带有一定的局限性，如何合理有效地进行种群恢复，仍然是水体生态修复未来研究的重点．

作者：肖琼；王锦旗