綜合保護工程后水環(huán)境保護與水生生態(tài)系統(tǒng)重建對策研究

XX西湖湖西綜合保護工程后水環(huán)境保護與水生生態(tài)系統(tǒng)重建對策研究一、研究結(jié)果1.2002年以來西湖水質(zhì)變化（1）透明度動態(tài)變化西湖作為世界著名旅游湖泊，其透明度感觀是首要指標，也是充分發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)價值的關(guān)鍵。2002年-2004年西湖水域的透明度情況：小南湖透明度最高，北里湖透明度最低，其余樣站透明度相似。除小南湖外各樣站透明度變化趨勢相似，1-4月較高，6-10月較低，此后透明度緩慢升高。2003年水質(zhì)變化趨勢與2002年不同，各樣站透明度1-6月與2002年相似，都為80cm以下，從10月開始小南湖透明度明顯改善，在12月達到200cm左右，而其余各樣站透明度也明顯好轉(zhuǎn)。2004年小南湖水質(zhì)明顯優(yōu)于其他水域，最高達250cm，各樣站1－2月較好，其后有下降趨勢，但優(yōu)于同期上兩年度透明度值。從3年平均值比較，2003年西湖水體透明度優(yōu)于2002年，小南湖透明度最高，北里湖透明度最低。2004年西湖水體透明度優(yōu)于2003年，特別是2004年實施西進工程后，小南湖水體透明度有明顯改善，岳湖、西里湖全年透明度也有不同程度提高。由于在錢塘江取水后采取沉淀、混凝等工藝有效去除懸浮顆粒物，大大增加了水體透明度，促進小南湖水域透明度有良好改善。（2）溶解氧動態(tài)變化溶解氧是藻類代謝過程中重要條件。2002年西湖各樣站的溶解氧除小南湖，其余各樣站在5月及8－9月有兩個高峰值，10－11月溶解氧最低，北里湖、小南湖僅達Ⅲ類水體標準。2003年總體情況與2002年明顯不同，2003年1－2月、12月溶解氧較高，除小南湖外，其余各樣站2003年2月后溶解氧逐漸下降，7、9月較低，9月逐漸上升。2004年同期各樣站溶解氧差別不大，各樣站溶解氧變化情況相似，1－5月較高，6－10月較低，11－12月溶解氧有所上升。從各樣站平均值看，2002年各樣站溶解氧差異較大。小南湖最低為7.39mg/l，北里湖、西里湖最高分別達11.36mg/l、11.39mg/l。2003年各水域溶解氧差異不大，在8.3－9.8mg/l之間，總體溶解氧均達到Ⅰ類水質(zhì)標準。2004年各水域溶解氧差異很少，在9.1－9.7mg/l之間。水體的溶解氧含量是一個表征水質(zhì)狀況的指標，受水溫、氧分壓、水生生物及污染狀況影響，隨時間和空間的變異而變化。對于有藻類大量生長的富營養(yǎng)湖泊來說，一方面，藻類的呼吸作用消耗氧氣，而另一方面，能進行光合作用的一些藻類則在光合作用過程中，消耗二氧化碳，釋放氧氣。因此，在富營養(yǎng)湖泊的表層，藻類的光合作用非常活躍，由此增加的氧氣要比呼吸作用消耗的大2-3倍，造成湖泊表層水中溶解氧含量達到飽和或過飽和。據(jù)報道，溶解氧高時，可達飽和值的150%，這可能是北里湖溶解氧較高原因之一。（3）pH動態(tài)變化富營養(yǎng)湖泊中，藻類光合作用吸收水中的二氧化碳，放出氧氣，使水體pH升高。同時，水體的pH對湖泊的初級生產(chǎn)力又有相當顯著的影響。西湖2002年至2004年pH基本穩(wěn)定，即pH一般在7.5－9之間，變化不大。各樣站差異也不大，只是2004年9月pH有一個相對較低值，可能與西湖調(diào)入錢塘江水體pH較低有關(guān)。但總體上西湖水體偏堿性，pH對湖泊初級生產(chǎn)力的影響表現(xiàn)在如藍藻在高pH條件下可以很好生長，湖水堿化延長了再懸浮沉積物在水中的滯留時間，增加了湖水對可見光的吸收，降低了湖水的透明度，從而降低了西湖作為風(fēng)景旅游湖泊的價值。（4）CODMn動態(tài)變化CODMn通常作為水體受到有機污染物和還原性無機物污染程度的綜合指標。2002年各樣站（小南湖除外）CODMn在6月和9月有兩個峰值，特別是9月，僅達到五類水標準，最好月份如1月2月可達到一類水質(zhì)標準，小南湖CODMn較低，一般均可達到一類水質(zhì)標準，僅9月較差為四類水標準。總的看全年CODMn變化較大，夏季較高。2003年各樣站CODMn呈振蕩趨勢，在7月9月份有峰值，以9月份CODMn最高，但比2002年要好，部分可達四類水標準。2004年各樣站CODMn也呈振蕩趨勢，在5月和10月有兩個峰值，但總體比2002、2003年均要好些。從3年均值看各樣站CODMn2003年均高于2002年，兩年各樣站CODMn高低情況相似，即小南湖最低，北里湖最高，這與透明度高低情況相一致。2004年岳湖、西里湖、小南湖CODMn與2002年相似，而少年宮和北里湖的年均CODMn值高于2002、2003年。CODMn是反映地表水體受到有機污染物和還原性無機物污染程度的綜合指標，2003和2004年各樣點年均CODMn的含量增加，反映有機污染物控制仍任重道遠。（5）懸浮物（SS）動態(tài)變化水體中的SS往往與混濁度及透明度關(guān)系密切，水中不溶解物質(zhì)越多，混濁度越高。2002年西湖各樣站懸浮固體除西里湖外，在10月有最高值（西里湖為9月）其余各月呈反復(fù)振蕩趨勢，最低值各樣站各月均不同。2003年西湖懸浮物除少年宮、小南湖外仍在10月份有最高值，其余各月呈振蕩趨勢且變幅比2002年大。2004年各樣站懸浮物差異很大，各樣站的高峰值與低值并不一致，一般3、8月有高值，5月有較低值。從3年均值看，各湖區(qū)SS的含量變化趨勢有一定差異，小南湖、岳湖、西里湖SS濃度下降，這與污水水體凈化措施有關(guān)，但少年宮、北里湖SS有所增加，少年宮水域SS增高可能與船只頻繁對湖底沉積擾動造成顆粒物再懸浮有關(guān)。（6）總氮動態(tài)變化富營養(yǎng)化實質(zhì)上是指水體初級生產(chǎn)力異常增大的現(xiàn)象，支配初級生產(chǎn)力的營養(yǎng)性物質(zhì)是富營養(yǎng)化主要控制因子，據(jù)利比希最小因子定律，N是水體富營養(yǎng)化主要限制元素之一。2002年西湖各樣站總氮1月、12月較高，6月一般最低（少年宮5月），隨后逐漸上升。2003年，最初兩月各樣站總N含量較高，6、7月較低，其變化趨勢與2002年相似，但12月峰值不存在。2004年3月各樣站總氮含量有最高值，隨后逐漸降低，8月有最低值，8月后總氮含量又有所增高。從年平均值看，全水域總氮2002、2003年相差不大，2003年總氮略低于2002年，兩年總氮含量呈主湖區(qū)（即小南湖，外湖心，少年宮）低于外湖區(qū)（即北里湖，岳湖，西里湖）。而2004年除北里湖有所降低外，各樣站總氮含量都有所增加。西湖水體的總氮含量一方面受錢塘江引水影響，另一方面說明現(xiàn)有控制水體污染措施對總氮去除效果還未顯現(xiàn)。特別是進水口小南湖總氮水平并不低，2004年還有明顯增加，超過五類水質(zhì)標準?？偟允且院笏w污染控制的主要內(nèi)容。（7）總磷動態(tài)變化磷是藻類細胞中必需元素，在能量代謝中起重要作用。當?shù)卓偭勘却笥?0時，磷成為藻類增長的限制因子。我國大部分湖泊為磷限制型，西湖也是如此，控制磷濃度在防止水體富營養(yǎng)化中具有重要意義。2002年少年宮水域在11月有異常高的TP值，各樣站TP全年變化復(fù)雜，各不相同。如小南湖、岳湖10月最高；北里湖、少年宮11月最高；西里湖7月；外湖心9月。2003年各樣站一般有7月、10月兩個峰值，僅達五類水指標，而2004年1、2月份TP各樣站均較低，這與TN變化相反。小南湖各月的總磷較低，北里湖、少年宮總磷含量偏高。從3年平均值看，2003年水域含磷量低于2002年，2004年除少年宮外，其余各樣站總磷低于前兩年，如小南湖、西里湖均達到0.062、0.068mg/l，西湖水域含磷的全面降低與一系列控磷舉措有關(guān)，如進水前投加混凝劑與無機和顆粒磷產(chǎn)生沉淀，減少了水體中磷含量，湖濱綠化帶對非點源磷污染的滯留等。（8）氨氮動態(tài)變化氨氮是水中總氮的主要形式之一，是藻類增長所需的可溶性氮。總體上看2002年西湖各樣站，氨氮的含量均不高。只有北里湖11、12月，西里湖9月，氨氮含量超過1.0mg/l，其中北里湖11月甚至達到2.0mg/l。2003年，北里湖1－2月和小南湖11月氨氮遠高于其它樣站，超過了1.5mg/l。北里湖3月氨氮水平也高于1.0mg/l。2004年頭四個月，有部分樣點氨氮含量高于1.0mg/l，如小南湖1-4月，岳湖、西里湖2-4月，以及少年宮和外湖4月的氨氮含量均達到或超過1.0mg/l水平，隨后就降到0.5mg/l水平以下，直到9月，部分樣站的氨氮含量才又出現(xiàn)0.5mg/l左右的峰值。這種兩頭高的變化態(tài)勢與總氮變化相似。從3年均值看，2002、2003年各水域二者差異很小，各水域濃度與總氮略有不同：少年宮水域較低，北里湖最高，小南湖NH3－N有增高趨向。2004年北里湖氨氮濃度較低，岳湖、西里湖、小南湖濃度增高。可見有關(guān)措施對NH3－N去除效果不理想，這是今后應(yīng)注意的一個問題。（9）葉綠素動態(tài)變化葉綠素是反映水體生物量的參數(shù)，當浮游植物增殖，葉綠素增加，會造成透明度下降。從2002年西湖各樣站葉綠素動態(tài)變化看，葉綠素從1月開始逐漸升高。7、9月各樣站一般達到最高值，隨后又開始降低。2003－2004年，其變化趨勢與2002年相似，一般8、9月份各樣站葉綠素值達到最高，這是與浮游植物夏季生長旺盛有關(guān)。從3年平均值來看，2003年葉綠素濃度一般低于2002年，小南湖水域明顯低于其它水域，其葉綠素濃度降低，也是水體中磷濃度減少及換水周期縮短等共同作用的結(jié)果。2004年與2003年趨勢相同，小南湖最低，岳湖、西里湖其次，少年宮、北里湖、外湖心最高。2.西湖湖西綜合保護工程后水質(zhì)變化趨勢西湖湖西綜合保護工程2003年10月完工，恢復(fù)了浴鵠灣、烏龜潭、茅鄉(xiāng)等3處水面共59.3ha，西湖湖西綜合保護工程完工后水質(zhì)情況對西湖水域生態(tài)恢復(fù)與重建有重要影響，在此對2003年10月－2004年2月西湖水質(zhì)情況及發(fā)展趨勢進行分析研究，從而為有關(guān)研究提供參考依據(jù)。（1）綜合保護工程后透明度的變化2003年10月以后，浴鵠灣水體透明度較烏龜潭、茅鄉(xiāng)高且呈逐漸增加趨勢，小南湖透明度明顯優(yōu)于其它水域。由于進水口（小南湖）透明度高，帶動其余水域透明度也逐漸增加，從而大大提高了西湖整體旅游觀光的服務(wù)價值。（2）綜合保護工程后TP的變化2003年10月以后，新拓展水域TP含量呈逐漸下降趨勢，但2004年開始TP上升，接近四類水質(zhì)。西湖原水域含磷量變化與新水域相似，進水區(qū)小南湖含磷量2003年10月－2003年12月一直較低，但2004年以后逐漸上升，以至超過其它水域，進水區(qū)總磷含量過高，極大增加了水體富營養(yǎng)可能，這是要特別注意的問題。（3）綜合保護工程后TN的變化總氮是水體富營養(yǎng)化另一關(guān)注的營養(yǎng)元素，從2003年10月以來，新擴展水域TN含量明顯高于原水域，且其TN量呈上升趨勢，甚至超過五類水質(zhì)標準的3倍。原西湖水域2003年10月以來，總氮含量一般在五類水標準左右，但也呈上升趨勢，特別是小南湖，總氮含量一直高于其它水域，這給水體N的積累創(chuàng)造了條件。（4）綜合保護工程后氨氮的變化2003年10月以來，西湖水域氨氮總的指標情況良好，不少水域可達到二類水質(zhì)指標，但其逐漸增高趨勢仍不容忽視。從全水域看，新拓展水域氨氮逐漸增高，2003年10月可達二類水質(zhì)標準，但2004年2月僅達到四類水質(zhì)標準，而原水域小南湖氨氮值明顯高于其它水域，北里湖、外湖心氨氮值一直較低，一般都達二類水質(zhì)標準，但各水域氨氮值增高趨勢很明顯，這與總氮增高趨勢相一致。（5）綜合保護工程后葉綠素的變化2003年10月以來，西湖新擴展水域葉綠素明顯呈降低趨勢，從各樣站看，茅鄉(xiāng)水域葉綠素含量較高，烏龜潭水域較低，西湖原水域葉綠素也呈明顯下降趨勢，但12月以后，葉綠素下降趨勢不明顯，維持在同一水平。從全水域看，葉綠素總體下降趨勢明顯，由于葉綠素指標與水體中浮游植物生命活動聯(lián)系密切，其季節(jié)變化明顯，夏季葉綠素維持在較低水平尤為重要。（6）綜合保護工程后DO的變化2003年10月以來，新拓展水域烏龜潭、茅鄉(xiāng)在12月DO達到最大值，西湖原水域西里湖、岳湖、北里湖也是如此。浴鵠灣2月達到最大值，原水域小南湖、外湖心、少年宮也是2月達到最高，總體看來全水域DO含量高，是一優(yōu)良指標。（7）綜合保護工程后pH的變化2003年10月以來，新拓展水域pH值呈逐漸下降趨勢，12月之后pH趨穩(wěn)為7.5左右，指標良好。原水域pH值也是如此，2004年1月以后在7.5－8.2之間，略偏堿性。（8）綜合保護工程后CODMn的變化2003年10月以來新拓展水域CODMn總體不高，一般可達二類水質(zhì)標準，且數(shù)值逐漸下降。原水域小南湖CODMn一直不高，與新拓展水域相似，其余水域CODMn2003年10－11月較同期新拓展水域高。除小南湖外，西湖原水域CODMn也呈逐漸降低趨勢，但比同期新拓展水域相比要高，CODMn反映水域總體污染狀況，目前新水域要優(yōu)于原水域。（9）綜合保護工程后SS的變化2003年10月以來新拓展水域SS呈先降后升趨勢，即12月以來逐漸上升，接近2003年10月水平。原水域與新拓展水域變化趨勢相似，但原水域下降趨勢要明顯，這是因為除小南湖，其它水域SS要遠高于同期新拓展水域，2004年2月，拓展水域與原水域SS已相差不大。3.西湖水域水質(zhì)空間分布特征（1）2002年—2003年西湖水域水質(zhì)空間分布特征2002年西湖各采樣站可分為3組，小南湖為一組；少年宮為一組；外湖心、西里湖、岳湖、北里湖為第三組。反映了西湖進水區(qū)、出水區(qū)及其它湖區(qū)在水質(zhì)上的差別。2003年西湖各采樣站可分為2組，西里湖、小南湖為一組，少年宮、外湖心、岳湖、北里湖為第二組。反映了進水水域與其它水域水質(zhì)總體的不同。（2）西湖湖西綜合保護工程后水域水質(zhì)空間分布特征2003年10－2004年2月西湖各采樣站可分為兩組，烏龜潭、茅鄉(xiāng)、浴鵠灣、小南湖為一組；外湖心、西里湖、岳湖、北里湖、少年宮為第二組。從采樣站位看，第一組為新拓展水域及進水口區(qū)，說明新拓展水域水質(zhì)情況與小南湖相似，大部分指標尚好；第二組反映了西湖原水域水質(zhì)特征，兩組也反映了新拓展水域與原西湖水域在水質(zhì)上的差異。影響新拓展水域的主要指標是DO、透明度、COD及TN。前者反映了水質(zhì)的物理指標，后者反映了水體的化學(xué)指標；影響西湖原水域的主要指標是TN、透明度、氨氮及pH。透明度、pH為物理指標，TN和氨氮為化學(xué)指標。4.西湖水體富營養(yǎng)化評價與趨勢對于大多數(shù)藻型富營養(yǎng)湖泊，富營養(yǎng)化主要是湖水中營養(yǎng)物質(zhì)N、P等增加造成藻類過量繁殖所致，因而一般以反映湖泊藻類數(shù)量多寡的綜合指標葉綠素作為主導(dǎo)評價因子，在實際工作中，往往采用多因子的綜合評價，一般選擇chla、TP、TN、COD、SD等5個參數(shù)作為湖泊富營養(yǎng)化評分的基本因子。我們分別對2002、2003年以及西湖西進后西湖各水域的富營養(yǎng)化狀況進行評分。除小南湖外，西湖各水域2002年－2004年2月均為富營養(yǎng)化水體，但各水域的富營養(yǎng)化程度逐年呈降低的趨勢。2002年－2003年小南湖富營養(yǎng)化程度最低，北里湖富營養(yǎng)化程度最高；2004年西湖湖西綜合保護工程后各水域的富營養(yǎng)化程度均有明顯降低，其中小南湖已降到中等營養(yǎng)化水平。新拓展水域浴鵠灣、烏龜潭富營養(yǎng)化程度較低，說明新拓展水域水質(zhì)較好，但應(yīng)注意的是各水域評分來看，仍屬富營養(yǎng)化水體。，對各關(guān)鍵參數(shù)的控制仍不能松懈。二、湖西綜合保護工程后水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建對策1.營養(yǎng)元素磷的控制水體富營養(yǎng)化實質(zhì)是水體初級生產(chǎn)力異常增大，而支配這種初級生產(chǎn)力的營養(yǎng)物質(zhì)如N、P等成為富營養(yǎng)化重要指標。西湖由于N:P比遠大于10，是典型磷限制湖泊，控磷仍是防止水體富營養(yǎng)化和促進水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵。同時，在改進除磷工藝進一步削減引水磷濃度的同時，兼顧水域美學(xué)景觀的基礎(chǔ)上，在水深適宜區(qū)域內(nèi)種植當?shù)厣λ参?，通過定期收割此類植物以達到湖水生態(tài)除磷的效果。作為生態(tài)修復(fù)的補充措施可考慮向水體投放磷素沉淀與底泥鈍化劑。2.營養(yǎng)元素氮的控制在西湖進水的氮含量仍較高并一時難于降低的前提下，必須在源頭采取措施降低氮含量，才會有可能使西湖水質(zhì)有實質(zhì)性好轉(zhuǎn)。有研究者制備高分子載體，并使用增殖細胞技術(shù)固定化硝化－反硝化菌凈化湖水。該修復(fù)技術(shù)在太湖水脫氮小試表明，富營養(yǎng)化湖水經(jīng)過固定化硝化－反硝化菌工藝凈化后，總氮下降７０％，氨氮下降８４％。參照上述技術(shù)路線與工藝參數(shù)，可有條件地選擇西湖局部水面，開展小規(guī)模示范研究，在獲得首期研究成果的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝參數(shù)與修復(fù)技術(shù)調(diào)控，較大范圍地削減西湖水體氨氮及總氮水平。3.非點源污染的控制隨著有關(guān)部門對點源污染的有效控制，非點源污染將會成為水體富營養(yǎng)化最重要的原因。就西湖水域而言，茶園是主要可能污染源。建議改進現(xiàn)有傳統(tǒng)的施肥措施，提倡適地養(yǎng)分管理系統(tǒng)，依據(jù)茶樹的生長需肥規(guī)律，進行合理配方，并因地制宜地結(jié)合先進的高產(chǎn)栽培技術(shù)，實現(xiàn)茶園肥料的高效利用，有效地節(jié)省資源，減少化肥對環(huán)境的污染。4.恢復(fù)生態(tài)學(xué)基本原理的應(yīng)用在西湖的湖泊恢復(fù)區(qū)上設(shè)計不同的斑塊如具備生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)功能的濕地及生物群落等，應(yīng)有意識增加生態(tài)交錯區(qū)數(shù)量或邊緣長度創(chuàng)造彎曲支流，以增加邊緣效應(yīng)，提高生境復(fù)雜性，增加生物多樣性，增強重建生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在對西湖水體水生植物的恢復(fù)過程中，