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1、南京大学环境学院南京大学环境学院钱钱新新提纲贡湖生态修复区模型方法贡湖生态修复区稳态转换贡湖生态修复区的净化能力结论与展望12354梅梁湖湖贡竺山湖梅梁湖湖贡竺山湖研究区域概况贡湖贡湖是太湖的重要组成部分是太湖的重要组成部分,在太湖的东北部和无锡城,在太湖的东北部和无锡城区南部、苏州城区北部。区南部、苏州城区北部。贡湖水域面积约贡湖水域面积约140多多km2;平均水深平均水深1.82 m;是沟通太湖与长江是沟通太湖与长江(望虞河望虞河)两两大水系的枢纽通道;大水系的枢纽通道;是无锡苏州两市的饮用水水是无锡苏州两市的饮用水水源地、太湖鱼类重要的产卵源地、太湖鱼类重要的产卵地和索饵地;地和索饵地;
2、研究区域位置图研究区域位置图贡湖水厂取水口贡湖水厂取水口太湖太湖20072007年太湖蓝藻水华在水源地堆积年太湖蓝藻水华在水源地堆积20072007年太湖蓝藻水华的影响年太湖蓝藻水华的影响太湖环湖治理进展太湖环湖治理进展 无锡大规模开展的控源截污与排水达标区建设工程、无锡大规模开展的控源截污与排水达标区建设工程、“五退”“五退”(退退耕、退渔、退厂、退养、退居耕、退渔、退厂、退养、退居),“三还”三还”(还湖、还湿、还林还湖、还湿、还林)工程;工程;湿地建设:湿地建设:尚贤河湿地工程,太湖新城核心区;贡湖湾湿地保护尚贤河湿地工程,太湖新城核心区;贡湖湾湿地保护区工程,太湖新城南部贡湖沿湖岸线;
3、区工程,太湖新城南部贡湖沿湖岸线;河道水系建设:贡湖湾湿地保护区(亲水河)工程,小河道整治河道水系建设:贡湖湾湿地保护区(亲水河)工程,小河道整治工程;工程;贡湖的主要环境问题无锡无锡苏州苏州南泉水厂水源地南泉水厂水源地锡东水厂水源地锡东水厂水源地 贡湖水体富营养化水平居高贡湖水体富营养化水平居高不下;不下;生态系统结构受损;生态系统结构受损;藻型生境条件尚未根本改变,藻型生境条件尚未根本改变,存在发生大面积蓝藻水华的存在发生大面积蓝藻水华的可能。可能。退渔还湿、生态修复是贡湖湾保护的重要课题退渔还湿、生态修复是贡湖湾保护的重要课题无锡太湖新城在该区域计划实施无锡太湖新城在该区域计划实施“贡湖
4、湾湿地保“贡湖湾湿地保护区工程”护区工程”,为课题实施提供了基础。,为课题实施提供了基础。大溪港梅梁湖湖贡竺山湖梅梁湖湖贡竺山湖梅梁湖湖贡竺山湖大溪港大溪港贡贡贡贡 湖湖湖湖环太高速环太高速亲水河亲水河鱼鱼 塘塘示范区面积:示范区面积:示范区面积:示范区面积:2.32 km2.32 km2 2许仙港许仙港小溪港小溪港贡湖生态修复区域贡湖生态修复区域贡湖生态修复综合示范课题十二五水专项课题:综合示范区十二五水专项课题:综合示范区 2.32 km2南京大学环境学院南京大学环境学院贡湖示范区原貌贡湖示范区原貌入湖污染负荷高,蓝藻倒灌的影入湖污染负荷高,蓝藻倒灌的影响大;响大;退渔还湖区基底稳定性差;
5、退渔还湖区基底稳定性差;土著水生植物物种生境破碎、种土著水生植物物种生境破碎、种群小型化;沉水植被群小型化;沉水植被规模化规模化恢复恢复工程技术成熟度低;工程技术成熟度低;修复后生态系统自稳定性差,人修复后生态系统自稳定性差,人为破坏严重。为破坏严重。贡湖生态修复的技术难题:贡湖生态修复的技术难题:四个方面的技术需求四个方面的技术需求金鱼藻菹草马来眼子菜黑藻穗花狐尾藻苦草 四项关键技术支撑规模化生态修复的需求四项关键技术支撑规模化生态修复的需求 入湖污染负荷高,蓝藻倒灌的入湖污染负荷高,蓝藻倒灌的影响大影响大四个方面的技术需求四个方面的技术需求多梯级控源减负多梯级控源减负的滨湖区域河网的滨湖区
6、域河网污染拦截与水质污染拦截与水质净化集成技术净化集成技术多举措基底改造多举措基底改造的生态堤岸构建的生态堤岸构建与生境改善集成与生境改善集成技术技术多层次规模化水多层次规模化水生植被重建与生生植被重建与生态调控技术态调控技术公司化运作的生公司化运作的生态修复长效运行态修复长效运行的管理技术的管理技术拦截净化生境改善生态修复长效运行4项关键技术项关键技术 退渔还湖区基底稳定性差退渔还湖区基底稳定性差 土著水生植物物种生境破碎、土著水生植物物种生境破碎、种群小型化;沉水植被规模化种群小型化;沉水植被规模化恢复工程技术成熟度低恢复工程技术成熟度低 修复后生态系统自稳定性差,修复后生态系统自稳定性差
7、,人为破坏严重人为破坏严重 关键技术一、关键技术一、河网河网污染拦截与水质净化集成技术污染拦截与水质净化集成技术多梯级控源减负的滨湖区域河网污染拦截与水质净化多梯级控源减负的滨湖区域河网污染拦截与水质净化河道与水质净化河道与水质净化地表径流拦截地表径流拦截河口水质改善河口水质改善滨湖区域地表径流氮污滨湖区域地表径流氮污染高效去除集成技术染高效去除集成技术滨湖区域河网区污染拦滨湖区域河网区污染拦截与河道净化集成技术截与河道净化集成技术河口底栖生态系统构建河口底栖生态系统构建与水质改善的技术与水质改善的技术地表径地表径流自动流自动收集与收集与清污分清污分流技术流技术地表径地表径流生物流生物净化脱净
8、化脱氮除磷氮除磷再利用再利用技术技术水生植物水生植物与固定化与固定化脱氮微生脱氮微生物联用脱物联用脱氮技术氮技术生物绳生物绳及水生及水生植物强植物强化脱氮化脱氮技术技术蓝藻蓝藻阻挡阻挡和削和削减技减技术术沉积沉积物再物再悬浮悬浮控制控制技术技术营养营养盐削盐削减技减技术术拦截净化技技术术 关键技术二、关键技术二、生态生态堤岸构建与生境改善集成技术堤岸构建与生境改善集成技术多举措基底改造的生态岸堤构建与生境改善集成技术多举措基底改造的生态岸堤构建与生境改善集成技术水陆交错带基底改善水陆交错带基底改善迎风岸坡重建迎风岸坡重建基底快速沉降基底快速沉降-持久稳定持久稳定-水质底质改善集成技术水质底质改
9、善集成技术生态修复区迎风岸坡重建生态修复区迎风岸坡重建与消浪挡藻结合集成技术与消浪挡藻结合集成技术PAC改改性硅藻性硅藻土促沉土促沉降技术降技术植物联合植物联合“秸秆“秸秆-PAM”改良改良剂快速稳剂快速稳定基底技定基底技术术基底和基底和岸堤构岸堤构建工程建工程技术技术围隔系统围隔系统消浪挡藻消浪挡藻导流与闸导流与闸门调控连门调控连用技术用技术生境改善技技术术围隔组围隔组60天后天后对照组对照组60天后天后淤泥干化淤泥干化Y1(1:1:1:1)Y2(2:2:1:1)Y3(3:1:1:1)Y4(4:2:1:1)Y5(4:1:1:1)关键技术三:关键技术三:规模化规模化水生植被重建与生态调控技术水
10、生植被重建与生态调控技术规模化规模化水生植被重建与生态调控技术水生植被重建与生态调控技术水陆交错水陆交错带带敞敞 水水 区区水生植物规模种植、群落构水生植物规模种植、群落构建、优化配置与稳定化技术建、优化配置与稳定化技术高藻敞水区水生植被高藻敞水区水生植被重建和生态调控技术重建和生态调控技术水文条件多变区域沉水植物水文条件多变区域沉水植物生物多样性维持稳定技术生物多样性维持稳定技术先锋先锋种筛种筛选及选及建群建群技术技术环形环形浮床浮床促稳促稳定化定化技术技术立体立体植被植被群落群落构建构建技术技术沉水植沉水植物物+蚌蚌/鲢鱼协鲢鱼协同净化同净化技术技术沉水沉水植物植物快速快速建群建群技术技术
11、水文多变水文多变区沉水植区沉水植物群落结物群落结构优化配构优化配置技术置技术水文条水文条件多变件多变区水环区水环境优化境优化改善技改善技术术功能功能植物植物筛选筛选及快及快繁技繁技术术生态修复技技术术+技术途径:先锋种筛选-快繁-快速建群-沉水植物、蚌、低密度鲢鱼的协同净化技术。不同种植方式比选和优化 关键技术四关键技术四生态生态修复长效运行的管理技术修复长效运行的管理技术公司化公司化运作的生态修复长效运行的管理运作的生态修复长效运行的管理技术技术水质水量调控水质水量调控技术技术初期水生植物初期水生植物种养技术种养技术后期生态系统后期生态系统维护管控维护管控种源库技术种源库技术长效运行管理技术
12、体系长效运行管理技术体系经济补偿模式经济补偿模式水生植物资源化水生植物资源化利用技术利用技术水水质质调调控控技技术术水水量量调调控控技技术术植植株株种种植植技技术术植植物物配配置置养养护护监监测测管管理理技技术术专专业业维维护护技技术术种源种源库引库引种和种和保育保育技术技术种源种源库生库生境多境多样性样性建设建设技术技术经济经济水生水生植物植物培育培育技术技术水生水生植物植物有效有效成分成分提取提取技术技术水生水生植物植物堆肥堆肥技术技术长效运行技技术术 技术途径:水质水量调控;初期植株长度、密度和配置方式优化;水生植物维护管控;在线和定期监测。生态修复区建设成效 2.32km2的生态修复区
13、内,水体的氮磷等污染负荷得到有效削减,水质稳定达到III-IV类水湖库标准,水生植物覆盖度超过57%、水体透明度达110cm以上、水生高等植物75种,生物多样性得到提高。实现了湖水清、生物多、景观美的目标。示范区深水区景观示范区深水区景观示范区沉水植物示范区沉水植物mg/Lmg/LTNTP示范区水质(1 1)水生植物群落恢复)水生植物群落恢复综合示范区水生植物恢复良好且群落稳定,种类已综合示范区水生植物恢复良好且群落稳定,种类已达达75种种,覆盖,覆盖度度57%,生生物多样性相对外太湖大幅度提高。物多样性相对外太湖大幅度提高。刺苦草(Vallisneriaspinulos)微齿眼子菜(Pota
14、mogeton maackianus)轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)东方茨藻(Majas orientalis)石龙尾(Limnophila sessiliflora)生态修复区运行情况生态修复区运行情况示范区现有示范区现有鱼类鱼类6目目12科科26种,鲤科为优势鱼类(种,鲤科为优势鱼类(15种),占总种类数种),占总种类数的的57.7%,其余科目均,其余科目均1种种,虾蟹类,虾蟹类3种,大型底栖贝类种,大型底栖贝类5种。种。(2 2)水生动物群落结构调控)水生动物群落结构调控生态修复区运行情况生态修复区运行情况综
15、合示范区综合示范区2013-2016年年调查统计共发现水鸟类调查统计共发现水鸟类6目,目,17科,科,19属,属,23种。种。国家保护的有益的或者有重要经济国家保护的有益的或者有重要经济、科科学研究价值的陆生野生动物名录学研究价值的陆生野生动物名录和和世世界自然保护联盟界自然保护联盟(IUCN)国际鸟类红国际鸟类红皮书皮书2009年名录年名录近危近危(NT)种白眼潜种白眼潜鸭鸭Aythya nyroca、红头潜鸭红头潜鸭Aythya ferina及及白骨顶鸡白骨顶鸡Fulica atra。(3 3)鸟类资源丰富)鸟类资源丰富生态修复区运行情况生态修复区运行情况耐低温:耐低温:冬高春低水冬高春低
16、水位实时调控技术与水位实时调控技术与水生植被优化配置技术生植被优化配置技术相结合,保障了水生相结合,保障了水生植被群落结构的稳定植被群落结构的稳定性。性。耐洪水:耐洪水:水生动植物水生动植物协同净化系统协同净化系统,使水体使水体透明度快速恢复透明度快速恢复,保障保障了沉水植物的光补偿点了沉水植物的光补偿点,从而使生态系统适应从而使生态系统适应水位短期的变化水位短期的变化。(4 4)系统抗冲击能力强)系统抗冲击能力强生态修复区运行情况生态修复区运行情况耐高藻:耐高藻:57%以上的以上的高覆盖度沉水植物高覆盖度沉水植物群落群落,较为完善,较为完善的生态系统的生态系统结构,以及生态修复区结构,以及生
17、态修复区水体氮、磷浓度较低,水体氮、磷浓度较低,生态系统具备了克藻、生态系统具备了克藻、灭藻的自净功能。灭藻的自净功能。(4 4)系统抗冲击能力强)系统抗冲击能力强生态修复区运行情况生态修复区运行情况蓝藻浸入第2天蓝藻浸入第8天蓝藻浸入第12天蓝藻浸入第6天区域经过生态修复技术的应用和示范工程的实施,极大地提升了太湖沿岸水体和景观区域经过生态修复技术的应用和示范工程的实施,极大地提升了太湖沿岸水体和景观的效果的效果。媒体对课题示范区进行宣传报道,扩大了国家水专项的影响,取得了良好的社媒体对课题示范区进行宣传报道,扩大了国家水专项的影响,取得了良好的社会效益。会效益。生态修复区生态修复区良好的社
18、会良好的社会影响影响综合示范区是加拿大女王大学、宾夕法尼亚州立大学、同济大学、南京大学等国内外综合示范区是加拿大女王大学、宾夕法尼亚州立大学、同济大学、南京大学等国内外2020余所高校及科研院所的实习基地,已成为无锡国际马拉松赛段的重要赛道,吸引了国内余所高校及科研院所的实习基地,已成为无锡国际马拉松赛段的重要赛道,吸引了国内外大量游客前来游览,每年接待游客外大量游客前来游览,每年接待游客1010万人次以上,具备良好的社会环境效益。万人次以上,具备良好的社会环境效益。生态修复区生态修复区良好的社会良好的社会影响影响新西兰考察团技术交流新西兰考察团技术交流稳固基底规模化重建控源减负标志性成果一标
19、志性成果一:拦截净化生境改善生态修复标志性成果二标志性成果二:长效运行的“五化”长效运行的“五化”管理模式管理模式“政府社会需求“政府社会需求-科技研科技研发支撑发支撑-公司建设运维”公司建设运维”有机结合有机结合;规划、设计、施工、维规划、设计、施工、维护护管理一体化管理一体化;成立成立专业管理公司专业管理公司,调动社会资源,调动社会资源,以课题研发创新的以课题研发创新的技技术成果术成果为支撑,实现为支撑,实现公司化运作公司化运作 调控模式,保障稳定性调控模式,保障稳定性 精细化、数据化维护精细化、数据化维护 苗种、堆肥等资源化利用苗种、堆肥等资源化利用 提供部分经济补偿提供部分经济补偿 成
20、果转化与推广应用成果转化与推广应用 社会服务社会服务提升社会效益提升社会效益湖泊多稳态理论营养盐光照水深风浪温度“草“草-藻”稳态转化藻”稳态转化1.草型和藻型都是湖泊在一定状态下的稳定状态;2.湖泊生态系统具有一定的抗拒外部环境变化的自我恢复能力,只有当外部环境胁迫达到一定程度时才会导致系统破坏,就是要使得施加的外部胁迫超过生态系统转化所需要的阈值,生态系统才可以转化到与新的环境条件相适应的系统状态。草型湖泊藻型湖泊以沉水植物主导的湖泊稳定状态,水质清澈以浮游植物为主导的稳定状态,水体浑浊、沉水植物衰退并伴随蓝藻爆发多稳态恢复力阈值迟滞效应湖泊多稳态理论:(Scheffer,2001,Nat
21、ure)湖泊生态系统的稳态转化问题:生态系统的演化趋势?生态修复区净化能力?原位观测与环境模拟的关系原位观测发现问题,归纳机理和条件环境模拟根据机理和条件,推理现象出发点不同,都是揭示环境规律的重要方法。环境模拟的优势在于预测和评估、N1N2N5N4N3S4S1S2S3监测点位图+机理机理条件条件现象现象环境模拟环境模拟原位观测原位观测模型结构图模型结构图模型:EFDC-智水IWIND-沉水植物模拟耦合多种群水生植被动力学过程模拟,实现“水动力-水质-浮游植物-沉水植物”交互作用模拟;沉水植物模块氮半饱和KHN 磷半饱和KHP 最大生长率PMm基本代谢率 BMR最佳生长深度DOPTm最佳生长温
22、度消光系数Kess(Chl-a TSS)遮蔽系数空间参数设置模型方法模型模型构建及主要参数构建及主要参数 模型网格基本信息:759个矩形网格(35m45m)Taihu LakeGonghu BayN 水域地形:浅水区0mS11m中等水深区1mS22.5m深水区2.5mS33.3m浅、中、深区域面积比例约为1:1:1.5许仙港典基港七号桥模型网格055水温()时 间a模拟值实测值0510152025溶解氧(mg/L)时 间b3.23.43.63.84水位(m)时 间c00降雨量(mm)时 间d02004006008001000太阳辐射(W/)时 间e贡
23、湖生态修复区贡湖生态修复区气象条件及模型检验气象条件及模型检验 气象条件:贡湖生态修复区设有自动气象监测站,监测数据包括气压、气温、相对湿度、降雨、蒸发、云量、辐射,气象条件数据为每小时一次。动力边界:许仙港双向调水泵站内设2台7.5kw混流泵,最大调水量1.72万m3/d,典基港调水泵站内设有1台600m3/h潜流泵,最大调水量可达1.44万m3/d。初始条件:贡湖生态修复区初始水质为实测值。模型基本再现了贡湖生态修复区的水量平衡、水温等变化计算条件参数 含义 单位 参数取值 穗花狐尾藻 菹草 苦草 KHNm 水生植物生长的氮半饱和浓度(mg/L)0.3 0.3 0.3 KHPm 水生植物生
24、长的磷半饱和浓度(mg/L)0.03 0.03 0.03 CChlm 水生植物的碳-叶绿素比例(mgC/gChla)0.3 0.12 0.15 DOPTm 水生植物的最佳生长深度(m)2.5 1.55 1.5 TMm1 水生植物的最佳生长温度下限()24 2 26 TMm2 水生植物的最佳生长温度上限()32 15 30 KTG1m KTG2m 水生植物对低温的响应系数 水生植物对高温的响应系数(-2)(-2)0.025 0.01 0.01 0.03 0.01 0.02 模型参数的选取通过查阅文献、课题组前期实验积累以及经验值;与实际的监测数据比较,反复调校,率定得到。沉水植物沉水植物参数取值
25、参数取值暖季型沉水植物 穗花狐尾藻Myriophyllum spicatum L.(冠层型)苦草Vallisneria natan(莲座型)越冬沉水植物 菹草Hydrilla verticillata(冠层型)沉水植物主要参数051015202530Chl-a (g/L)时 间aChl-a(浅水区)Obseved051015202530Chl-a (g/L)时 间bChl-a(中等水深区)Obseved051015202530Chl-a (g/L)时 间cChl-a(深水区)Obseved浅水区中等水深区深水区Chl-aTNTP00.511.522.5TN (mg/L)时 间aTN(浅水区)O
26、bseved00.511.522.5TN (mg/L)时 间bTN(中等水深区)Obseved00.511.522.5TN (mg/L)时间cTN(深水区)Obseved00.040.080.120.160.2TP(mg/L)时 间aTP(浅水区)Obseved00.040.080.120.160.2TP(mg/L)时 间bTP(中等水深区)Obseved00.040.080.120.160.2TP(mg/L)时 间cTP(深水区)Obseved模型参数的率定模型参数的率定参数率定沉水植物参数的率定沉水植物参数的率定0500025003000穗花狐尾藻(湿重 g/)时 间
27、a穗花狐尾藻(浅水区)Obseved0500025003000穗花狐尾藻(湿重 g/)时 间b穗花狐尾藻(中等水深区)Obseved0500025003000穗花狐尾藻(湿重 g/)时 间c穗花狐尾藻(深水区)Obseved浅水区中等水深区深水区02505007500菹草(湿重 g/)时 间a菹草(浅水区)Obseved0500025003000菹草(湿重 g/)时 间b菹草(中等水深区)0500025003000菹草(湿重 g/)时 间c菹草(深水区)05000
28、25003000苦草(湿重 g/)时 间a苦草(浅水区)Obseved0500025003000苦草(湿重 g/)时 间b苦草(中等水深区)0500025003000苦草(湿重 g/)时 间c苦草(深水区)穗花狐尾藻菹 草苦 草沉水植物模型验证模型验证模型选择2015年3月2016年3月数据用于验证,将模型模拟值与监测点实测值对比:00.20.40.60.8100.20.40.60.81水质实测值(mg/L)水质模拟值(mg/L)Chl-aTNTP0000SAV实测值(湿重:g/)SAV模拟值(湿重:g/)
29、穗花狐尾藻菹草苦草模型验证计算计算条件与情景设定条件与情景设定Chl-a浓度为25g/L的值可作为区分湖泊水体清水状态和浑浊状态的合理标准。当太湖Chl-a含量大于40-65g/L,蓝藻水华暴发,向藻型湖泊转变。“草型”向“藻型”稳态转换模拟(TP负荷)“藻型”向“草型”稳态转换模拟(TP负荷)初始情景S0入流Chl-a 10g/L初始水质为V类水(Chl-a 65g/L,TP 0.2mg/L,TN 2.0mg/L,穗花狐尾藻和苦草生物量3gC/m2。每种情景均采用“即排即出”方式调水,保证生态修复区水位不随入流流量发生变化;调水流量根据生态修复区许仙港和典基港两个调水泵站调水最大调水能力确定
30、。稳态转化的计算条件设置 情景 TP 活性颗粒有机磷LOP 活性溶解有机磷LDP 惰性溶解有机磷RDP 正磷酸盐PO4 TN 活性颗粒有机氮LON 活性溶解有机氮LDN 氨氮 NH4 硝氮 NO3 S0-S1 0.03 0.009 0.003 0.003 0.015 0.20 0.010 0.040 0.100 0.070 S2 0.09 0.027 0.009 0.009 0.045 0.65 0.033 0.130 0.325 0.228 S3 0.15 0.045 0.015 0.015 0.075 1.10 0.055 0.220 0.550 0.385 S4 0.21 0.063 0
31、.021 0.021 0.105 1.55 0.078 0.310 0.775 0.543 S5 0.27 0.081 0.027 0.027 0.135 2.00 0.100 0.400 1.000 0.700 S6 0.33 0.099 0.033 0.033 0.165 2.45 0.123 0.490 1.225 0.858 S7 0.39 0.117 0.039 0.039 0.195 2.90 0.145 0.580 1.450 1.015 S8 0.45 0.135 0.045 0.045 0.225 3.35 0.168 0.670 1.675 1.173 S9 0.51 0.
32、153 0.051 0.051 0.255 0.19 0.760 0.760 1.900 1.330 情景 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 总磷负荷 0 0.40 1.20 2.00 2.80 3.60 4.40 5.20 6.00 6.80 不同情景入流总磷负荷量不同情景入流总磷负荷量 单位:单位:mg m-2d-1不同情景入流氮磷营养盐浓度设置不同情景入流氮磷营养盐浓度设置 单位:单位:mg/L 入流营养盐浓度和TP污染负荷量入湖营养盐浓度和负荷量“草型”向“藻型”稳态转换模拟“草型”向“藻型”稳态转换模拟贡湖生态修复区由“草型”稳态向“藻型”稳态转换的入 流
33、磷 负 荷 临 界 范 围 为4.425.23 mg m-2d-1。0.40 1.202.02.80 3.60 4.40 5.20 6.00 6.80020406080100 Chl-a (g/L)TP 入流负荷(mgm-2d-1)灾变点清水态浊水态生态修复区的稳态转换与临界点0050060070080090010000.401.212.012.823.614.425.236.036.84中等水深区沉水植物生物量(g/)TP 入流负荷(mg m-2d-1)穗花狐尾藻苦草菹草“草型”向“藻型”稳态转换模拟“草型”向“藻型”稳态转换模拟00.050.10.150.20.25T
34、P (mg/L)时 间S1S2S3S4S5S6S7S8S9暖季型沉水植物(如穗花狐尾藻、苦草)生长受到抑制(生物量减少66%和52%);而耐寒越冬型沉水植物(如菹草)随着TP负荷增加,生物量增加39%。水体TP浓度为0.100.14mg/L是贡湖生态修复区“草型”稳态向“藻型”稳态转换的临界范围。生态修复区的稳态转换与临界点菹草穗花、苦草0200400600800001234567沉水植物生物量(湿重:g/)TP入流负荷(mg m-2d-1)稳态转换模拟曲线恢复点灾变点 稳态转换的模拟结果稳态转换的模拟结果湖泊多稳态理论(Scheffer,2001,Nature)“草型”
35、稳态向“藻型”稳态转换的水体TP浓度临界范围为0.100.14mg/L;贡湖生态修复区由“藻型”稳态向“草型”稳态转换的水体TP浓度临界范围为0.040.06mg/L。生态修复区的稳态转换与临界点002010/5/12010/7/12010/8/312010/10/312010/12/31CYANO(ug/L)时间时间TP_0.1TP_0.15TP_0.2TP_0.25y=36x+24.25R=0.9391y=133.8x+13.81R=0.9146y=90.32x+60.364R=0.972302040608010000.050.10.150.20.250.30.35C
36、hla(ug/L)TP(mg/L)三湖内部三湖内部响应关系的模拟计算与响应关系的模拟计算与区域比较相结合区域比较相结合三湖营养盐的控制阈值滇池:滇池:面积:面积:300 km2平均水深:平均水深:4 m海拔:海拔:1886 m巢湖:巢湖:面积:面积:784 km2平均水深:平均水深:2.7 m太湖:太湖:面积:面积:2338 km2平均水深:平均水深:1.9 m太湖太湖巢湖巢湖滇池滇池TP太湖太湖巢湖巢湖滇池滇池根据上述研究根据上述研究,参考国内其他研究结果,提出蓝,参考国内其他研究结果,提出蓝藻水华预防与控制藻水华预防与控制阈值,阈值,对于太湖和巢湖,对于太湖和巢湖,近期应控近期应控制在制在
37、0.15 mg/L,远期控制,远期控制在在0.1 mg/L以下以下,对于滇池,对于滇池TP则应控制在则应控制在0.1 mg/L以下以下。蓝藻蓝藻水华预防与控制战略对策水华预防与控制战略对策:即:即从控制标准上从控制标准上“阈值为准绳、内外源皆控阈值为准绳、内外源皆控”;从营养盐的控制顺序”;从营养盐的控制顺序上“上“优先控磷、持久控优先控磷、持久控氮氮”。”。41三湖营养盐的控制阈值与战略许仙港许仙港典基港典基港七号桥七号桥上游入流上游入流上游入流上游入流净化出流净化出流确定修复区最大可净化水量及氮磷负荷削减量比较不同季节调水生态修复区的净化能力出水口IV类水达标率判断磷负荷输入量范围修复区稀
38、释净化效率出水口IV类水达标率实际入流生态修复区的净化能力生态模型生态修复区作为湿地系统,对流域来水具有净化作用,生态修复区为太湖贡湖输送清水的净化能力有多大?入流:清水河水质入流:清水河水质春季(35月):Chl-a 4.98g/L TN 1.63mg/L TP 0.05mg/L 夏季(68月):Chl-a 30.81g/L TN 2.27mg/L TP 0.22mg/L 秋季(911月):Chl-a 22.53g/L TN 1.69mg/L TP 0.13mg/L生态修复区的净化能力050010001500情景1情景2情景3可净化水量可净化水量(m/年年)春季夏季秋季303.598.612
39、04.005000000025000情景1情景2情景3TN出入流负荷出入流负荷(kg/年年)aTN 入流TN 出流050002500情景1情景2情景3TP出入流负荷出入流负荷(kg/年年)bTP 入流TP 出流情景 季节 许仙港流量(m3/s)自流管流量(m3/s)情景一(1/4 流量)春季 0.03 0.08 夏季 0.04 0.09 秋季 0.04 0.11 情景一:初始入流流量情景一:初始入流流量 情景情景二二:初始入流流量:初始入流流量情景 季节 许仙港流量(m3/s)自流管流量(m3/s)情景二(1/2 流量)春季 0.06 0.16 夏季
40、 0.07 0.19 秋季 0.08 0.21 情景情景三三:初始入流流量:初始入流流量情景 季节 许仙港流量(m3/s)自流管流量(m3/s)情景三(实际流量)春季 0.12 0.32 夏季 0.15 0.37 秋季 0.17 0.42 入流磷负荷:0.2051.065 mg m-2d-1入流磷负荷:0.4102.130 mg m-2d-1入流磷负荷:0.8194.260 mg m-2d-1生态修复区的净化能力贡湖生态修复区全年最大可净化后进行“清水还湖”的水量为1204万m3/a;从亲水河流入贡湖生态修复区的磷负荷为1684.68kg/a;削减率为71.2%;生态修复区在调水期间将保持“草
41、型”稳态,流入的污染负荷不足以使其向“藻型”稳态发展。入流磷负荷:0.8194.260 mg m-2d-1贡湖生态修复区由“草型”稳态向“藻型”稳态转换的入 流 磷 负 荷 临 界 范 围 为4.425.23 mg m-2d-1。0.40 1.202.02.80 3.60 4.40 5.20 6.00 6.80020406080100 Chl-a (g/L)TP 入流负荷(mgm-2d-1)灾变点清水态浊水态生态修复区的净化能力生态修复区的不生态修复区的不同调同调水方式的的影响评估水方式的的影响评估00.050.10.150.20.25出水口TP浓度(mg/L)时 间c1个月2个月3个月4个月
42、5个月6个月7个月8个月9个月IV类水标准00出水口Chl-a浓度(g/L)时 间a00.40.81.21.62出水口TN浓度(mg/L)时 间b持续调水结论:“持续调水”的方式进行“清水还湖”,持续时间:7月1日10月31日(夏季较优);可净化水量为393.56万m/a,可容纳污染负荷量 TN和TP各 7.87t/a和 0.79t/a。00出水口Chl-a浓度(g/L)时 间a00.40.81.21.62出水口TN浓度(mg/L)时 间b00.050.10.150.20.25出水口TP浓度(mg/L)时 间c12个月IV类水标准结论:“间歇调水”方
43、式:3月25日开始,调水20天,关闸20天次年3月停止;可净化水量为435.46万m/a,比夏季可持续调水(7月1日10月31日4个月)可多净化41.9万m3/a。间歇调水12.11不同调水方式对湖区的影响“水动力-水质-浮游植物-沉水植物”模型是有用的工具,可进一步应用于开展长期的湖泊稳态转化研究;生态修复区长效管理的各种具体措施(包括:流域调水以及清水还湖的水位管控、水生植物收割、补种等对水生态系统影响的定量化评估。)春季低水位(标高3.2m)有利于沉水植被复苏;夏季循环水位(标高3.6-4.0m)水生植物净化效率高,加快净化循环,发挥示范区最大净化功能;秋季常水位(标高3.5m)水生植物开始凋亡,净化效率降低,保持常水位;冬季常-高水位(标高3.6-3.8m),防止低温冰冻对沉水植被的冻害。低低循环常常常常-高高水生植物的管理结论与展望Thank you!环境过程模拟与调控课题组环境过程模拟与调控课题组长年招收:博士后长年招收:博士后、研究员、博士生、研究员、博士生、学术学术硕士硕士、专业、专业硕士等硕士等联系:钱新、联系:钱新、