了得網工業技術_太湖流域水污染及富營養化綜合控制研究

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《太湖流域水污染及富營養化綜合控制研究》可供區域發展、生態、資源、環境、湖泊、水文等學科的科研人員、行業部門專業人員、政府部門決策人員、高等院校師生以及有興趣的社會公眾閱讀和參考.書可供區域發展、生態、資源、環境、湖泊、水文等學科的科研人員、行業部門專業人員、政府部門決策人員、高等院校師生以及有興趣的社會公眾閱讀和參考.

內容簡介

作者簡介

序言
前言
第1章國內外湖泊水環境治理現狀與趨勢
1.1世界湖泊面臨的六大環境問題
1.2世界各國的湖泊水環境治理
1.3我國湖泊水環境治理現狀與發展
第2章太湖流域水環境與生態特征
2.1太湖及其流域環境分析
2.2流域湖體與生態圈層特征
2.3流域土地利用格局變化特征
第3章太湖流域產業結構現狀及污染源排放量特征解析
3.1流域產業結構現狀及問題診斷
3.2流域污染源結構及區域特征解析
第4章太湖流域“一湖四圈”富營養化綜合控制總體理念序言
前言
第1章國內外湖泊水環境治理現狀與趨勢
1.1世界湖泊面臨的六大環境問題
1.2世界各國的湖泊水環境治理
1.3我國湖泊水環境治理現狀與發展
第2章太湖流域水環境與生態特征
2.1太湖及其流域環境分析
2.2流域湖體與生態圈層特征
2.3流域土地利用格局變化特征
第3章太湖流域產業結構現狀及污染源排放量特征解析
3.1流域產業結構現狀及問題診斷
3.2流域污染源結構及區域特征解析
第4章太湖流域“一湖四圈”富營養化綜合控制總體理念
4.1太湖流域“一湖四圈”生態環境問題診斷
4.2“一湖四圈”綜合治理理念及綜合控制技術體繫
4.3流域綜合控制分區
4.4控制方案總體目標與階段目標
4.5流域控源重點區域與方向
4.6流域“一湖四圈”生態修復重點區域
4.7綜合控制方案指標體繫
4.8太湖流域水污染治理與富營養化控制的時間表及路線圖
第5章太湖流域復合模型構建及污染物入河-入湖量全過程解析
5.1太湖河網區水環境數學模型構建
5.2污染物入河-入湖量全過程計算分析
5.3太湖流域污染源排放量、入河量及入湖量彙總
第6章太湖水環境承載力研究
6.1太湖水環境承載力計算方法
6.2太湖水環境數學模型構建
6.3湖體水環境功能分區
6.4設計水文條件選取
6.5水質降解繫數求取
6.6水環境承載力計算結果及分析
第7章太湖流域陸域-水域復合模型構建及總量分配技術體繫
7.1太湖流域陸域-水域復合模型構建
7.2太湖入湖污染物溯源研究
7.3內源污染負荷研究
7.4太湖氮磷營養鹽大氣濕沉降特征及入湖貢獻率研究
7.5太湖入湖污染物通量及物質平衡
7.6總量分配技術體繫及方案
第8章流域產業結構優化調整方案
8.1基於水環境綜合治理的產業結構調整思路
8.2第一產業內部結構優化調整方案
8.3第二產業內部結構優化調整方案
8.4第三產業內部結構優化調整方案
8.5產業結構調整的保障措施
第9章流域污染負荷削減方案
9.1工業污染源削減與控制方案
9.2城鎮生活污染源削減與控制方案
9.3農村生活污染源削減與控制方案
9.4養殖污染源削減與控制方案
9.5種植業污染源削減與控制方案
第10章流域“一湖四圈”修復與保護方案
10.1指導思想、分期目標與指標體繫
10.2流域水源涵養林修復與保護方案
10.3流域湖蕩濕地修復與保護方案
10.4流域河網修復與保護方案
10.5湖濱緩衝帶修復與構建方案
10.6太湖藍藻水華控制方案
10.7湖體生境中長期修復方案
第11章流域綜合管理方案
11.1湖泊流域綜合管理(ILBM)體繫構建
11.2太湖流域綜合管理的大方向、大思路與大格局
11.3太湖流域污染源監管方案
11.4太湖流域“一湖四圈”生態環境監控方案
11.5流域全民參與的環保事業推進方案
第12章控源實施方案的可達性分析
12.1太湖總量控制的可達性分析
12.2太湖水質目標可達性分析
12.3投資估算
12.4工程規劃
12.5資金籌措機制
12.6方案實施條件與保障措施
參考文獻

前言

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第1章國內外湖泊水環境治理
現狀與趨勢
1..1世界湖泊面臨的六大環境問題
湖泊是地球表面的一種水體.按其科學的涵義,指的是陸地上的一類窪地,其內蓄積一定的水量,與海洋又不發生直接聯繫的一種天然水體.湖泊是地表特殊的自然綜合體,同時又是重要的國土資源,它與河流、森林和土壤一樣,是自然資源的重要組成部分.湖泊能調節河川徑流、防洪減災;湖水可用於農田灌溉、溝通、航運、進行發電、提供工農業生產以及飲用水源,還能繁衍水生動物、植物,發展水產品生產.湖泊水體的存在,可改善湖區生態環境,提高環境質量 (中國科學院網絡化科學傳播平臺, ht
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www..lake..ac..cn).
湖泊對人類具有重要作用,但其結構和功能已經受到人類活動的嚴重干擾 ,並導致嚴重的負面影響 .國際湖泊環境委員會 (ILEC)對世界主要湖泊 (包括水庫形成的人工湖)所作的調查結果顯示,湖泊普遍存在的環境問題有如下六個方面 :泥沙淤積、水位下降、有毒物質及農藥污染、富營養化、湖水酸化和土著生物及生態繫統的破壞(圖1..1).
圖1..1世界湖泊面臨的六大環境問題
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1..1..1泥沙淤積
泥沙淤積主要是指河水挾帶的泥沙在湖泊、水庫的堆積 .通常情況下水流進入湖泊、水庫後 ,由於水深沿流程增加 ,水面坡度和流速流程減小 ,導致水流挾沙能力降低,進而出現泥沙淤積 .湖泊、水庫上遊的人類活動和自然環境的變化 ,如農業活動引起的土壤表面侵蝕 ,亞洲、非洲、中美洲地區人口增加導致的森林破壞 ,原為牧場的農耕地荒廢之後出現的土壤侵蝕等 ,使河流挾帶大量泥沙注入湖泊和水庫 .第1章國內外湖泊水環境治理
現狀與趨勢
1..1世界湖泊面臨的六大環境問題
湖泊是地球表面的一種水體.按其科學的涵義,指的是陸地上的一類窪地,其內蓄積一定的水量,與海洋又不發生直接聯繫的一種天然水體.湖泊是地表特殊的自然綜合體,同時又是重要的國土資源,它與河流、森林和土壤一樣,是自然資源的重要組成部分.湖泊能調節河川徑流、防洪減災;湖水可用於農田灌溉、溝通、航運、進行發電、提供工農業生產以及飲用水源,還能繁衍水生動物、植物,發展水產品生產.湖泊水體的存在,可改善湖區生態環境,提高環境質量 (中國科學院網絡化科學傳播平臺, ht
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www..lake..ac..cn).
湖泊對人類具有重要作用,但其結構和功能已經受到人類活動的嚴重干擾 ,並導致嚴重的負面影響 .國際湖泊環境委員會 (ILEC)對世界主要湖泊 (包括水庫形成的人工湖)所作的調查結果顯示,湖泊普遍存在的環境問題有如下六個方面 :泥沙淤積、水位下降、有毒物質及農藥污染、富營養化、湖水酸化和土著生物及生態繫統的破壞(圖1..1).
圖1..1世界湖泊面臨的六大環境問題
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1..1..1泥沙淤積
泥沙淤積主要是指河水挾帶的泥沙在湖泊、水庫的堆積 .通常情況下水流進入湖泊、水庫後 ,由於水深沿流程增加 ,水面坡度和流速流程減小 ,導致水流挾沙能力降低,進而出現泥沙淤積 .湖泊、水庫上遊的人類活動和自然環境的變化 ,如農業活動引起的土壤表面侵蝕 ,亞洲、非洲、中美洲地區人口增加導致的森林破壞 ,原為牧場的農耕地荒廢之後出現的土壤侵蝕等 ,使河流挾帶大量泥沙注入湖泊和水庫 .
我國的鄱陽湖和洞庭湖就受到了泥沙淤積的嚴重影響 .長江含沙量雖然不算高 ,僅0..54k g/m3,但由於水量豐沛 ,年沙量也近5億t(錢寧和萬兆惠 ,1983 ).長江大量水沙湧入洞庭湖 ,造成了湖盆迅速淤高 ,加之由此誘發的人類大規模湖泊墾殖活動 ,湖泊急劇萎縮 .洞庭湖區多年平均淤積量為1..1427×108t,由於受三峽工程等的影響 ,洞庭湖區泥沙淤積量呈逐期減少趨勢 ,盡管如此 ,淤積量仍占入湖沙量的70％左右 ,近幾十年來洞庭湖區始終處於淤積狀態 (李景保等 ,2008 ).嚴重的泥沙淤積 ,造成了湖泊調蓄長江中遊洪水的功能嚴重衰退 ,危及長江中下遊地區的防洪安全 (姜加虎和黃群 ,2004 ).另外 ,它還會造成一繫列生態環境問題 ,比如魚類資源枯竭、生物多樣性減少等,危害著洞庭湖的健康 (李景保等 ,2008 ).鄱陽湖也面臨著類似的情況 .鄱陽湖港汊及贛江三角洲區 ,湖泊淤積嚴重 .其特征主要表現為 :入湖口河流消失及改道 ,湖區尾部沼澤化 ,蘆葦、雜草叢生 ,一片荒蕪 (馬逸麟等 ,2003 ).鄱陽湖的泥沙淤積也對湖區環境造成了一繫列影響 :①汛期抬高洪水水位 ,引起受災面積擴大 ;②枯水期受風沙危害 ,並形成濱湖沙丘 ;③引起河床改道 ,阻礙航運交通 ;④湖區水產資源受到破壞,漁獲量迅速減少 (左長清 ,1989 ).
1..1..2水位下降
來水量減少 ,水位下降是由自然和人為活動共同造成的復合結果 .人為活動在湖泊水位下降過程中的作用 ,直接耗水量並不是主要的 ,關鍵在於人為活動對生態繫統的破壞,使生態繫統失去平衡 ,生態環境日益惡化 ,從而逐漸形成生態災害 ,諸如森林破壞、草場退化、土地沙化等引起的綜合性自然災害 ,所以人為活動在湖水位下降過程中的作用既是間接因素 ,也是誘導因素 .
由於人為原因導致水位下降的典型例子如咸海 .咸海的來水量主要由阿姆河和錫爾河的徑流組成 ,但在其上遊大規模地開墾棉田和水田之後 ,這兩條河流還沒流到咸海便消失在沙漠之中 .如今咸海水面已下降13m ,海岸線後退100km ,含鹽量增加 ,引起嚴重的生態災害 .由於氣候變化引起水位下降的典型例子如北非的乍得湖 .自1960年以來 ,乍得湖在短短40多年間面積萎縮90％以上 ,除了大旱災等自然因素 ,還要歸因於亂砍濫伐、大規模灌溉以及在注入乍得湖的河流上修建水庫等人為因素 ,使乍得湖來水量驟減 ,水位下降 .湖區生態環境嚴重失調 ,干旱程度愈演愈烈 ,農業收成和漁業產出持續減少 ,湖區2000萬人面臨饑荒威脅 .若不采取任何措施 ,乍得湖可能在20年後消失 .近年來 ,由於氣候變暖和人類不合理地開發利用 ,中國若干內陸湖泊瀕臨絕境 ,
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甚至消亡 ,如羅布泊、瑪納斯湖等 ;有些湖泊面積銳減 ,如位於新疆的艾比湖 ,20世紀50年代湖泊面積為1100km2,至80年代末面積已減小一半 .湖泊水位下降與面積收縮,致使湖濱地區大片沼澤干涸、森林消失 ,沙漠迅速發展 (秦伯強和張運林 ,2001 ).
1..1..3有毒物質及農藥污染
化學物質、農藥等污染湖水、庫水的現像 ,越來越頻繁 .第四屆世界水論壇提供的聯合國水資源世界評估報告顯示 ,全世界每天約有數百萬噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪中,每升廢水會污染8升淡水 .僅城市地區一年排出的工業和生活廢水就達500多立方千米 ,而每一滴污水將污染數倍乃至數十倍的水體 .由於湖泊水交換周期長 ,與江河海洋相比對污染物的稀釋能力較弱 ,是一種脆弱的生態繫統 ,生態平衡容易遭到破壞且不容易恢復 .
有毒物質污染較為典型的湖泊是俄羅斯境內的貝加爾湖 .它是世界上最古老和最深
的湖泊 ,位於西伯利亞南部 ,對於俄羅斯人而言 ,貝加爾湖像征著美與力量 .然而 ,湖
泊周邊造紙廠的污染嚴重威脅著貝加爾湖及其周邊的原始生態環境 ,污染擴散到200多
平方千米的湖面 ,造紙廠排放的大量有害化學物質及污水威脅到湖泊的1500個物種 .
目前 ,持久性有機污染物 (POPs)的相關研究已成為世界研究的熱點問題 .它以環境持久性、生物蓄積性、半揮發性和高毒性特性對生態環境造成嚴重的影響和破壞 .1962年,美國的雷切爾 ..卡遜在其 .寂靜的春天 .中講述 ,北美5大湖區由於 DDT和 PCBs等物質對白頭雕的生殖發育產生嚴重影響 ,致使其蛋殼變薄、孵化率下降、雄鳥雌化種群數量急劇增加 ,引起了一場環境問題的軒然大波 .我國對有機氯農藥研究相對較多 ,不過主要集中於海灣及河口一帶 (張秀芳等 ,2000 ;呂景纔和徐恆振 ,2002 ;楊清書等 ,2005 ),對湖泊的研究較少 (龔香宜等 ,2009 ).
1..1..4富營養化
富營養化本是湖泊演化過程中的一種自然現像 ,這種演化是十分緩慢的 ,但由於人類經濟活動的迅速發展 ,大大加速了湖泊的這一進程 ,它嚴重影響到湖泊的功能 ,破壞了湖泊的生態平衡 ,造成經濟損失 .
從20世紀30年代首次發現富營養化現像到現在 ,全世界已有30％ ~40％的湖泊和水庫受到不同程度的富營養化的影響 (朱育新等 ,2002 ).湖泊富營養化、水庫富營養化在自然條件下極為緩慢 ,但由於生活污水、工業廢水、農牧業排水和雨水徑流等攜帶的營養物質 (氮、磷)流入湖泊、水庫 ,富營養化過程便大大加速 .當前 ,我國的湖泊富營養化狀況十分嚴峻 .根據 .2010年中國環境狀況公報 .,我國26個國控重點湖泊 (水庫 )中,滿足 Ⅱ類水質的1個,占3..8％ ;Ⅲ類的5個,占19..2％ ;Ⅳ類的4個,占15..4％ ;Ⅴ類的6個,占23..1％ ;劣Ⅴ類的1個,占38..5％ .大型水庫水質好於大型淡水湖泊和城市內湖 .26個國控重點湖泊 (水庫 )中,營養狀態為重度富營養的1個,占3..8％ ;中度富營養的2個,占7..7％ ;輕度富營養的11個,占42..3％ ;其他均為中營養 ,占46..2％ .
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湖泊富營養化破壞了湖泊原有的生態繫統的平衡,導致水生植物的生長被抑制,生物多樣性下降,甚至引起沉水植物的急劇消失和大規模的水華暴發,對周圍的環境產生極大的危害.主要體現在以下幾個方面:①影響水質.處於富營養化的水體中,常常藍藻大量繁殖,水體色度增加,透明度大大降低,水質變壞,並散發出腥臭味,污染居住環境.②影響漁業等生物資源利用,水體經濟價值降低.雖然一定程度的水體富營養化可能導致漁業產量的增加,但嚴重的富營養化的水體會因為藻類釋放的毒素和溶解氧的短缺,導致魚類種類和數量減少,並直接影響魚類質量,導致經濟效益大大降低.③嚴重影響湖泊水體的生態環境.處於富營養化污染的水體,正常的生態平衡遭到破壞,導致水生生物的穩定性和多樣性降低.異常增殖的藻類還會分泌一些能夠使人體致癌的毒
(如微囊藻毒素等),不僅威脅水生生物的生存,還會直接或間接地影響人類健康 (素中國科學院網絡化科學傳播平臺,ht
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www..lake..ac..cn/topics_con_1431..html).
1..1..5湖水酸化
天然水體中含有碳酸氫根離子,因此它們有中和酸的能力,即堿度.水體堿度數值上為碳酸氫根離子濃度,加上兩倍的碳酸根離子的濃度,再加上氫氧根離子濃度.當酸性物質進入碳酸氫鹽水體,首先中和氫氧根離子,然後中和碳酸根離子形成碳酸氫根離子,最後中和碳酸氫根離子形成碳酸,再增加氫離子,水體的酸性將明顯提高.因此,水體堿度大,酸中和能力大,其對酸性的緩衝能力大,可容納更多額外增加的酸.據堿度定義,湖泊完全失去堿性叫酸化.當某水體接受氫離子量超過其本身中和離子量 (通常是碳酸氫鹽),便發生了酸化.
湖泊的酸化主要是酸雨而致,酸雨是通過以下途徑進入湖泊,造成湖泊酸化的:干濕酸沉降可直接降入湖水內;降入河內再流入湖內;落到植被上,雨水衝刷形成徑流,注入河湖;滲入土壤,進入地下水,流入湖內.歐美國家等地由於酸雨長年不斷,20世紀70年代,數以千計的湖泊被酸化.瑞典近4000個湖泊,其 pH下降到0..5以下,導致湖中生物大量死亡.投放石灰之後,pH有所上升.在日本,高山地區的湖泊和水庫由於周圍沒有森林,擋不住酸雨的襲擊而發生酸化現像.美國東北部及加拿大東南部地區的湖泊水質酸化,pH一度低到1..4,污染程度較弱的湖泊 pH仍有3..5,依然帶有較強的酸性.
湖泊酸化使得沉積物中的堿金屬、堿土金屬和重金屬陽離子很快地被溶解和流失,毒害魚類,使其繁殖和發育受到嚴重影響 (朱育新等,2002).酸化環境中鋁含量的增加被普遍認為是生物受水體酸化危害的重要原因之一 (Myl
ynenetal..,1997).一般認為有機螯合鋁沒有毒性,而無機鋁有毒 (Driscol
etal..,1980).隨著 pH的降低,加上水體酸化引起底部淤泥對鋁的釋放,導致水體中的 Al3＋濃度升高,毒性變大 (金良等,2001).研究表明,湖泊酸化可改變微生物的組成和代謝活性、毒害藻類、水彭
生維管植物、浮遊動物、軟體動物、魚和兩棲動物等.從酸化的湖泊中攝取食物和水的鳥類與哺乳動物可能也會遭受食物短缺和有毒金屬的危害 (杜宇國,1992).隨著水體 pH降低,細菌總數減少,各種生物作用減緩,加速了水體的貧營養化過程 (王雲飛等,2001).另外,水體酸化會使水生生物的多樣性下降,結構簡單化,食物鏈和種間
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關繫遭到破壞 .一般當 pH＜6..5時,水體酸化對生物的影響開始顯現 ,隨著水體酸化程度的進一步加大 ,對水生態繫統的影響也越明顯 (彭金良等 ,2001 ).
1..1..6土著生物及生態繫統的破壞
湖泊生態繫統是一個復雜的綜合體繫 ,它是盆地和流域及其水體、沉積物、各種有機和無機物質之間相互作用、遷移、轉化的綜合反映 (濮培民等 ,2001 ).上述5種環境變化 ,或單獨、或組合起來引起生態繫統的變化和破壞 .
至今規模最大的湖泊生態破壞發生在咸海 .20世紀60年代初 ,咸海湖面海撥53m ,面積6..45萬 km2,為世界第四大湖 .此後 ,由於阿姆河和錫爾河的河水大量用於農業和工業 ,加之70年代以來氣候持續干旱 ,導致湖面水位下降、湖面積急劇下降和湖水鹽度增高 ,魚產量減少 ,多種魚類滅絕 ,湖盆附近地區有大量干鹽
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