玄武湖水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與應(yīng)對(duì)措施資料

1、玄武湖水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與應(yīng)對(duì)措施吳飄1,路婷婷2摘要：玄武湖是典型的城市富營養(yǎng)化湖泊，其水生態(tài)環(huán)境問題突出。結(jié)合國內(nèi)外研究成果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，綜述了玄武湖的水環(huán)境與水生態(tài)現(xiàn)狀及其演變規(guī)律，同時(shí)對(duì)玄武湖的污染源展開調(diào)查。針對(duì)玄武湖的現(xiàn)狀，分析了已開展工程的實(shí)施效果與存在的問題，并提出合理建議。關(guān)鍵詞：玄武湖；水環(huán)境；水生態(tài)；工程措施中圖分類號(hào)：X131文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AInvestigationandCountermeasuresonEnvironmentalandEcologicalsituationofXuanwuLakeWuPiao1,LuTingting2Abstract:Thewater

2、ecologicalenvironmentproblemsofXuanwuLakewhichisatypicalurbaneutrophicationlakebecomeveryseriousinrecentyears.ThewaterecologicalenvironmentstatusquoofXuanwuLakewassummarizedandpollutionsourceswasrevealedbasedonresearchfindingsathomeandabroadandfieldresearch.Thepaperanalyzedtheimplementationeffectsan

3、dexistingproblemsofprotectionprojectsatXuanwuLakeandputforwardsomereasonableproposals.Keywords:XuanwuLake;waterenvironment;waterecology;engineeringmeasure玄武湖位于南京老城區(qū)東北部，屬于天然小型城市淺水湖泊，湖泊面積為3.72km2。玄武湖湖岸呈菱形，湖泊的南北長度為2.4km,東西寬度為2.0km,岸線長度約為10.0km,岸線發(fā)展系數(shù)為1.5。玄武湖常年水位為9.8m-10.2m,在10m水位時(shí)，平均水深為1.2-1.3m,庫容約5M10

4、6m3。湖水面被4個(gè)小島嶼分割成東北湖、東南湖、西南湖、西北湖四部分，彼此通過橋涵連接。玄武湖作為南京城市風(fēng)景名勝，同時(shí)承擔(dān)城北地區(qū)汛期蓄洪和夫子廟景區(qū)城市河道的調(diào)節(jié)。隨著玄武湖流域城市建設(shè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水、生活污水排入湖中，玄武湖的水環(huán)境質(zhì)量惡化，重金屬含量超標(biāo)，生態(tài)服務(wù)功能逐漸衰退1,2。而玄武湖本身流速較慢，湖水置換周期長，水體自凈與生態(tài)自我修復(fù)能力弱，導(dǎo)致玄武湖頻發(fā)水污染事件，成為典型的城市富營養(yǎng)化湖泊3,4。本文通過文獻(xiàn)閱讀與實(shí)地調(diào)研，詳細(xì)闡述了玄武湖的水環(huán)境與水生態(tài)演變及其現(xiàn)狀，并結(jié)合玄武湖現(xiàn)行的治理措施，提出合理建議。1 玄武湖的水生態(tài)環(huán)境變化與現(xiàn)狀1.1 玄武湖水環(huán)境變化特

5、征早在上世紀(jì)90年代，玄武湖已經(jīng)成為嚴(yán)重的富營養(yǎng)化湖泊，具重要原因是入湖污水中的TN、TP含量過高，超出湖體的自凈能力，從而引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，造成水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化。21世紀(jì)以來，隨著水環(huán)境治理力度的加大，玄武湖的水質(zhì)得到一定改善。到2005年，玄武湖營養(yǎng)程度為中度富營養(yǎng)化湖泊，到2014年，玄武湖達(dá)到輕度富營養(yǎng)化。玄武湖富營養(yǎng)化的重要污染物為氮、磷和有機(jī)物。通過收集并分析1998-2014年玄武湖湖心點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)（數(shù)據(jù)來源：南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站）得知，玄武湖的水環(huán)境狀況逐年好轉(zhuǎn)，TN、TP、COD和BOD5逐年降低，并且TN與TP、COD與BOD5變化趨勢(shì)大致保持一致。玄武

6、湖水質(zhì)年際變化趨勢(shì)見圖1。從圖中可以看出，1998年玄武湖的污染程度最為嚴(yán)重，TN、TP和BOD5含量均最大，其中TN、TP達(dá)到4.76mg/L和0.38mg/L,為劣V類。到2014年,玄武湖湖水的TN、TP、COD和BOD5分別為1.48mg/L、0.12mg/L、12.1mg/L和4.12mg/L。圖中顯示，在2006年，玄武湖湖水的TN和TP濃度最低，之后有所回升。這主要與2006年玄武湖范草爆發(fā)性生長有關(guān)，范草的收割帶走了大量的氮和磷5,6。觀察近三年玄武湖的水質(zhì)變化發(fā)現(xiàn)，玄武湖的水環(huán)境質(zhì)量雖然較1998年有了明顯的改善，但2014年玄武湖水的TN、TP和COD較前兩年均有小幅度升高

7、，尤其是TN超標(biāo)嚴(yán)重，仍處于劣V類水平。50CODBODS19982000200220042006200B201020122014年份(豆J口0362113-4-40州3官口。圖11998-2014年玄武湖主要水質(zhì)指標(biāo)的變化選擇玄武湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告中的葉綠素aTN、TP和COD作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)玄武湖的富營養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇COD、BOD5、TN、TP、氨氮以及重金屬等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)污染程度作定量分析。富營養(yǎng)狀況評(píng)價(jià)采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，污染程度評(píng)價(jià)采用水質(zhì)綜合污染指數(shù)法。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計(jì)算公式見式1,綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式見式2。計(jì)算、評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2和圖3。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計(jì)算公式：

8、n(1)TLI(E)=ZWjTLI(j)j=式中：TLI(2為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。不同指標(biāo)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算參閱湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定。綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式：1_P=ZPPi=Ci/Si(2)ny式中：P為綜合污染指數(shù)；Pi為i污染物的污染指數(shù)；n為污染物的種數(shù)；Ci為i污染物實(shí)測(cè)濃度平均值，S為i污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。從圖2中可以看出，1998年至2014年間，玄武湖的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)明顯降低，即玄武湖的富營養(yǎng)狀態(tài)得到較大改善，尤其是在2007年，富營養(yǎng)程度最低，是1998年的營養(yǎng)指數(shù)的70%

9、左右，而1998年玄武湖的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)高達(dá)75以上。但在2008-2014年六年間，玄武湖的富營養(yǎng)化有緩慢加重的趨勢(shì)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)從52上升至5660左右。據(jù)調(diào)查，這主要與化肥的濫用、生活污水和糞便的亂排、禽畜飼養(yǎng)和湖面養(yǎng)殖等有關(guān)7,8。圖3中所示的綜合污染指數(shù)曲線可知，1998年的綜合污染指數(shù)最高，隨著時(shí)間的推移，玄武湖的污染指數(shù)大幅降低。其中，污染指數(shù)在2000年有明顯的反彈，在這之后又迅速下降,并最終維持在2.03.0的水平，是1998年污染指數(shù)的22%33%。年份圖21998-2014年玄武湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的變化2022010a加，哨20年一一200圖31998-2014年玄

10、武湖綜合污染指數(shù)的變化1.2 玄武湖水生態(tài)變化特征作為南京市重要的旅游觀光性湖泊，玄武湖的生態(tài)安全備受關(guān)注。2005年夏季，玄武湖首次發(fā)生大面積的藍(lán)藻水華，其中優(yōu)勢(shì)種群為微囊藻。此次藍(lán)藻事件導(dǎo)致湖水景觀及其他生態(tài)功能衰退，嚴(yán)重影響南京的城市面貌。南京市環(huán)境檢測(cè)中心的研究顯示，在2006-2007年間，玄武湖湖區(qū)共監(jiān)測(cè)到浮游植物7門82屬176種，藻類細(xì)胞密度為6.93M106-2.28M108cells/L,夏季7,8月份玄武湖藻類細(xì)胞密度最大9。任黎10等的研究發(fā)現(xiàn)，玄武湖中的優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻和硅藻，通過修正的卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)浮游植物進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)2005年9月的玄武湖處于富營養(yǎng)狀態(tài)，并有向

11、重富營養(yǎng)化過度的趨勢(shì)。張哲海11等對(duì)玄武湖浮游動(dòng)物、底棲生物和魚類數(shù)量和優(yōu)勢(shì)種群進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)玄武湖中浮游動(dòng)物數(shù)量達(dá)8535-59234個(gè)/L,原生動(dòng)物為優(yōu)勢(shì)種，輪蟲、枝角類、槎足類年際數(shù)量增多幅度最大。藍(lán)藻爆發(fā)期間，玄武湖底棲生物數(shù)量為384-480個(gè)/m；優(yōu)勢(shì)種為粗腹搖蚊。魚類產(chǎn)量下降明顯，2004年魚類數(shù)量不足1985年產(chǎn)量的15%。研究表明，鯉浦魚類的急劇減少使大型浮游植物的牧食壓力降低，是微囊藻暴發(fā)性增殖的主要原因120曾巾13等通過PCR-DGGE分子指紋技術(shù)，鑒定出玄武湖底泥中優(yōu)勢(shì)微生物屬于Proteobacteria,Actinobacteria,Verrucomicrobi

12、a和Nitrospira,它們均屬于富營養(yǎng)化湖泊中常見的微生物類群。玄武湖沉積物的微生物群落結(jié)構(gòu)與藻類密集程度也尋在關(guān)聯(lián)，微囊藻水華期間，Proteobacteria、Firmicutes和Baeteroides為主要微生物，而在水華衰退期水體內(nèi)原有的HydrogenophagaVogesella、SphingomonasExiguobacterium等菌屬消亡14。1.3 玄武湖污染源調(diào)查與分析城市湖泊污染源主要分為外源污染和內(nèi)源污染。調(diào)查結(jié)果表明，玄武湖的主要外源污染為入湖溝渠、降雨、生活污水排放，而藻類增殖代謝、底泥污染物釋放則是其主要的內(nèi)源污染。玄武湖的入湖溝渠采用截留式合流制排水管渠

13、系統(tǒng)，在流量較大時(shí)易發(fā)生管渠的溢流，溢流的污水對(duì)湖泊水環(huán)境存在威脅，其中老季亭溝和唐家山溝的溢流污染對(duì)玄武湖水質(zhì)的影響最大150氣象資料顯示，玄武湖年均降雨量約為380萬m3,降雨洗刷空氣中的懸浮塵埃，并溶解地面的污染物，隨著地表徑流進(jìn)入玄武湖。資料顯示，入湖雨水的TN濃度為2.55mg/L,TP濃度為0.034mg/L15,均對(duì)玄武湖的富營養(yǎng)化有一定貢獻(xiàn)。玄武湖內(nèi)的生活污水排放是玄武湖另一重要的外源污染，未經(jīng)處理的娛樂、公廁、餐廳等場(chǎng)所的污水排放至玄武湖，造成玄武湖有機(jī)污染的加劇。藍(lán)藻爆發(fā)是目前國內(nèi)淡水湖泊面臨的主要環(huán)境問題。2007年6月太湖藍(lán)藻爆發(fā)，水體溶解氧降低，太湖北部、西北部湖區(qū)重

14、度富營養(yǎng)化16,造成無錫全城飲用水污染。其中受藍(lán)藻水華影響比較嚴(yán)重的沙渚、小灣里飲用水源地和汞湖的錫東取水口水體中的藻類密度可達(dá)到9130萬個(gè)/L17。研究表明，浮游藻類與水體環(huán)境存在相互作用的機(jī)制18,玄武湖局部的藍(lán)藻爆發(fā)導(dǎo)致湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)被破壞，不僅搶奪了其他水生植物的生長資源，同時(shí)釋放對(duì)人類健康危害巨大的藻毒素，對(duì)玄武湖水質(zhì)安全帶來重大威脅。玄武湖水深較淺，底泥中富含營養(yǎng)元素，易受環(huán)境因素影響。據(jù)報(bào)道，入湖的含磷有機(jī)物大部分會(huì)吸附在底泥和水中的懸浮顆粒中，而在外源逐步被控制的情況下，沉積物對(duì)上覆水釋放的氮、磷將成為湖泊富營養(yǎng)化的主要來源190玄武湖每年底泥釋放磷總量約為2.014t,在不考

15、慮外源污染的情況下，底泥磷釋放可使玄武湖年均的磷濃度維持在0.101mg/L左右20。彭杜等人對(duì)玄武湖底泥分層研究，發(fā)現(xiàn)0-20cm處的沉積物磷釋放的潛力較大，20-40cm處釋放潛力逐漸減小21。因此控制底泥污染是內(nèi)源污染治理，預(yù)防湖泊富營養(yǎng)化最重要的方法之一2202 玄武湖的污染治理措施與效果評(píng)價(jià)目前治理玄武湖富營養(yǎng)化問題主要的措施有疏浚清淤、生態(tài)補(bǔ)水和生態(tài)修復(fù)。2.1 疏浚湖泊疏浚作為控制水體污染及富營養(yǎng)化、維持湖泊生命的一種措施，在國內(nèi)外已被廣泛使用，通過挖除湖泊底泥，清除沉積物中的污染物，減少沉積物中的污染物向水體的釋放，對(duì)大中城市供水水源地，重要旅游區(qū)和特殊水域保護(hù)區(qū)的水質(zhì)保障有重

16、要意義。早在1998年，玄武湖就進(jìn)行了一次清淤工程，平均去除了30cm表層淤泥，完成了3.3km2的清淤任務(wù)，清除淤泥量達(dá)到75.48萬m3。研究表明，此次清淤在短期內(nèi)降低了沉積物中的營養(yǎng)鹽和重金屬含量，但清淤工程一年后，沉積物中的Hg,Cu,Pb等重金屬含量上升，這可能與清淤后水土界面受到擾動(dòng)，原有生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞有關(guān)230目前，玄武門到解放門段西南湖正在進(jìn)行疏浚清淤工程，此次玄武湖清淤是新中國成立后第四次大規(guī)模清淤工程的一個(gè)部分，第四次大規(guī)模清淤開始于2009年，前期結(jié)合玄武湖隧道的建設(shè)，已經(jīng)完成了北湖約50萬立方米的清淤。2.2 生態(tài)補(bǔ)水引水沖污、補(bǔ)給清潔水源已經(jīng)成為緩解湖泊富營養(yǎng)化，改

17、善富營養(yǎng)化湖泊水質(zhì)的常規(guī)措施之一。為改善玄武湖的水環(huán)境質(zhì)量，對(duì)玄武湖共進(jìn)行了三次大規(guī)模的生態(tài)補(bǔ)水工程。1998年，引長江水8萬t/d對(duì)玄武湖進(jìn)行補(bǔ)水，2002年再次生態(tài)補(bǔ)水量為18萬t/d。2005年玄武湖藍(lán)藻爆發(fā)，全面啟動(dòng)生態(tài)補(bǔ)水控制藍(lán)藻水華，補(bǔ)水強(qiáng)度為28萬t/d,補(bǔ)水量達(dá)5000萬t。生態(tài)補(bǔ)水對(duì)玄武湖水質(zhì)的改善效果較為明顯，自1998年來，玄武湖水質(zhì)由劣V類逐漸接近規(guī)劃要求的IV類，富營養(yǎng)化程度減輕24。實(shí)踐表明，玄武湖的生態(tài)補(bǔ)水需要重點(diǎn)加強(qiáng)補(bǔ)水水源的監(jiān)控，建立完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并加強(qiáng)綜合整治，保障生態(tài)補(bǔ)水工程對(duì)玄武湖水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善2502.3 生態(tài)修復(fù)生態(tài)修復(fù)是利用生態(tài)系統(tǒng)的這

18、種自我恢復(fù)能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或使生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)方向發(fā)展。在生態(tài)補(bǔ)水與疏浚工程中常常需要生態(tài)修復(fù)技術(shù)輔助以達(dá)到更好更持久的環(huán)境效應(yīng)。目前常用的生態(tài)修復(fù)技術(shù)有種植水生生物、放養(yǎng)濾食性魚類和底棲生物、生態(tài)護(hù)坡等。在玄武湖北湖的生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)區(qū)中種植大型沉水植物，同時(shí)投放部分水生生物如螺蝴、河蚌、鯉魚等，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的完整化與多樣化。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，生態(tài)試驗(yàn)區(qū)的水質(zhì)狀況明顯改善，總磷和高鈕酸鉀指數(shù)接近國家地表水m類水標(biāo)準(zhǔn)26。傳統(tǒng)的水泥護(hù)坡使水岸生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，不僅會(huì)導(dǎo)致水體惡化，水體富營養(yǎng)化加重，污水自凈能力降低，植被的缺失還誘發(fā)生物鏈脫節(jié)，導(dǎo)致生態(tài)失衡。建設(shè)生態(tài)河道

19、與河道生態(tài)護(hù)坡是兼顧環(huán)境功能、生態(tài)功能和景觀功能的重要工程措施。目前，玄武湖疏浚區(qū)護(hù)坡主要采用復(fù)合型生態(tài)護(hù)坡和自然材料護(hù)坡兩種形式。復(fù)合型生態(tài)護(hù)坡利用天然石材、木材護(hù)底，設(shè)計(jì)平臺(tái)，在平臺(tái)上坡設(shè)草皮護(hù)坡，種植喬灌木，實(shí)行喬灌草相結(jié)合，固堤護(hù)岸。自然材料護(hù)坡選用天然的石材、木材等材料在縫隙中種植植被，既可增強(qiáng)護(hù)岸抗沖刷能力，又能為水生生物提供附著、棲息和覓食的場(chǎng)所，游客也可以在岸邊活動(dòng)、滿足人類親水性的需求。3 建議與展望隨著玄武湖湖區(qū)周邊城市發(fā)展，玄武湖水環(huán)境質(zhì)量惡化，水生態(tài)系統(tǒng)的平衡逐漸被破壞。近年來，南京市政府聯(lián)合科研、工程等相關(guān)部門對(duì)玄武湖水環(huán)境展開整治，并取得一定成效。作為典型的城市富營

20、養(yǎng)化湖泊，面對(duì)愈發(fā)嚴(yán)峻的水環(huán)境與水生態(tài)形勢(shì)，要求整治工作更加積極主動(dòng)，措施得力。根據(jù)玄武湖的水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，提出以下建議：(1)加快外源內(nèi)源污染控制。應(yīng)大力開展截污工程和內(nèi)源污染清理，從源頭遏制污水入河及內(nèi)源污染的釋放。(2)加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，建設(shè)資源集約型城市發(fā)展模式。大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)，淘汰落后產(chǎn)能，強(qiáng)力推進(jìn)節(jié)能減排；(3)堅(jiān)持政府主導(dǎo)。政府必須勇于承擔(dān)湖泊治理工作的責(zé)任，科學(xué)決策，將湖泊治理納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)總體戰(zhàn)略和規(guī)劃中。統(tǒng)籌布局，響應(yīng)國家政策，盡早形成玄武湖水環(huán)境綜合治理與水生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施方案。加強(qiáng)治理資金投入，明確各部門責(zé)任，整合社會(huì)資源，全力推進(jìn)城市湖泊整治工作；(4

21、)動(dòng)員社會(huì)廣泛參與。必須加強(qiáng)宣傳發(fā)動(dòng)，綜合運(yùn)用法制、行政、經(jīng)濟(jì)等手段和辦法，動(dòng)員各方面的力量，共同做好湖泊保護(hù)和治理工作。(5)預(yù)防為主，防治結(jié)合。對(duì)于未受污染或污染程度較輕的湖泊，要堅(jiān)持貫徹預(yù)防為主，防治結(jié)合”的治湖思路，切勿走先污染，后治理”的老路。參考文獻(xiàn)1陳鵬，唐鶴丹.南京玄武湖有機(jī)物特性研究J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,40(32):15864-15866;2XinHu,ChaoWang,LiminZou.CharacteristicsofheavymetalsandPbisotopicsignaturesinsedimentcorescollectedfromtypicalurban

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