江河湖泊的富營養(yǎng)化問題

關于江河湖泊的富營養(yǎng)化問題第1頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊水層結構1分層作用與翻騰表水層溫和好氧混合好變溫層下水層冷厭氧混合差夏天湖泊的分層現(xiàn)象示意圖風第2頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三秋天溫度降低，表水層開始冷卻，當它的密度比下水層大時，表水開始下沉，造成表水與下水層的混合，于是發(fā)生翻騰作用。下水層的水因升至表面，被冷卻后下沉，此時湖泊中發(fā)生完全混合作用，當溫度達到4C時翻騰現(xiàn)象即停止，因為此時水的密度最大。表水進一步被冷凍而產(chǎn)生冬天的分層現(xiàn)象。變溫層下水層4C冬天湖泊的分層現(xiàn)象示意圖冰0C第3頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2生物層沿岸層湖底層湖泊的生物層示意圖透光層深湖層光照水面邊界第4頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三3富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化是一個自然過程。由于營養(yǎng)物質(zhì)的引入與循環(huán)，湖泊逐漸變淺且生產(chǎn)力提高。因此貧營養(yǎng)湖逐漸經(jīng)過中營養(yǎng)、富營養(yǎng)及老化階段而最終被完全填平。當人類活動使沉積物和營養(yǎng)物質(zhì)進入湖泊的速率增加時，天然富營養(yǎng)化過程會加速而形成人為富營養(yǎng)化過程。因此湖泊污染是一種天然過程被加速的作用。對湖泊進行水質(zhì)管理就是要將富營養(yǎng)化速率至少減緩到天然過程的速率。首先了解影響藻類生長的因素。4藻類生長需求（1）碳藻類的碳源是溶于水中的CO2。由于CO2處于碳酸鹽平衡緩沖體系中，可獲得碳的量由水中堿度來確定。第5頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三當水中二氧化碳被消耗時，空氣中二氧化碳隨即補充進來。當藻類被較高等生物耗用或死亡后分解時，有機碳被氧化為二氧化碳，重新回到水或大氣中而完成循環(huán)。（2）氮湖泊中的氮通常以硝酸鹽形式存在，多來源于河流或地下水。在藻類攝取后氮被還原為氨基氮（NH2-）并轉(zhuǎn)變成有機氮。當藻類死亡分解時，有機氮在水中釋放出氨氮，再經(jīng)硝化過程被氧化為硝酸鹽(氮越多,硝酸鹽越多,形成的藻類就越多,造成富集)。。只要水中維持好氧，就會形成由硝酸鹽有機氮氨氮再回到硝酸鹽的循環(huán)過程。在厭氧沉積物中和富營養(yǎng)湖的下水層，反硝化降低了氮在湖泊系統(tǒng)的停留時間。反硝化反應如下：2NO3-+有機碳N2+CO2+H2O第6頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三（3）磷湖泊的磷來自外部，經(jīng)藻類以無機形式（PO43-）攝取后轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C化合物。藻類分解時，磷又轉(zhuǎn)化成為無機形式。磷以未分解有機物的形式與鐵、鋁、鈣等形成沉淀，或與粘土顆粒結合進入沉積物中。

(藻類的死亡速度大于分解速度,就造成湖中藻類的聚集,富集)。（4）微量元素藻類生長所需要的微量元素的量非常少。一般清水中已經(jīng)含有藻類生長所需的足夠的微量元素。5限制性營養(yǎng)元素植物的生長依賴于存在量最少的營養(yǎng)物質(zhì)——liebig最小定律。即藻類的生長受限于最不容易獲得的營養(yǎng)物質(zhì)。磷的含量控制著藻類生長和湖泊的生產(chǎn)能力。據(jù)估計，磷的含量小于0.010~0.015mg/L時可限制藻類過量繁殖。第7頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三6湖泊中磷的控制磷為限制性營養(yǎng)物質(zhì)?？刂迫藶楦粻I養(yǎng)化需要降低排入湖泊中的磷量。其它策略：加鋁鹽將磷沉淀，或挖出。但是如果排入量不減少，富營養(yǎng)化過程仍會繼續(xù)下去。因此化學沉淀法或挖出淤泥僅能暫時改善水質(zhì)。為減少磷的排入必須了解磷的來源和減少排入的各種可能方法。磷的天然來源是巖石的風化。就大部分湖泊而言，磷主要來自人類的活動：城市與工業(yè)廢水；化糞池滲出以及農(nóng)業(yè)徑流是主要的磷源。第8頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三我國湖泊（水庫）富營養(yǎng)化的急劇惡化趨勢及現(xiàn)狀70年代：全國重點調(diào)查的34個湖泊中，富營養(yǎng)化的占調(diào)查面積5％；80年代1984年：全國重點調(diào)查的34個湖泊中，富營養(yǎng)化的占調(diào)查面積26.5％；1988年：全國重點調(diào)查的34個湖泊中，富營養(yǎng)化的占調(diào)查面積61.5％；90年代1996年：全國26個國控湖泊水庫中，總體富營養(yǎng)化的高達85％。我國東部的湖泊幾乎全部處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，成為世界上湖泊富營養(yǎng)化最嚴重的國家之一。第9頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊(水庫)富營養(yǎng)化防治工作的長期性、艱巨性、連續(xù)性及綜合配套措施的必然性。根據(jù)國外的湖泊富營養(yǎng)化防治經(jīng)驗，類似于我國的太湖、巢湖、滇池等的大型湖泊的日本霞浦湖(220km2)、琵琶湖(2000km2)，從1972年開始，經(jīng)過十多年的努力，分別投入1300億元和1500億元治理資金。第10頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖周城市污水處理率達到90％以上，流域污水處理率達到70％以上的情況下，現(xiàn)在未達到甚至不能確定十年后能否達到日本的環(huán)境標準。而我國的上述嚴重富營養(yǎng)化的三湖尚處在急劇惡化的狀態(tài)中，其治理工作不可能“急功近取”，勢必是數(shù)十年為單位的長期的，投入數(shù)億為單位治理資金的工作。另一方面，治理工作又是控源（點源、面源、內(nèi)源），生態(tài)恢復工程建設和流域產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的缺一不可的綜合配套措施。第11頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊（水庫）富營養(yǎng)化在有重點分步驟的進行控制、治理：在“十五”期間，于橋、淀山湖、大伙房水庫、深圳東升水庫、武漢東湖等5個城市水源地湖泊（水庫）地治理有所突破，10年內(nèi)達到飲用水源地水質(zhì)標準。經(jīng)過30年的努力，太湖、巢湖、滇池、南四湖、梁子湖、武昌湖、南湖、洱海等8個嚴重富營養(yǎng)化湖泊的水質(zhì)恢復到三類水體。經(jīng)過50年的努力，我國所有大于50平方公里的近100個湖泊（水庫）基本達到二～三類水體。第12頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三編制湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治國家方案的指導思想遵循可持續(xù)發(fā)展湖泊的基本原則，正確調(diào)整人類經(jīng)濟活動與湖泊環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展的相互關系，克服“急功近取”情緒清醒認識湖泊富營養(yǎng)化防治工作的長期性、艱巨性、復雜性。在充分肯定前期的成績和工作的基礎上，統(tǒng)籌規(guī)劃制定國家湖泊富營養(yǎng)化防治方案，改善政出多頭，相互牽制的管理體制，強化湖泊管理和法規(guī)建設，按照提出重點，分步驟治理方案的原則和標本兼治，綜合治理的方法，制定近期、中遠期富營養(yǎng)化治理計劃。認真按治理計劃要求投入資金、人員，堅持不懈，50年內(nèi)實現(xiàn)全國湖泊進入生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，可持續(xù)發(fā)展的總體目標。第13頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治國家方案的投資估算一、天津于橋水庫等5個城市水源地湖泊（水庫）項目水域總面積約為310km2，按照0.5億元/km2估算，投資為157億元左右，其中2001～2005年計劃94億元（約占60%)；2006～2010年計劃63億元（約占40％）。二、江蘇太湖等8個嚴重富營養(yǎng)化湖泊（水庫）項目水域總面積為5462km2，按照0.5億元/km2估算，投資為2731億元左右，其中2001～2010年計劃1092億元（約占40%)；2011～2020年計劃820億元（約占30％）；2021～2030年計劃819億元（約占30％）。第14頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治國家方案的投資估算三、大于50km2的近100個富營養(yǎng)化湖泊（水庫）項目水域總面積約為16309km2，按照0.1億元/km2估算，投資為1631億元左右，其中2001～2010年計劃408億元（約占25%)；2011～2030年計劃408億元（約占25％）；2031～2050年計劃816億元（約占50％）。按年度的投資估算2001～2005年約844億元；2006～2010年約813億元2011～2020年約1024億元；2021～2030年約1023億元2031～2050年約816億元；50年總投資為4520億元第15頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三我國湖泊（水庫）富營養(yǎng)化控制近期行動計劃（一）第一階段：2001～2005年

（1）5個城市水源地湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治項目 點、面、內(nèi)源污染同時綜合治理 管理體制和管理政策示范 生態(tài)工程建設與生態(tài)保護示范（2）8個嚴重污染湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治項目

湖泊流域工業(yè)污染源全部達標 湖周城市污水處理率達到50％ 湖泊的湖濱帶生態(tài)建設示范研究 湖泊流域管理政策法規(guī)與管理體制研究 建立我國湖泊（水庫）富營養(yǎng)化監(jiān)測及預警系統(tǒng)第16頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三我國湖泊（水庫）富營養(yǎng)化控制近期行動計劃（二）第二階段：2005～2010年

（1）5個城市水源地湖泊（水庫）富營養(yǎng)化防治項目 湖泊流域?qū)嵤┊a(chǎn)業(yè)結構調(diào)整 推廣生態(tài)工程建設及保護（2）全國湖泊環(huán)境質(zhì)量標準的研究及實施（3）8個嚴重污染湖泊富營養(yǎng)化防治項目

推廣湖泊湖濱帶生態(tài)工程建設和保護 湖區(qū)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整

（4）100個50km2以上湖泊富營養(yǎng)化防治項目 湖周城市污水處理率達到50％ 湖周工業(yè)污染源全部達標 流域面源污染控制取得初步成效第17頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三二、我國湖泊（水庫）

富營養(yǎng)化數(shù)據(jù)庫及藍藻災害

監(jiān)測、預警系統(tǒng)建設第18頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊(水庫)富營養(yǎng)化模擬預警系統(tǒng)預期目標：在富營養(yǎng)化頻發(fā)期內(nèi)，對數(shù)個重點湖泊進行實驗室或現(xiàn)場試驗模擬，提前3－5日發(fā)出預警，為環(huán)境管理，飲用水，漁業(yè)部門防災、減災服務。項目內(nèi)容及概算湖泊模擬裝置100萬元藍藻分類計數(shù)裝置約50萬元藻毒素測試裝置約40萬元湖水運送灌車約10萬元運轉(zhuǎn)費20萬/年×5年＝100萬元合計：600萬元實施期間2001－2002年建立2002－2005年試運行第19頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊(水庫)富營養(yǎng)化災害衛(wèi)星照片監(jiān)視讀解系統(tǒng)預期目標：建立全國主要湖泊的富營養(yǎng)化及藍藻災害發(fā)生過程及實況的衛(wèi)星照片監(jiān)視解讀系統(tǒng)，及時為各級環(huán)境管理部門提供有關信息。項目內(nèi)容及概算遙感衛(wèi)星照片讀解計算機約200萬元讀解軟件開發(fā)費用約100萬元湖泊現(xiàn)場實測點建設費用10萬/點×3點≌60萬元運轉(zhuǎn)費30萬/年×5年＝150萬元合計：410萬元實施期間2001－2002年建立2002－2005年試運行第20頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三湖泊(水庫)富營養(yǎng)化信息數(shù)據(jù)庫及決策支持系統(tǒng)預期目標：建立全國富營養(yǎng)化湖泊（水庫）流域自然、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、生態(tài)、人口、經(jīng)濟等有關信息的數(shù)據(jù)庫，并建立為國家對湖泊管理決策提供解析支持系統(tǒng)，為環(huán)境管理部門服務。項目內(nèi)容及概算數(shù)據(jù)庫及決策支持系統(tǒng)約400萬元軟件開發(fā)費用約200萬元運轉(zhuǎn)費50萬/年×5年＝250萬元合計：850萬元實施期間2001－2002年建立2002－2005年試運行第21頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三三、我國湖泊(水庫)富營養(yǎng)化控制重大政策和管理體制研究

第22頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三我國湖泊(水庫)富營養(yǎng)化控制

重大政策和管理體制研究1、湖泊環(huán)境質(zhì)量標準制定

中國湖泊水質(zhì)、底質(zhì)及湖泊生物標準制定2、湖泊富營養(yǎng)化防治重大政策研究

城市水源地湖泊(水庫)保護政策、湖泊流域保護上下游補償機制政策、湖濱帶保護政策、退田還湖政策、含磷洗滌用品取代政策等研究3、湖泊流域綜合管理體制研究

現(xiàn)行流域管理體制和運動機制國內(nèi)外調(diào)查研究、跨省市湖泊流域管理體系研究、湖泊流域管理研究、流域管理的執(zhí)法監(jiān)督機制等研究

第23頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三四、我國湖泊(水庫)富營養(yǎng)化及藍