湖泊富营养化及综合治理方法

湖泊生态系统失调
藻类生成和分解是水体中进行光合作用（P）和呼吸作 用（R）的一典型过程，可用简单化学计量关系来表征：
106CO2+ 16NO3-+ HPO42-+122H2O +18H+（+痕量元素和能量） P R C106H263O110N16P + 138O2
水生态系统中，腐屑链的能流大于牧食链。据 Newell(1984)的估算，初级生产量有80%被直接利用，仍然 有10%(沉淀)+10%(分解)+40%(Λ2的粪)=60%能量进入腐屑 链，湖泊富营养化程度越高，进入腐屑链的能量越多。
18
营养状态与富营养化
营养状态与富营养化 营养状态是水体对营养盐的响应。
富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入封闭性、半封闭
性水体，或某些滞留（流速<1m/min）河流水体中，导致 水体初级生产力异常增殖，致使水体透明度下降，溶解氧
降低，水生生物随之大批死亡，水味变得腥臭难闻。
湖泊富营养是一个状态，而富营养化指的是一个过程。 富营养化是自然演变过程，但不能忽视人类活动对富营养 的促进作用。湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响 导致的湖泊自然演变过程的浓缩。
评价水体的营养状态，需要综合考虑水体中、浮游植物 和水生高等植物中的氮、磷总量。
湖泊富营养化过程
1 健康阶段
大量营养盐输入
2 3 4 5
营养增加阶段
生产力上升阶段
水化学平衡变化
沉水植物消亡阶段
生态系统失调 藻类异常增殖
pH值升高
藻华严重发生阶段
DO降低
CO2降低
初级生产力失衡
生态系统结构破坏
湖泊生态系统中的生物结构
24
富营养湖泊中初级生产力失衡与异常增殖
营养盐限制 光限制
挺水植物
几千万个／L
相 对 初 级 生 产 力
底栖固 着藻类
几十万个／L
浮游植物 沉水植物
营养盐增加
浮游动植物群落波动规律
小型浮游动物 大型浮游动物
浮游植物
PEG-模型的分析
生 物 量
清水期
浮游动物 小型化
营养盐
80 70 60 50 40 30 20 10 0 2002 2003 2004 2005 2006 41.9 61.8 67.3 54.2 67 54 65 52 64 53 东半湖 西半湖
东半湖 西半湖
2003
2004
2005
2006
4.5 4
总氮（m g / L ）
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 2002 2003 2004 2005 2006 东半湖 西半湖
湖泊生态
湖泊富营养化及 综合治理方法
1
报 告 内 容
1 2 3 4
我国湖泊富营养化现状 湖泊富营养化发生机制 综合治理的思路与方法 湖泊生态安全评价方法简介
2
1
我国湖泊富营养化现状
3
1.我国湖泊富营养化现状
我国湖泊概况

东部平原湖区 东北平原与山地湖区 青藏高原湖区 蒙新高原湖区 云贵高原湖区
60 50 40 30 20 10 0
2002
2003
2004
2005
2006
滇池环湖河流水质年际变化
100% 90% 80%
50
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2003 2005
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
63
63
62.5
25 12.5 25 12.5
12 .5
25 12.5
12
•南太子湖 草海． •墨水湖 •荔湾湖 •流花湖 •东山湖 •麓湖 •滇池 •玄武湖
0.235
贫营养区 贫营养区 •抚仙湖 •长白天池
•松花湖 •青海湖
•博斯腾湖
0.065
0
0.019
磷浓度(mg/L)
0.413
1.0
湖泊富营养化发展速度迅速
贫营养 0％ 中营养 15 ％
据调查的26个湖泊，在 70年代末富营养化湖泊 只占27％，80年代末达 61％，90年代末高达85 ％，2000年以后发展更 为迅速。我国已成为国 际上湖泊富营养化严重 国家之一。
6
黑臭阶段
湖泊生态系统功能丧失
水化学平衡变化
湖水pHቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ升。pH上升有利于水华藻类的生长，而大
量藻类的异常增殖又进一步提高湖水的pH值，进而
为水华藻类入微囊藻的大量增殖提供了适宜的生长 环境。 DO下降。DO下降有利于蓝藻的生长，而对其他藻 类生长不利，这样蓝藻能够很快形成竞争优势。 CO2降低。CO2在水中溶解度随水温升高而降低， 当湖水氮磷营养盐对藻类生长已达到饱和的情况下， 碳也有可能成为限制因子，此时增加碳有利于水华 藻类生长。
0.08 0.06 0.04 0.02 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006
3.5 3
总氮（m g / L ）
64 63 62
营养状态指数
2.5 2 1.5 1 0.5 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006
61 60 59 58 57 56 55 2001 2002 2003 2004 2005 2006
2006
Ⅴ类 劣Ⅴ类
2007
太湖蓝藻水华发生面积的变化
1950’s
1970’s
1980
1987
1994 2000 2006 随营养盐浓度的增加，太湖水体中蓝藻水华发生的频 率、程度、面积也呈逐渐增加的趋势。
滇池湖体水质年际变化
9
高锰酸钾指数（m g / L ）
1.6 1.4
总磷（mg/L）
8 7 6 5 4 3 2 1 0 2002 2003 2004 2005 2006 草海 外海
富营养化湖泊分布情况
14000
东部 中部 西部
13.4 15 30 45
56.7
29.9
%
滇池草海水葫芦 巢湖
滇池 太湖梅梁湾
太湖湖体水质年际变化
太湖湖体水质年际变化
6
高锰酸盐指数（m g / L ）
0.12 0.1
总磷（m g / L ）
5 4 3 2 1 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006
浅水湖泊的稳定机制
透明度 底泥再悬浮 藻类 正效应
水深 大型水生植物
营养盐
负效应
风浪
化感物质
鱼类
浮游动物
(Modified from Scheffer et al. 1993)
大型水生植物消失的影响
1）大型水生植物能起到净化水质的作用，它的消失直接削弱了 水体自净的能力 2）大型水生植物是与浮游植物竞争养料的，前者的消失使后者 能独享养料资源，导致浮游藻类的大量孳生，反过来通过 在养料和光照方面的竞争优势，进一步压制水草的恢复 3）大型水生植物能够分泌化感物质，抑制藻类生长 4）水草是好几种产粘性卵的鱼类、螺类以及水生昆虫卵粒附着 的基质，产出的鱼卵、虫卵、和螺的卵囊没有水草可资附 着，卵的孵化率大大降低 5）水草也是许多幼鱼和水生无脊椎动物躲避敌害的隐蔽场所， 少了这样的避难所，这类动物死亡的机率大增，进而影响 到生态系统的生物多样性。
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2002
90 80 70 79 60.8 76.4 62.7 79 63.3 76 62 草海 外海 77 70
草海 外海
2003
2004
2005
2006
16 14
总氮（mg/L）
营养状态指数
12 10 8 6 4 2 0 2002 2003 2004 2005 2006 草海 外海
太湖环湖河流水质年际变化
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
42.7
42
38
31
34.1
18 10.1 15.9 17 22.7
38.2
28.4
28
31
22.7
7.9
0%
1.1
12.6
1.1
16
1
19
1
18.2
2.3
2003
2004
Ⅰ类 Ⅱ类
2005
Ⅲ类 Ⅳ类
12
2006
Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类
12.5
2007
巢湖湖体水质年际变化
8
高锰酸钾指数（m g / L ）
0.4 0.35
总磷（m g / L ）
7 6 5 4 3 2 1 0 2002 2003 2004 2005 2006 东半湖 西半湖
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 2002
5mg/L
入湖排水
生态修复技术：
<1mg/L 湖水
湖滨带生态、沉水植物修 复、固着藻类修复等
湖泊生态修复技术
①入湖河流营养盐 源控制
②光强控制 ⑥ 湖滨带生态控制 ⑤鱼类群落控制 ③垂直混合控制
④溶解氧控制
湖泊生态修复中六个主要控制原理
湖泊生态修复技术
若按降雨1500mm/a，形成径流７０％
用水量
500ℓ/人/d P 70% ， COD70%，N 50%.
若每年流出
COD(mg/l)
6.0 4.0 2.0 0.0 0
怎样解决这个问题呢?
● 改变生活方式 ● 研发新的技术 ● 采取新的对策
200 400 600 800 1000
人口密度(人/km2)
分级标准
TLI(∑)
0 30 50 60 70 重度 100
营养状态
贫营养
中营养
20
轻度 中度 富营养
吉克斯塔特划分水质营养状态的主要参数和标准
参数项目 总磷浓度 叶绿素浓度 赛克板透明度 溶解氧饱和度 单位 mg/L μg/L m % 贫营养 <0.01 <4 >3.7 >80 中营养 0.01~0.02 4~10 2.0~3.7 10~80 富营养 >0.02 >10 <2.0 <10
3
综合治理的思路与方法
30
湖泊流域水自然循环特征
水的性质基本不变
31
水的社会循环
自然降水
生产、生活
抽提 处理
河流、湖泊
水的性质不断变化
32
流域综合治理思路
1、维持水的自然循环，保证上游清水来源
山体
云与水汽 降水 地表径流
水汽输送
2、规范水的社会循环，减少人为污染
植物蒸腾
蒸发
下渗
小水体 地下径流
林地、湿地
湖泊
3、恢复或保育湖泊生态系统，平衡系 统结构，发挥系统功能
33
湖泊污染综合治理思路
经济发 循环经济 展模式 清洁生产
乡镇污水
工业废水 村落污水 农田径流 其它面源 污染源 监控 管理 治理
人口 与分布
湖泊 流域
低污 染水
入 湖 河
流
湖泊
流域污染综合治理思路
COD 10.0 8.0
人口 人口+农田 人口+农田+牲畜
90 年代后期
富营养
85 ％
富营养
61 ％
贫营养
4％
80 年代后期
中 营养 69 ％
中营养
35 ％
富营养
27 ％
70 年代后期
贫营养
4％
1.我国湖泊富营养化现状
2007年重点湖库营养状态指数
7
富营养化的趋势
指 标 2006年
5000
2010年预测值
6700
富营养化面积（km2）
具备发生富营养化的 湖泊面积（km2）
环境限值 150P/km2
环境限值 800P/km2
湖泊富营养化综合治理思路
3.0 1.5 ( mg/L ) 单 1.0 位 ： 0.3 0.2 0.1
(Ⅲ类0.05) (IV类0.1) 2006年1月1日 (ⅠA:1.0(前)/0.5 (后) ) (Ⅱ级3.0)
(1B:1.5/1.0)
城镇生活污 水排放标准
营养状态指数
3.5
巢湖环湖河流水质年际变化
100% 90% 80%
25 50 43 25 8 16.7 33 33.3 8 8
2003 2005
Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类
50
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
42
41.7
8
2006
Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类
8.3
2007
2
湖泊富营养化 发生机制
(V类0.4)
0.0 Ⅲ类 IV类 V类
…
(Ⅲ类0.2) (IV类0.3)
河流水环境 质量标准值
(V类0.2)
湖库水环境 质量标准值
生活污水排放与湖库、河流水质标准的比较
综合治理技术体系
BOD 200mg/L 城镇污水
污水处理措施：
污水处理厂、净化槽等
20mg/L
达标处理排水
生态处理工程：
碎石接触氧化床、人工湿 地、强化净化等
湖泊数：2742( > 1 km2) 总面积: 91020 km2
4
我国主要湖泊富营养化的状态
10
重富营养区
4.50
富营养区
总 氮 浓 度 (mg/L)
0.765
中营养区
•柴窝堡湖 •磁湖 •南四湖 •长春南湖•蘑菇湖 •固城湖 •鄱阳湖 •西湖 •太湖 呼伦湖•甘棠湖 •淀山湖 •瘦西湖 •洪泽湖 •邛海 •白洋淀 •巢湖 •东湖 •岱海 ． •乌梁素海 •南宁南湖 •哈素海 •洞庭湖 •镜泊湖 •五大莲池 •东钱湖 •洱海 •什刹海 •纳木错 •千岛湖 •兴凯湖
19
湖泊富营养化评价方法及分级
我国湖泊营养状态评价方法 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ TLI（chla）=10（2.5+1.086lnchl） TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP） TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN） TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD） TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCOD） 单位：chla：mg/m3，SD：m；其它为mg/L。