太湖流域富营养化控制机理研究

http://www.paper.edu.cn-1-太湖流域富营养化控制机理研究太湖流域富营养化控制机理研究崔广柏1,2，陈星1,2，余钟波1,21河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京（210098）2河海大学水资源环境学院，南京（210098）E-mail:gbcui@hhu.edu.cn摘要：要：近年来，随着点源污染物控制和治理技术的不断走向成熟，非点源的研究受到越来越多的关注。太湖流域人口密集、社会经济发展程度较高，流域水资源量已远远不能满足用水需求。近20年来，严重的流域水质型缺水已成为制约流域经济社会可持续发展的瓶颈。本研究将太湖流域复杂的生态系统细分为三个具有内在联系的子系统：陆域、河网和湖体，结合室内外实验和数值研究方法，主要有四个方面的研究内容：（1）流域非点源营养物质在水—土界面的迁移及量化研究；（2）太湖流域河网水体污染物累计和迁移规律研究；（3）太湖污染物累计和迁移规律研究；（4）太湖流域污染物负荷承载力与污染控制原理研究。建立了太湖流域非点源污染物质在水—土界面输送通量响应关系，进一步揭示了藻类暴发机制，提出了利用人工湿地和水利工程调控改善水环境的原理。在研究中，还提出了流域控制与区域控制相结合的环境治理新思路，以区域治理为其目标，最终达到全流域的治理目标，取得了明显的效果。关键词：关键词：太湖流域，非点源污染，富营养化，控制机理中图分类号：中图分类号：X51.引言引言太湖流域人口稠密，城市化进程快，农业开发历史悠久，是我国经济最发达的地区之一，同时也是我国富营养化水体分布的主要地区。受流域工业污染源、城镇生活污染源、农村生活污染源、农业非点源及其它污染源排放影响，河网水污染和湖泊富营养化状况日趋严重，对社会、经济的负面影响也日益增加，影响工农业、渔业、第三产业的发展以及饮用水安全，造成巨额经济损失。水体富营养化造成藻类的过度生长，这些藻类还会产生对其他有机体有害的化学物质，对生态健康和人类健康有着极大的威胁[1]。国内外对富营养化的发生机理和控制原理都做了大量的研究探索，主要有两个研究热点。一是研究流域非点源污染物的产生和输出机理，自20世纪70年代以来，国外相继开发了许多非点源污染模型，如CREAMS、EPIC、ANSWERS、AGNPS、SWAT等。现如今国外的非点源污染模型已由简单的统计模型发展到基于物理基础的机理性模型、由输出次暴雨总产流产污量发展到分析产流产污随时间的连续过程、由集总模型发展为分布式模型，并强调研究成果的普遍适用性和实际应用价值。自20世纪80年代，我国也逐渐认识到非点源污染的危害性并开始了非点源污染的研究和控制工作，但针对产流与产污的物理过程研究较少，多用统计方法和确定性方法建立水文与水质关系。在太湖流域进行的此类研究相当之多，包括研究非点源N、P的来源以及随水土流失的输出量，作物对N、P的吸收量，N、P在迁移过程中的转化规律等。随着计算机技术的发展以及数据可获取性的提高，地理信息系统（GIS）开始广泛应用，为进一步研究产流产污物理机制、分析空间要素变化的影响提供了便利的工具。二是湖泊富营养化模拟的研究，大概有以下三个发展阶段:单限制因子模型、多限制因子模型、生态-动力学模型。可见，湖泊富营养化模型经历了由单一因素、局部过程、均匀性向复杂因素、系统过程、时空不本课题得到国家自然科学基金（项目编号：50239030）资助。http://www.paper.edu.cn-2-均匀性的发展。生态-动力学模型是现今湖泊富营养化模拟研究的主流，用来阐述湖泊富营养化发生的机理，并对其发展趋势作出预测。在湖泊富营养化机理模型构建方面，我国学者也做了大量工作，如建立了武汉东湖的磷-浮游植物动态模型，描述东湖藻类的生长和磷循环；在研究滇池碳、氮、磷时空分布，藻类动力学、浮游植物动力学及沉积与营养释放的基础上，建立了生态动力学箱模型；以淀山湖生态系统为研究对象，建立富营养化生态模型等[2,3,4]。另外，在太湖也开展了很多富营养化机理性研究工作，取得了很有意义的成果。包括水体、底泥间的N、P营养盐的迁移、交换；底泥N、P释放和沉积的关系研究；营养状态与湖中动、植物之间的关系；湖泊富营养化治理的生物技术研究等[5]。根据太湖流域富营养化的研究现状，并参考国内外先进的研究理论和方法，本课题的研究目标为：（1）揭示太湖流域非点源污染物质经过地表径流和通过土壤进入水体的迁移转化规律；探讨污染物质在太湖流域河网系统中迁移、稀释和降解的机理；研究营养物质在太湖水体迁移转化的物理、化学和生物学过程。（2）在机理研究基础上，建立太湖非点源污染物质在水—土界面输送通量响应关系；太湖流域大型河网污染物质迁移转化的定量关系；太湖富营养化仿真预测系统，阐明河网及太湖污染负荷承载力。（3）以上述工作为基