浅论湖泊富营养化预测及评价的模型的研究
目录
摘要
1 引言……………………………………………………
2 绪论…………………………………………
2.1 湖泊富营养化的概念及分类…………………………
2.2 国内外水体富营养化污染概况……………………
3 湖泊富营养化的研究内容………………………………
3.1 富营养化预测…………………………
3.1.1 预测的目的及内容………………
3.1.2 预测模型进展概况………………
3.2 富营养化评价……………………
3.2.1 评价的目的及意义………………………
3.2.2 评价的基本步骤…………………………
3.2.3 评价模型进展概况……………………
3.3 湖泊富营养化模型…………………………
3.3.1 评分模型…………
3.3.2 营养状态指数模型…………
3.3.3 改进的营养状态指数模型………………
3.3.4 生物多样性评价…………
3.3.5 灰色理论评价模型……………………
3.3.6 浮游植物与营养盐相关模型…………………………
3.3.7 生态动力学模型………………
4 结论及展望……………………………………
4.1 结论…………………………
4.2 展望………………………………
参考文献…………………………
摘要
本文主要讲述了湖泊富营养化的几种模型，分别有：评分模型、营养状态指数模型、改进的营养状态指数模型、生物多样性评价、灰色理论评价模型、浮游植物与营养盐相关模型、生态动力学模型，针对不同模型分别进行相应介绍，并且对国内外水体富营养化污染做出一定概况，对未来湖泊水体进行了一定程度的展望。
1 引言
水资源是人类赖以生存的基础物质，随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而水资源污染也日益严重。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环保的相对滞后，许多湖泊、水库已经进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、莱州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国18个主要湖泊调查研究表明，其中14个已经进入富营养化状态。
2 绪论
2.1 湖泊富营养化的概念及分类
通常，湖泊水库等水体的富营养化[1]是指湖泊水库等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类和其它水生生物大量繁殖，水体透明度和溶解氧发生变化，造成水体水质恶化，加速湖泊水库等水体的老化，从而使水体的生态系统和水功能受到损害。严重的会发生水华和赤潮，给水资源的利用如：饮用，工农业供水，水产养殖、旅游等带来巨大的压力。另一种定义方法[2]（Cooke等提出）是由于过量的营养物质、有机物质和淤泥的进入，导致的湖泊水库生物产量增加而体积缩小的过程。该定义除了营养盐以外，还强调了有机物质和底泥的输入。因为有机物质也可以导致水体体积缩小，溶解氧消耗，并通过矿化作用从沉积物中释放营养物质；淤泥的输入也可使水体面积缩小，深度降低，并能吸附营养盐和有机物质沉积到水底部，成为潜在污染源。释放后必然会促进水体生物的大量繁殖，当水体内大量的植物（沉水植物和漂浮植物）以及大量藻类死亡后，释放的有机物和营养物会进一步加剧水体的营养程度。
根据水体营养物质的污染程度，通常分成贫营养、中营养和富营养三种水平。实际上，湖泊水库等水体的富营养化自然条件下也是存在的，不过进程非常缓慢，这就是地理学意义上的富营养化。然而一旦水体接受人类活动的影响，这种转变的速度会大大加快，特别是在平原区域，人口密集，工农业发达，大量污水进入水体，带入大量的营养物质，极大的加速水体富营养化进程。人们通常所说的富营养化是指这种在人为条件的影响下，大量营养盐输入湖泊水库，出现水体有生产能力低的贫营养状态向生产能力高的富营养状态转变的现象。这种富营养化通常称为人为富营养化。
水体富营养化的发生也是逐步进行的。水体在营养盐浓度较低，藻类和其它浮游植物的生物量随着营养盐浓度的增加而相应增加的时期，称为响应阶段，这
类湖泊水库称为响应型水体，表明富营养化处于发展阶段；当营养盐浓度超过一定的限度，浮游植物的生产量反而下降或者持平，称为非响应阶段，表明水体的富营养化过程已趋于极限。此时，营养盐浓度达到饱和，生物生产导致水体内部溶解氧浓度急剧减少，限制了生物生产过程。作为富营养化控制因子的氮、磷等，只有在富营养化的响应阶段才起作用。
2.2 国内外水体富营养化污染概况
从上个世纪初以来，社会经济长足发展，人口急剧增长，大量生活污水、工业污废水未经处理排入湖泊、水库，大大增加了水体中氮、磷营养物质含量。同时，农业中大量化肥农药的施用，也加快了湖泊、水库等水体富营养化进程。富营养化不仅使水体丧失应有的功能，而且使水体生态环境向不利于人类的方向演变，最终影响人民生活和社会发展，因而富营养化问题受到了越来越多的国家的关注和重视。
据联合国环境规划署(UNEP)的一项调查表明，在全球范围内30%-40%的湖泊、水库存在不同程度的富营养化影响[3]。世界上大部分湖泊、水库像:贝尔加湖、苏必利湖、马拉维湖、大熊湖、大奴湖等影响较小，水质较好，而在气候干旱地区，水源以人工和半人工方式蓄积起来的水体，富营养现象十分严重[4]。西班牙的800座水库中，至少有1/3的湖泊处于重富营养化状态，在南美、南非、墨西哥以及其它一些地方均有水体重富营养化的报道。加拿大湖泊众多，发生富营养化的水体主要集中在南部人口稠密的地区。美国环保总局在1972-1974年期间对全国大多数湖泊、水库进行一次大规模的、全面的调查和监测。结果表明，在调查的574个湖泊和水库中，按营养状态分类有77.8%水体属于富营养化，贫营养水体仅占4.5，其它17. 7%的为中营养水体。这次调查结果使美国政府对富营养化问题更加关心和重视。进入90年代以后，水质富营养化问题变得尤为严重，在欧洲统计的96个湖泊水库当中仅有19个处于贫营养状态，80%的水已经处于富营养化状态，美国五大湖中伊利湖和安大略湖己经处于富营养化状态，形势十分严峻。亚洲湖泊污染比欧洲湖泊严重，仅日本的琵琶湖、台湾的日月潭和韩国的八堂湖污染较轻，其余湖泊一特别是东南亚发展中国家的湖泊污染较重[5]。亚洲大部分尤其是南部水体的氮磷浓度偏高，受当地适宜的气候条件影响，存在着富营养化的隐患。综上所述，近年来世界各地湖泊水库的富营养化污染严重，并且有逐年加剧趋势，在人口密集，经济发达的地方表现尤为明显，水体富营养化已经成为全球关注的重大环境问题之一。
近20年来，我国湖泊水库的富营养化污染状况发展相当迅速，形势严峻，湖泊、水库富营养化已是一个突出的环境问题。多年来的调查结果表明，富营养化湖泊的个数占调查湖泊总数的比例由20世纪70年代末一80年代后期的54%上升到90年代初期的61%，至20世纪90年代末期已经达到77%。在26个国家重点控制的湖泊中，氮、磷含量严重超标，水质大多低于五类水水质，相当一部分(像东平湖、巢湖、太湖、洪泽湖、玄武湖、西湖、滇池等)己经发生水华[4]. 80年代后期至今，长江中下游大部分湖泊己经呈现出中营养或中富营养以上水平，并且有进一步加剧趋势。水库富营养化也相对严重，全国39个大中小型水库的调查结果表明，处于富营养化状态的水库个数和库容分别占调查水库的30.8%和11.2%，处于中营养状态的水库占调查水库个数的43.6%和83.1%。总体来说，水库的水质是良好的，但是濒临城市的水库已经出现富营养化现象，像北京的官厅水库、天津的于桥水
库、石河子的蘑菇水库等。同时，我国水体的营养化分布区域不同，我国东部和南部水域富营养化程度较高，分布较广，而在东北、蒙新和青藏高原地区，水体的营养水平相对较低。
总体来说，湖泊、水库环境非常脆弱，水体富营养化有进一步加剧的势头。尽管人们对水体富营养化的发生机理还不太明了，但是一些湖泊水体的富营养化治理工作己经初见成效，如:在中国滇池、巢湖的富营养化治理己经有成功的经验。
3 湖泊富营养化的研究内容
3.1 富营养化预测
3.1.1 预测的目的及内容
湖泊、水库富营养化通常是由其生态系统在各种内部和外部因子综合作用下发生的生物化学反应引起。任何一个水体特定的生态系统，总存在生态因子(生物量、水质参数)与内、外部变量(水量、营养盐和能量的输入)之间的响应关系。通过适当的数学模型描述这种响应的影响，从而推断出在外部变量改变时湖库富营养化的响应趋势以及相应的生态效应和水质影响，这就是湖泊富营养化预测内容。
运用数学模型描述营养盐和能量的流动以及对生物生长的影响，掌握水体内部的物理、化学生物过程，阐明湖泊富营养化的机理;或者通过经验关系定量评估某种人为措施的实施对水体富营养状态的改变及相应水质改善的有效程度。这就是建立数学模型以预测富营养化预测的主要目的。数学模型的价值在于其具有预测能力，能用于水质变化趋势的预测，因此具有广泛的应用。
3.1.2 预测模型进展概况
自上世纪初，湖泊水库出现富营养化污染以来，人们一直在探讨、分析其影响因素、发生机理，构筑了各种应用模型。对现存的各种模型进行归纳总结，可以分以下三类:
a.统计型模型
统计型模型通常反映的是一种经验关系，重点强调了水体中的总磷、透明度和藻类的生长之间的关系，模型简便计算量小，但建模时需要大量的数据，适用于某一特定的湖泊、水库，精确度低[33]。目前国内外一些典型的水体模型有:
迪隆(Dillon)和尼格尔(Rigler)根据对日本和欧美等地区水体的总磷和叶绿素的关系于'l0年代提出如下经验模型
Log[chla] = 1.451og[p] - 1.14 (4-1)
Bartsch 和 Gakatatter (1978年)提出:
Log[ch1a] - 0.807 log[P] - 0.194 (4-2)
Jone 和Bachmann计算了16个Iowa湖和127个其它湖7-8月份的资料，得出:
Log[chla] = log[p] - 1.9 (4-3)
由于各湖泊、水库所处的位置不同，各自的光照、气温等条件也存在着差异，也导致很多类似的公式的出现，如我国的东湖模型:
log[chla] = 1.061og[p] - 0.53 (4-4)
这些模型受具体水体的实际水文限制，在其它的水域的适用性低，并且研究所需数据较多，计算过程复杂，应用不广泛。
b.质量平衡模型(箱式模型)
为更好的描述水体内的污染物总量变化，开发了质量平衡模型(单或多层箱式模型)[6] [7] [8]。该类模型是基于动态的物质守恒基础，相对统计模型有很大的时间和空间信息，具有更好的指导作用。绝大部分水体富营养化控制因子为磷，所以模型大多以水体中磷元素的各种物理化学变化为基础进行研究。单箱模型将湖泊水水库看成一个完全混合型模型，不考虑水体的分层状况和水体的对流和扩散情况，虽然单层箱体模型(Vollenweider模型)简单考虑因素较少，但经多次使用，证明可靠实用性强，应用比较广泛。近年来，各国科学家寻找模型参数与湖泊水文条件的相互关系，对该模型进行改进，得出另外几种常用的湖水总磷浓度模型[13] [14]，常见的见下表4-1:
以上模型没有考虑到水体和底泥的磷交换以及水体分层等情况，对于监测资料较为全面的水体，其应用的局限性就很明显。由此，Larsen,Welch, Lorenzen, Lung, Steven等人对Vollenweider公式进行修改，开发出一系列模型(表4-2) [9] [10] [11] [12]，已经成功应用于世界各地水体。
c.生态动力学模型
越来越多的研究表明，水体富营养化的发生受更多因素尤其是水体生态系统、水流和地区气候的影响很大。因此，人们开始考虑将水域的生态、水流等因素加入到富营养化研究模型中，开发出各种生态水质模型[15] [16]。由于该模型考虑因素较多，适用性较好，已成为水体富营养化模型研究的方向。目前，应用最广泛的是Q- II模型
在应用于面积较大的湖泊水库时，为更好的考虑到水体的平面水流影响，将Q- II模型进行改进，得模型如下:
为更好的描述营养物质在水体内的空间分布，更好的反映水体内部各区域的营养状态，利用对流和扩散方程，将浓度场和流场耦合，得出学多营养物质的时空分布的新模型[17] [18]，但在我国应用很少。
水体富营养化的发生受各种因素的影响，水域不同，富营养化发生的决定因子和影响因子就不同，其研究预测模型也就不尽相同。只有对具体的水体富营养化发生机理、影响因素进行深入认识，选取得模型才会更精确。在对我国水体进行研究时，应针对我国不同的湖泊水库的具体水文情况，可选取其中的合适模型。
3.2 富营养化评价
3.2.1 评价的目的及意义
富营养化评价是根据水的使用功能，按照一定的评价因子、质量标准和评价方法，对湖泊水库富营养化发展过程中某一状态进行定量或定性描述[19] [20]。它是水质科学管理的基本手段，也是人类认识水环境的重要途径。其主要目的是通过对某一具体的湖泊或水库的代表性指标的调查，判断该水体所处的富营养化进程以及其发展趋势，为湖泊水库的水质管理及富营养化控制提供科学的依据。
3.2.2 评价的基本步骤
(1)确定评价的目的
进行富营养化的评价目的是多种多样的，如进行水质规划、水质管理等。评价的目的不同，则评价参数、标准、方法就不会相同，具体水域具体分析。
(2)监测点和监测数据的有效化
进行富营养化评价，要根据水体评价的目的，选择合适的监测点和监测指标，使其最大程度上的代表要评价的水体，并对所取得的数据进行适当的统计处理，使数据的有效性和代表性提高。所以，监测数据的精确性和统计方法的合理性是决定评价精度的重要条件。
(3)确定评价的标准
评价标准是根据评价目的决定的，不同的水质要求采用不同的水质评价标准。
(4)建立有效的评价方法
目前水质评价的方法有两大类:定性描述评价法、定量计算评价法。前者主要是针对某些如色、味、臭等难于定量化的感官性的指标的评价，后者主要针对能定量表示指标的评价，应用最多的是指数评价法。
3.2.3 评价模型进展概况
多年来，针对具体水域，各国科学家通过对各种导致其发生富营养化的限制因子和影响因子进行研究，提出了各种不同的评价方法，像:特征法、参数法、营养状态指数法、图形法生和生物指标法等。特征法是根据水体富营养化的影响因子特征来评价水体营养状态的方法。此方法还是建立在定性的基础上，相对简单粗糙，实用性很差。由于我国水体富营养化研究起步较晚，国外这些其它的评价方法在我国水体的广泛适用性还没有得到完全验证[21]。但是，在七五期间(1986-1990年)，在对我国湖泊水库等水体广泛详细调查研究的基础上，全国湖泊水库富营养化调查研究课题组提出将评分法、营养状态指数法和营养度指数法作为我国水体富营养化评价的基本方法。但是，营养度指数法和营养状态指数法均是对指数连续分级进行评价的方法，通过近10年的应用，营养状态指数法在我国很多水体得到广泛成功的应用，而营养度指数法计算繁琐，要求条件较高，应用较少，仅在个别水体有过研究。
近年来，随着计算机的快速发展，使现代数学理论能够应用于水体环境评价。模糊数学、随机模型、灰色系统和人工神经网络等理论方法与计算机技术相结合应经应用于水体富营养化的评价研究[23][24][25]。国内外越来越多的研究表明，水体富营养化的发生所受的各种限制因子和影响因子的分类并不是长期不变的，在水
体生态系统、水文等条件的影响下，除氮、磷外，很多影响因子均可在一定程度上决定水体富营养化的发生，这都极大的增加了水体富营养化的机理的模糊性和灰色性。模糊数学法和灰色系统理论方法的应用引起了人们更多的关注.模糊数学法、灰色关联度法、灰色层次决策法、灰色局势决策法、灰色聚类法等已经有更为广泛的应用。很多水体应用结果表明，这些方法可以客观地反映了水体富营养化程度，与实际情况相符合，可以应用于我国大多数水体的富营养化状况评价。
模糊综合评价法相对于指数法而言，更能反映水体的污染程度，但是在应用时丢失信息过多，尤其是它在采用“取大、取小”的法则时，还会出现和实际状况不符的情况。而灰色理论反映的是外延确定而内涵不定的问题，可以将水质评价中遇到的资料误差、数据数量、质量等一系列确定和不定的因素更好的考虑进来，方法相对简单，是一种理想的水质评价方法。尤其是灰色关联度评价方法可以将不同断面和不同水质标准的关联程度表现出来，可以为富营养化评价、防治提供更为确切的信息[22]。
由此，评分法、营养状态指数法、灰色关联度评价法已经来我国很多水体的应用验证，可以成为适合于我国大多数水体的富营养化评价方法，可用于博湖和糯扎渡水库的富营养化研究。同时，富营养化的发生受水体生态系统影响较大，生态系统是反映水体实际营养状态的一面最好的镜子。所以，在监测资料较为齐全的条件下，生物多样性评价方法也是水体富营养化评价的一种极好的方法。
3.3 湖泊富营养化模型
3.3.1 评分模型
评分模式作为基本的评价模型，应用方便，简单。曾在国内外大量水体中应用[27]。其评价表达式为：
(3-1)
式中：M ——湖库富营养化评分值（湖区及入口处各调查点处）；
—— i评价参数的评分值；n ——评价参数的个数。
M
i
可以根据表3-1中提供的评价标准，在0-100的范围内，分别赋予各评价参数相应的评分值。总评分值越高，说明湖库富营养化程度越高。
3.3.2 营养状态指数模型
这是综合湖泊水库多项影响其富营养化进程的限制和影响因子，将其表示为指数形式，对水体营养状态进行连续分级表示的方法。根据该方法研究进展一般包括卡森指数法、修正的卡森状态指数法和相关加权营养状态指数法[1]。
(1)卡森指数法(TSI)
以单一参数为基础的评价，往往很难反映水体实际的营养状态。卡森将单变量的简易性和多变量综合判断的准确定结合在1977年提出了以水体透明度为基准的TSI营养状态评价指数(Tropic State Index)。其表达式为:
(3-2)
式中：TSI ——卡森营养状态指数；
只要透明度、叶绿素、总磷浓度值检测结果的准确性和代表性能够得到保证，计算所得的TSI值，不仅能够详细地描述水体的营养状况，还可以对各参数的可靠性进行相互验证，进一步提高水体水质监测和评
价质量。但是，这种评价方法以透明度为基础，忽视了浮游植物、悬浮
物等其它因子对透明度的影响。
(2)修正的卡森状态指数(TSIm)
为克服卡森指数法缺陷，日本的相崎守弘等人，将TSI方法改为以叶绿素为基准的营养状态指数，称为修正的营养状态指数法(TSIm)。
(3-3)
卡森指数法和修正的卡森指数法，均采用0-100的一系列数值对湖泊营养状态进行分级，指数值在30以下为贫营养，30-50为中营养，50-100为富营养。在同一营养级下其指数值越高，其营养程度越严重。该方法的优点是，比传统的营养状态分级法更能详细地描述湖泊营养状态的连续变化过程。该方法不仅可以避免单一指标的片面性还可以对水体水质参数的监测结果作检验。但是该方法的应用是以下两个条件为前提的:水体中藻类的生长以总磷为限制因子；采用的总磷和叶绿素的夏季值应该和水体中其它参数的值有明显相关关系。
(3)相关加权营养状态指数模型
无论是卡森指数(TSI)还是修正的卡森指数(TSIm)都只是以某一参数(透明度或叶绿素)为基准的单参数营养状态指数，其余参数的营养状态指数都是基于与基准参数之间的相关关系(单变量回归)得到的。由于这些参数与基准参数间的相关程度不同，用不同参数的营养状态指数公式计算出来的营养状态指数往往存在差异，所以根据这两种方法很难对水体的营养状况进行精确的判断。为克服上述方法的缺点采用相关加权营养状态指数法，即对于不同参数的营养状态指数，按照各参数与基准参数的相关程度的某种关系进行加权综合，用相关加权营养状态法判断湖库所处的营养状态。
以叶绿素a的状态指数TLI（chl-a）为基准，在选择几个与基准参数相近的（绝对偏差较小的）参数的营养状态指数，同TLI(chl-a)进行加权综合。相关加权综合营养状态指数式为：
(3-4)
式中：——综合营养状态指数；
——
第j种参数的营养状态指数；（各参数的营养状态指数计算公式见表3-2）
——第j种参数的营养状态指数的相关权重。
如果将叶绿素a对营养状态的重要性定为1，第j个参数和chl-a的相关关系
R 1j （j=1,2……m），因为两参数间的相关关系相同，即R
1j
= R
j1
，
所以每个参数对营养状态的相对重要性与相关系数R21j成正比。
第j个参数对营养状态指数的相对重要性归一化权重如下式：
（3-5）
式中：R
1j
——第j个参数与叶绿素的相关关系：
m ——选出的主要参数的个数（一般取三到四个）。
相关系数R
ij
是在对一组数据（xi，yi）应用最小二乘法进行一元线性回归时，为验证建立的线性关系时是否正确，引入的一种验证方法。
具体计算步骤如下：
（3-6）
3.3.3 改进的营养状态指数模型
在计算两两因子之间的相关关系时，计算比较复杂，并且受所掌握资料的多少的限制，导致相关加权营养状态指数法应用难度增加，精度下降。为克服以上不足，对该方法的权重计算方式进行改进，所得模型称为改进的相关加权营养状态指数模型。
3.3.4 生物多样性评价
水中的生物种类、数量以及整个生态群落的结构发生变化受水体富营养化程度影响较大，反映比较灵敏，因此采用对水体中生物多样性的研究来反映水体实际的营养状况也可以用作富营养化评价的依据[26][37][38]。
(1)多样性指数的评价方法
生物的多样性指数是用于表示多种生物组成的混合生物群落的种类和数量之间关系的一种指数。
(2)优势种评价法
不同营养状态的水体存在不同的生物种类，特别是在优势种方面差异明显。
(3)生物指标(按照goodnight whitly(1960)年提出的指标计算)
生物指数 = (水栖寡毛类个体数/底栖动物个体数) × 1000%
80%以上为重污染，60-80%为不同程度的污染，小于60%为轻污染。
3.3.5 灰色理论评价模型
灰色关联评价克服数理统计方法的缺点，对数据的多少和有无规律的适应性增强，并且计算量小，使用方便，不会出现量化结果和定性分析结果不相符的情况。因此，灰色关联评价是水质评价的一个新的发展方向。但是，灰色关联评价仅仅是依靠判断系统行为序列间的相似程度而进行评价的，受关联度两极极差的影响较大，并且评价值区域均化，不易区别水质两级间的差异。
灰色综合关联模型即体现了系统行为序列间的相近程度，也反映出其相对于始点的变化速率的接近程度，是较为全面的表征水质具体状况的量化模型。
3.3.6浮游植物与营养盐相关模型
浮游植物大量繁殖是湖泊及水库富营养化的主要表现形式, 而它要靠吸收
和利用水中营养盐而生长, 因此, 直接模拟浮游植物的繁殖和营养盐之间的关系, 对于预测水体的富营养化具有重要意义。目前, 浮游植物与营养盐相关模型主要有3 种: 一是藻类生物量与磷负荷量之间的相关经验模型; 二是使用限制
因子假定来模拟浮游植物的生长; 三是根据光合作用的相关因素来估算浮游植
物的初级生产力。
3.3.7 生态动力学模型
生态动力学模型以水动力学为理论依据, 以对流2扩散方程为基础建立模型。同时在生态系统水平上, 对生态系统进行结构分析, 研究生态系统内子系统间相互作用过程, 综合考虑系统外部环境驱动变量, 建立微分方程组, 运用数
值求解方法, 来研究生态系统状态变量变化。与前几种生态模型相比较, 生态动力学模型能够更详细准确的模拟水体的富营养化。
4.1结论
水体富营养化破坏了水体原有生态系统的平衡，给环境带来很多危害。对受污染的江河、湖泊、水库水体进行修复，是经济社会发展以及生态环境建设的迫切需要。生物—生态修复技术投资少、运行方便、能耗低，是一条合理的水体污染治理路线。此外，生物—生态修复工程可以结合其他技术使用，使其处理效果更好。
4.2 展望
我们可以通过生物—生态修复技术，利用自然界自身规律区恢复自然界的本来面貌，用自然界自身的自净能力去治理水体富营养化污染，达到“天、地、人、水”和谐共荣的可持续发展。
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南京师大学报(自然科学版).25 (2): 1-6
湖泊富营养化产生原因分析
湖泊富营养化产生原因分析 摘要：湖泊富营养化已经成为一个全球性的水环境污染问题，探寻其产生的原因和机理具有非常重要的意义。本文在前人研究成果的基础上，从自然环境、化学、物理、水生态系统以及内源污染等多个方面进行了总结分析。 关键词：湖泊富营养化；内源污染 湖泊、水库等封闭型水体的富营养化是一个全球化水环境污染问题。据统计，全球约有75%以上的封闭型水体存在富营养化问题。中国是一个多湖泊的国家，全国共有1km2以上的湖泊2759个，总面积达91019km2，占国土面积的0.95%，由于近20年经济的高速发展和不适当的湖泊资源开发利用，使这些湖泊的多数已经处于富营养化或正在富营养化中，造成了巨大的经济损失。在过去的十几年中，围绕湖泊富营养化治理，各级政府投入了大量的人力和物力，但收效并不理想，这在很大程度上与对湖泊富营养化机理方面的基础研究不够和认识不足有关。因此，有针对性地寻找富营养化产生的原因，具有非常重要的意义。在20世纪初期，国外部分生态专家、湖沼学家已经开始对富营养化的成因进行初步探索。由于富营养化的发生、发展包含一系列生物、化学和物理变化的过程，并与水体形状、湖泊形态和底质等众多因素有关，演变过程十分复杂，研究还停留在初级阶段，有待进一步的深入。本文在前人研究的基础上，对富营养化形成的原因和机理进行了总结。 1、自然条件下湖泊的富营养化 在自然条件下，湖泊也会富营养化，但这是一种漫长的自然过程，随着河流夹带各种碎屑和生物残骸在湖底的不断淤 积，湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，湖泊就自然消亡了。 关于自然状态下湖泊富营养化的原因，尚未有明确的定论，一般认为是气候导致的。特别是浅水湖泊，在自然状况下比深水湖泊更容易产生富营养化，这是由于其浅水区常常有茂盛的水生植物发育，在大洪水期间，持续一定时间的高水位将导致水生植物大面积消亡，而洪水泛滥所带来的大量的悬浮物
水体富营养化程度评价
水体富营养化程度评价 一、实验目的与要求 （1）掌握总磷、叶绿素-a及初级生产率的测定原理及方法。（2）评价水体的富营养化状况。 二、实验方案 1、样品处理 2 、工作曲线绘制 取7支消解管，分别加入磷的标准使用液0.00、0.25、0.50、1.50、2.50、5.00、7.50mL以比色管中，加水至15ml。然后按测定步聚进行测定，扣除空白试验的吸光度后，和对应磷的含量绘制工作曲线。 3、计算 总磷含量以C(mg/L)表示，按下式计算： 式中： M 试样测得含磷量，μg V 测定用水样体积，ml
注意：每个小组做空白2-3个，标线5个，样品3-4个。 图1 采样布点分布 三、实验结果与数据处理 1、工作曲线绘制 根据上表数据，绘制工作曲线如图2所示： 图2 标准工作曲线 从标准工作曲线图可以看出，其相关系数R2 = 0.9969,高于实验室最低要求R2=0.995，可见其相关度较好，可用以求解水样中总磷的浓度。
2、八个水样数据结果与处理 根据上表数据作水中磷质量浓度柱形图，如图2所示： 图2 各组水中总磷质量柱形图 四、实验结果 1、实验结果分析 从实验数据和图2可以看出，第一、三、四、五、八组数据比较准确，因为
这几组平行样数据比较接近，而且跟稀释后所测的浓度也大约呈5倍关系，可以保留作为水中磷质量浓度评价，而其他组数据误差较大，故舍去。根据各组原水样总磷质量浓度求评均整理下表。 从上表数据可以看出，第五组所测的水中总磷浓度较高，根据图1可知第五组采样点为第四饭堂附近，可能是由于饭堂平时清洁所用的洗涤剂含磷较高，排放入河涌的污水导致河水受污染。 2、污染程度分析 表4 总磷与水体富营养化程度的关系 本实验是以水体磷平均浓度平均参数，本次实验所得的监测采样点数据的平均浓度是0.205mg/L，测得的最小浓度为0.142mg/L，测得的最高浓度为0.311mg/L，由表1可知超过0.1mg/L就为水体富营养化，本次实验测得的最低浓度也超出0.1mg/L，本次实验所得数据均说明该水体富营养化。 3、解决措施 该河涌地处大学城内，不受工业排放污染，所以造成该河涌富营养化的主要原因是生活污染，比如饭堂、学生公寓、商业区等，要治理河涌首先还是得从源头抓起，特别是饭堂、学生公寓和商业区，必须监控从这三个地方流出的污水，须进行处理达标后才能排入河涌；其次就是要严格审查各类洗涤剂等，含磷超标的不能进入市场；最后就是要树立环保意识，大家环保觉悟高了，从自己做起，自然就有绿水青山。 五、思考题 (1)查资料说明评价水体富营养化程度的指标有哪些? 答：水体富营养化程度的评价指标分为物理指标、化学指标和生物学指标。物理指标主要是透明度，化学指标包括溶解氧和氮、磷等营养物质浓度等，生物
水体富营养化评价方法
为了进一步认识调查区域水质状况，我们采用了TLI 综合营养指数法运用TP 、TN 、SD 、COD Mn 对其水质进行评价。 综合营养状态指数公式： j 1 ()()m j TLI W TLI j ==?∑∑ (1) TLI(chl)=10(2.5+1.086ln chl ) (2) TLI(TP)=10(9.436+1.624ln TPl ) (3) TLI(TN)=10(5.453+1.694ln TN ) (4) TLI(SD)=10(5.118-1.94ln SD ) (5) TLI(COD)=10(0.109+2.661ln COD ) 式中，TLI （∑）表示综合营养状态指数；TLI （j ）代表第j 种参数的营养状态指数；W j 为第j 种参数的营养状态指数的相关权重。以chla 为基准参数，则第j 种参数的归一化的相关权重计算公式为： 221ij m ij j r Wj r ==∑ r ij 为第j 种参数与基准参数chla 的相关系数；m 为评价参数的个数。 中国湖泊的chla 与其他参数之间的相关关系r ij 和r 2ij 见表2。 表1 中国湖泊的chla 与其他参数之间的相关关系r ij 和r 2i 值 参数 chla TP TN SD COD Mn r ij 1 0.84 0.82 -0.83 0.83 r 2ij 1 0.7056 0.6724 0.6889 0.6889
为了说明湖泊富营养状态情况, 采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级: TL I < 30 贫营养(Oligotropher) 30≤TL I≤50 中营养(Mesotropher) TL I > 50 富营养(Eutropher) 50< TL I≤60 轻度富营养( lighteutropher) 60< TL I ≤70 中度富营养(Middleeutropher) TL I > 70 重度富营养(Hypereutropher) 在同一营养状态下, 指数值越高, 其营养程度越重。 本文档部分内容来源于网络，如有内容侵权请告知删除，感谢您的配合！
浅论湖泊富营养化预测及评价的模型的研究
目录 摘要 1 引言…………………………………………………… 2 绪论………………………………………… 2.1 湖泊富营养化的概念及分类………………………… 2.2 国内外水体富营养化污染概况…………………… 3 湖泊富营养化的研究内容……………………………… 3.1 富营养化预测………………………… 3.1.1 预测的目的及内容……………… 3.1.2 预测模型进展概况……………… 3.2 富营养化评价…………………… 3.2.1 评价的目的及意义……………………… 3.2.2 评价的基本步骤………………………… 3.2.3 评价模型进展概况…………………… 3.3 湖泊富营养化模型………………………… 3.3.1 评分模型………… 3.3.2 营养状态指数模型………… 3.3.3 改进的营养状态指数模型……………… 3.3.4 生物多样性评价………… 3.3.5 灰色理论评价模型…………………… 3.3.6 浮游植物与营养盐相关模型………………………… 3.3.7 生态动力学模型……………… 4 结论及展望…………………………………… 4.1 结论………………………… 4.2 展望……………………………… 参考文献…………………………
摘要 本文主要讲述了湖泊富营养化的几种模型，分别有：评分模型、营养状态指数模型、改进的营养状态指数模型、生物多样性评价、灰色理论评价模型、浮游植物与营养盐相关模型、生态动力学模型，针对不同模型分别进行相应介绍，并且对国内外水体富营养化污染做出一定概况，对未来湖泊水体进行了一定程度的展望。 1 引言 水资源是人类赖以生存的基础物质，随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而水资源污染也日益严重。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环保的相对滞后，许多湖泊、水库已经进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、莱州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国18个主要湖泊调查研究表明，其中14个已经进入富营养化状态。 2 绪论 2.1 湖泊富营养化的概念及分类 通常，湖泊水库等水体的富营养化[1]是指湖泊水库等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类和其它水生生物大量繁殖，水体透明度和溶解氧发生变化，造成水体水质恶化，加速湖泊水库等水体的老化，从而使水体的生态系统和水功能受到损害。严重的会发生水华和赤潮，给水资源的利用如：饮用，工农业供水，水产养殖、旅游等带来巨大的压力。另一种定义方法[2]（Cooke等提出）是由于过量的营养物质、有机物质和淤泥的进入，导致的湖泊水库生物产量增加而体积缩小的过程。该定义除了营养盐以外，还强调了有机物质和底泥的输入。因为有机物质也可以导致水体体积缩小，溶解氧消耗，并通过矿化作用从沉积物中释放营养物质；淤泥的输入也可使水体面积缩小，深度降低，并能吸附营养盐和有机物质沉积到水底部，成为潜在污染源。释放后必然会促进水体生物的大量繁殖，当水体内大量的植物（沉水植物和漂浮植物）以及大量藻类死亡后，释放的有机物和营养物会进一步加剧水体的营养程度。 根据水体营养物质的污染程度，通常分成贫营养、中营养和富营养三种水平。实际上，湖泊水库等水体的富营养化自然条件下也是存在的，不过进程非常缓慢，这就是地理学意义上的富营养化。然而一旦水体接受人类活动的影响，这种转变的速度会大大加快，特别是在平原区域，人口密集，工农业发达，大量污水进入水体，带入大量的营养物质，极大的加速水体富营养化进程。人们通常所说的富营养化是指这种在人为条件的影响下，大量营养盐输入湖泊水库，出现水体有生产能力低的贫营养状态向生产能力高的富营养状态转变的现象。这种富营养化通常称为人为富营养化。 水体富营养化的发生也是逐步进行的。水体在营养盐浓度较低，藻类和其它浮游植物的生物量随着营养盐浓度的增加而相应增加的时期，称为响应阶段，这
湖泊富营养化的生态修复
湖泊富营养化的生态修复 摘要目前我国湖泊富营养化呈恶化趋势，严重影响到水生生态系统的平衡和人们的健康。水体富营养化的形成与营养物质、溶解氧、光照、温度、水动力以及底泥等影响因素有关。在分析了水体富营养化的成因以及危害的基础上, 论述了湖泊富营养化得生态修复机制和目标，分别对水生植物修复技术、微生物修复技术和水生动物修复技术的机理、特点、存在的问题以及今后的研究方向进行了阐述。 Abstract At presen，t the level of lake eutrophication is deteriorating in China， which has destroyed the balance of aquatic ecosystems and endangered human health seriously。The formation of water eutrophication is releated to several factors，such as nutr ients，dissolved oxygen, ligh,temperature, hydrodynamic and sedmient，etc. Based on analyzing the causes and harm of water eutrophication，the remediation technology of aquatic plantm ，icroorganism and aquatic-animal were discussed in detail，including the irtreatment-mechanism，process characteristics，existing problems and the future research d irection。 关键词生物修复水体富营养化修复机制水生植物微生物水生动物 前言近年来，随着我国经济的迅速发展，排污量日益增加，加上长期以来人们对湖泊资源的不合理开发，大量含有氮、磷元素营养物质的污染物不断排入湖 ???。水体富营养使水体的营养物质负荷量不断增加，造成水体富营养化)库， (化不仅对水体水质有严重影响，而且影响到周边水环境和人文景观。根据近几中国环境状况公2007我国湖泊富营养化非常严重且呈恶化趋势。年的数据显示，报显示，28 个国控重点湖泊中，满足Ⅱ类水质的2个，占7.1%；Ⅲ类的6个，占21.4% ；Ⅳ类的4个，占；Ⅴ类的5个，占17.9%；劣Ⅴ类的11个，占39.3%。主要污染指标为总氮和总磷。在监测的26个湖泊中, 重度富营养的2个, 占7.7%；???。因此, 预防和治理34.6%轻度富营养的9个, 占, 中度富营养的3个占11.5%; 湖泊的富营养化势在必行。仅仅依靠建立污水处理厂和制定严格的排放标准来减少排入水体的有毒有害物质是远远不够的，也是很被动的一种预防措施。随着水生态修复理论的不断完善和深入，近年来水生态修复技术发展较快。水生态修复技术是根据水生生态学及恢复生态学基本原理，对受损的水生态系统的结构进行修复，促进良胜的生态演替，达到恢复受损生态系统生态完整性的一种技术措施???。 1 水体富营养化的成因与危害 1. 1水体富营养化的成因 富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。在自然条件下,随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积, 湖泊会从 贫营养湖过渡为富营养湖, 进而演变为沼泽和陆地, 这是极为缓慢的过程。但由于人类的活动, 将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排 入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后, 水生生物尤其是藻类将大量繁殖,
湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定
湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定 2004-08-11 1、湖泊（水库）富营养化状况评价方法：综合营养状态指数法 综合营养状态指数计算公式为： 式中：—综合营养状态指数； Wj—第j种参数的营养状态指数的相关权重。 TLI（j）—代表第j种参数的营养状态指数。 以chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为： 式中：rij—第j种参数与基准参数chla的相关系数； m—评价参数的个数。 中国湖泊（水库）的chla与其它参数之间的相关关系rij及rij2见下表。 ※：引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中rij来源于中国26个主要湖泊调查数据的计算结果。 营养状态指数计算公式为： ⑴ TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl） ⑵ TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）
⑶ TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN） ⑷ TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD） ⑸ TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCOD） 式中：叶绿素a chl单位为mg/m3，透明度SD单位为m；其它指标单位均为mg/L。 2、湖泊（水库）富营养化状况评价指标： 叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn） 3、湖泊（水库）营养状态分级： 采用0～100的一系列连续数字对湖泊（水库）营养状态进行分级： TLI（∑）＜30贫营养（Oligotropher） 30≤TLI（∑）≤50中营养（Mesotropher） TLI（∑）>50富营养 (Eutropher) 50＜TLI（∑）≤60轻度富营养(light eutropher) 60＜TLI（∑）≤70中度富营养(Middle eutropher) TLI（∑）>70重度富营养(Hyper eutropher) 在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。 注：此规定由中国环境监测总站生态室负责解释
长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探
第14卷第3期 湖 泊 科 学 Vol.14,No.3 2002年9月 JOURNAL OF LA KE SCIENCES Sep.,2002 长江中下游浅水湖泊 富营养化发生机制与控制途径初探Ξ 秦 伯 强 (中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008) 提要 长江中下游地区是我国淡水湖泊比较集中的地区.该地区绝大多数湖泊为浅水湖泊.所有的城郊湖泊都已经富营养化,其他湖泊的营养状况均为中营养-富营养,处于富营养 化的发展中.这些湖泊富营养化的原因同流域上的人类活动有很大的关系.一方面,工业、农业 和城市生活污水正源源不断地向湖泊中排放,另一方面,人类通过湖泊围垦、湖岸忖砌、水产养 殖等破坏自然生态环境,减少营养盐输出途径.国际上对于浅水湖泊富营养化治理的经验表 明,即使流域上的外源污染排放降到历史最低点,湖泊富营养化问题依然突出.其原因与浅水湖 泊底泥所造成的内源污染有关.动力作用导致底泥悬浮,影响底泥中营养盐的释放,也影响水下 光照和初级生产力.控制浅水湖泊富营养化,除了进行外源性营养盐控制之外,还必须进行湖内 内源营养盐的治理.治理内源营养盐的有效途径是恢复水生植被,控制底泥动力悬浮与营养盐 释放.而要进行水生植被恢复,必须进行湖泊生态系统退化机制及生态修复的实验研究. 关键词 长江中下游地区 浅水湖泊 富营养化 机制 控制 分类号 P343.3 浅水湖泊是相对于深水湖泊而言的湖泊范畴.所谓深水与浅水湖泊之分,并无明确的界限.一般认为,深水湖泊在夏季都会出现热力分层的现象,而浅水湖泊则几乎不出现[1].至于深度,绝大多数浅水湖泊均不超过20m[2].长江中下游平原是我国浅水湖泊分布最集中的地区,五大淡水湖中有四个湖泊(鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖)分布于此.据统计,长江中下游平原湖泊面积在1km2以上的共有651个,其中面积大于100km2的有18个[3].从湖泊成因来看,多与洼地蓄水及长江水系的演变有关[4,5],如江汉湖群诸湖;在长江三角洲地带,湖泊的形成与发展,还与海涂的发育及海岸线的变迁有直接联系[4].湖泊由于长期泥沙淤积,面积日趋缩小,湖床抬高,洲滩发育,普遍呈现出浅水湖泊的特点,多数湖泊水深小于10m,平均水深仅2m左右[4,5]. 长江中下游地区浅水湖泊是我国富营养化湖泊分布的主要地区[6].针对富营养化发生过程与机制,国内外已有一些研究报道[7～9],但是机理目前尚未完全明了.出于经济及社会可持续发展的需求,国内外对浅水湖泊富营养化的治理均进行了大量的试验、实践与探索,但是效果并不理想,可以说至今尚未有哪个浅水湖泊的富营养化治理取得了显著的成效.这从一方面突出说明对于浅水湖泊富营养化的机理研究远远落后于生产实际的需求.根据国 Ξ中国科学院知识创新项目”太湖水环境预警”(KZCX2-311)、中国科学院战略重大项目”长江中下游地区湖泊富营养化发生机制与控制对策”和国家自然科学基金(40071019)联合资助. 收稿日期:2002-05-08;收到修改稿日期:2002-06-10.秦伯强,男,1964年生,博士,研究员.
湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定(eco)(精)
附件1： 湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定 1、湖泊(水库)富营养化状况评价方法：综合营养状态指数法 综合营养状态指数计算公式为： ∑=?=∑m j j TLI Wj TLI 1)()( 式中：)(∑TLI —综合营养状态指数； Wj —第j 种参数的营养状态指数的相关权重。 TLI （j ）—代表第j 种参数的营养状态指数。 以chla 作为基准参数，则第j 种参数的归一化的相关权重计算公 式为： ∑==m j ij ij j r r W 122 式中：r ij —第j 种参数与基准参数chla 的相关系数； m —评价参数的个数。 中国湖泊(水库)的chla 与其它参数之间的相关关系r ij 及r ij 2见下表。 中国湖泊(水库)部分参数与chla 的相关关系r 及r 2值※ ※：引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中r ij 来源于中国26个主要湖泊调查 数据的计算结果。 营养状态指数计算公式为： ⑴ TLI （chl ）=10（2.5+1.086lnchl ） ⑵ TLI （TP ）=10（9.436+1.624lnTP ） ⑶ TLI （TN ）=10（5.453+1.694lnTN ）
⑷TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD） ）=10（0.109+2.661lnCOD） ⑸TLI（COD Mn 式中：叶绿素a chl单位为mg/m3，透明度SD单位为m；其它指标单位均为mg/L。 2、湖泊(水库)富营养化状况评价指标： 叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰 ） 酸盐指数（COD Mn 3、湖泊(水库)营养状态分级： 采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级： TLI（∑）＜30 贫营养（Oligotropher） 30≤TLI（∑）≤50 中营养（Mesotropher） TLI（∑）>50 富营养(Eutropher) 50＜TLI（∑）≤60 轻度富营养(light eutropher) 60＜TLI（∑）≤70 中度富营养(Middle eutropher) TLI（∑）>70 重度富营养(Hyper eutropher) 在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。 注：此规定由总站生态室负责解释
河流富营养化评价标准
河流富营养化评价标准 能够反映湖泊水库营养状态的变量很多 ,但只部分指标可被用于湖库营养状态的评价 ,而且不同国家和地区所选取的指标各不相同 ,其中总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素 a均为必选指标 ,虽然 TP和 TN中只有部分形式能够为藻类所吸收利用 ,但目前国际上大多是采用 TP和 TN指标 ,而不是选用可利用性总磷或者可利用性总氮等指标 ,这是由于营养盐的可利用态与不可利用态之间存在着复杂的转化关系。而其它指标如透明度、溶解氧 (DO)、化学需氧量 (COD)和 pH 等只是在一些国家和地区被应用。 河道型水库营养状态评价指标的选取应遵循以下几个原则: ( 1)是水库富营养化控制的关键性因素; (2)与藻类生长具有明确的机理性关系; (3)指标相对稳定 ,不易受到其它因素的影响; (4)具有富营养化的早期预警功能 ,为水库富营养化控制提供支持。 基于上述原则 ,对现有指标在河道型水库的适用性进行分析.认为总磷是我国大部分河道型水库的限制性要素 ,是水库富营养化控制的关键因子. 氮不仅是某些水库富营养化的控制性要素,而且是河口以及海岸带水体藻类的关键限制因子,为了体现水库对河口的影响及控制作用 ,在制定河道型水库的营养状态标准时应考虑氮元素.叶绿素a能够反映水库中藻类生物量的大小 ,虽然含量受到藻类种类的影响 ,容易在评价时造成一定的偏差 ,仍然是水体富营养化程度的一个重要表征指标. 因此 ,认为总磷、总氮和叶绿素 a仍然是河道型水库的 营养状态评价的关键指标。 透明度也是一个常用的湖泊水库营养状态评价指标 ,这是因为在一般的湖泊水库中 ,透明度变化主要源于水体中悬浮的藻类数量的差异 ,因此 ,它能够很好表征湖库的富营养化程度 ,甚至有人认为透明度是识别湖泊、水库营养状态趋势的最好变量. 但河道型水库与一般的湖泊水库不一样 ,其透明度指标受河流流速、泥沙含量的影响较大 ,与真正意义上的湖泊水库中的透明度不同.以三峡水库为例 , 1年中出现富营养化敏感时期分别是 3～6月和 9～10月 ,而两个时期的透明度存在显著差异 , 9～10月为汛后期 ,平均透明度为0.54 m, 3～6月为汛前期 ,平均透明度为1.76m,原因在于汛期泥沙含量的影响作用 ,使得透明度作为河道型水库的营养状态评价指标中具有一定局限性.因此 ,作者认
水体富营养化程度的评价
实验八水体富营养化程度的评价 富营养化(Eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量急剧下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，可在短期内出现。水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常水平。水体富养化严重时，湖泊可被某些水生植物及其残骸淤塞，成为沼泽甚至干地。局部海区可变成“死海”，或出现“赤潮”。 植物营养物质的来源广、数量大，有生活污水、农业面源、工业废水、垃圾等。每人每天带进污水中的氮约50 g。生活污水中的磷主要来源于洗涤废水，而施入农田的化肥有50～80％流入江河、湖海和地下水体中。 许多参数可用作水体富营养化的指标，常用的有总磷、叶绿素-a含量和初级生产率的大小（见表8-1）。 表8-1 水体富营养化程度划分 富营养化程度初级生产率/mg O2·m·日总磷/ μg·L无机氮/ μg·L 极贫0~136 <0.005 <0.200 贫-中0.005~0.010 0.200~0.400 中137~409 0.010~0.030 0.300~0.650 中-富0.030~0.100 0.500~1.500 富410~547 >0.100 >1.500 一、实验目的 1. 掌握总磷、叶绿素-a及初级生产率的测定原理及方法。 2. 评价水体的富营养化状况。 二、仪器和试剂 1. 仪器
水体富营养化程度分析评价
水体富营养化程度分析评价 水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 提到富营养化，普遍想到的就是营养盐总磷、总氮超标。诚然，总磷总氮等营养盐是发生富营养化的必要条件。如果水体中总磷总氮浓度很低，不可能发生富营养化；但是，反之则不然，水体中总磷总氮浓度的升高，并不一定能发生富营养化问题。富营养化发生发展是由于水体整个环境系统出现失衡，导致某种优势藻类大量繁殖生长的过程。因此，了解富营养化的发生机理和发生条件，实质上需要了解的是藻类生长繁衍的过程。尽管对于不同的水域，由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异，会出现不同的富营养化表现症状，也即出现不同的优势藻类种群，并连带出现各种不同类型的水生生物种类的失衡。但是，富营养氧化发生所需的必要条件基本上是一样的，最主要影响因素可以归纳为以下三个方面：（1）总磷、总氮等营养盐相对比较充足；（2）缓慢的水流流态；（3）适宜的温度条件；只有在三方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类"疯"长现象，爆发富营养化。其中的水流流态主要指以流速、水深为要素的水流结构。 一、水体富营养化的主要原因： 水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。一般认为主要是磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素等。受控生态系统装置和试验湖区的研究结果表明磷是主要“限制因子”。Vollenweider等关于磷负荷和初级生产关系的研究也表明磷的重要性.在氮磷比低于10: 1时，或在某个季节，氮也可能成为限制因子。导致富营养化的营养物按其来源可分为点源和非点源(或面源)。前者是排放集中、位置固定的污染源，也较容易测定:非点源污染是通过地表径流、降水、地下水等进入水体，较难以测定和控制。 二、水体富营养化的监测和评价指标： 常用指标： 水体富营养化的监测和评价指标包括地理、理化、生物等指标，标准也有差异。一般有: ⑴ Ac/V指标： Ac——总集水区 V ——胡泊容积
湖泊富营养化的形成原因及其生态修复
湖泊富营养化的形成原因及其生态修复 姓名：黄艳红学号：10082096 摘要：近些年来,因经济的快速发展,各种有毒有害物质的大量排入水体,导致我国湖泊水体富营养化呈现迅猛发展的趋势,水体污染非常严重,对人民生活和经济发展产生巨大影响。水体富营养化的形成与营养物质、溶解氧、光照、温度、水动力、底泥以及光线和PH值等影响因素有关。在分析了水体富营养化的成因以及危害的基础上,提出了物理、化学、生物的修复技术的原理和方法，为处理湖泊富营养氧化的问题提供了方向。 关键词：富营养化水体污染形成原因修复技术 前言近年来，随着我国经济的迅速发展，排污量日益增加，加上长期以来人们对湖泊资源的不合理开发，大量含有氮、磷元素营养物质的污染物不断排入湖(库)，使水体的营养物质负荷量不断增加，造成水体富营养化。水体富营养化不仅对水体水质有严重影响，而且影响到周边水环境和人文景观。据资料显示，由于排入湖体的氮、磷等营养物质在不断增加，我国湖水水质的富营养化过程大大加快。在我国131个主要湖泊和39个大中型水库中，已达富营养程度的湖泊有67个，占调查湖泊总数的51.3%。因此，修复湖泊的富营养化问题俨然成了当今社会的主要问题之一。 一、水体富营养化的成因与危害 1、水体富营养化的成因 富营养化指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中氮、氧营等植物营养物质过量从而引起水体植物的大量生长，从而引起水质污染现象。在自然条件下,随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在
湖底的不断沉降淤积, 湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖, 进而演变为沼泽和陆地, 这是极为缓慢的过程。但由于人类的活动, 将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后, 水生生物尤其是藻类将大量繁殖, 使生物量的种群种类数量发生改变, 破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底, 被微生物分解, 消耗大量的溶解氧, 使水体溶解氧含量急剧降低, 水质恶化, 以致影响到鱼类的生存, 大大加速了水体的富营养化过程。水体富营养化的形成主要受营养物质、溶解氧、气温、光照、水动力和底泥等因素的影响。 ①营养物质。水体富营养化的根本原因是营养物质的增加。淡水水域藻类大量增殖的限制因子主要是磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素。在适宜的光照、温度、pH值和具备充分营养物质的条件下, 天然水中藻类进行光合作用, 合成本身的原生质。 ②溶解氧。根据湖水中光合作用产氧和污染物氧化降解的耗氧过程可知，水体溶解氧下降有利于蓝藻的生长，而对其他藻类生长不利。当水体中氮磷过量富集，水中营养物质增多，促使自养型生物生长旺盛，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。鱼类等对藻类的消费能力赶不上藻类的繁殖速度，水中藻类越长越多，藻类生物集中在水层表面，光合作用释放出的氧溶解在水体表层，表层水面形成氧饱和溶液，从而阻止了大气向水体进行复氧。与此同时，大量死亡的海藻在分解时也要消耗水中的溶解氧，这样水中的溶解氧就会急剧减少，甚至可降至零，从而导致水中的鱼类等动物
湖泊富营养化分析
湖泊富营养化分析 湖泊富营养化导致的藻类暴发一直是我国最为突出的水环境问题之一. 藻类过度生长是多种因素共同作用的结果，既包括水温、光照、风速等自然因素，也包括氮(N)、磷(P)、铁(Fe)等营养物过量排放的人类活动因素. 在诸多因素中，全球气候变暖背景下的水温变化与高强度人类活动所引起的N、 P排放增加被认为是导致湖泊富营养化最关键因素，因此，同时考虑水温、 N、 P因子变化的湖泊富营养化相关研究在逐渐增多，但温度与营养物对湖泊藻类生物量的交互作用等还需要深入研究[7]，比如水温、 N、 P促进藻类生物量增长的相对重要度的长期变化规律和季节性特征. 富营养化湖泊的藻类生长是自然界中一个非期望或非平均的现象，藻类生物量数据异质性很强，水华期间的藻类数据会呈“高峰厚尾”的分布，或存在显著的异方差等情况. 近年来在环境科学和生态学领域受到重视的分位数回归(quantile regression)方法特别适合处理这种波动性大、异质性很强的环境数据. 该方法可针对回归变量任何一个分位点进行回归分析，且在存在极端值或重尾情况时仍能保持较好的稳健性，适宜处理应变量对自变量的极端响应，而不只是平均水平的响应，因此能更加全面地反映藻类生物量对水温、 N、 P 等环境指标的响应特征. 本研究基于云南洱海长时间尺度(1990-2013年)的水质观测数据，运用分位数回归方法，按不同年份区间和不同季节分别分析洱海藻类生物量[以叶绿素 a(Chl-a)表征]对N、 P、水温的定量响应关系，探讨营养物因子与水温因子相对重要性的长时间尺度演变规律和季节性变化规律，对制定洱海富营养化控制策略提供科学依据. 1 材料与方法 1.1 研究区域 洱海是云南省第二大高原淡水湖泊，为滇西最大的断陷湖，跨洱源、大理两县市，处于东经100°06′-100°17′，北纬25°36′-25°55′之间. 水面面积249.80 km2，汇水面积2 565.0 km2，最大水深21.0 m，平均水深10.5 m，库容28.8亿m3(图 1). 洱海是沿湖人民生活、灌溉、工业用水的主要水源地，是整个流域社会经济可持续发展的基础[14]. 洱海湖面多年平均海拔1 965.8 m，光照充足，辐射强，气温温和，为浮游藻类的大量繁殖提供了有利条件. 区年均气温15℃左右，年均降雨量1 055 mm，年均蒸发量1 970 mm. 流域水系发达，入湖河流大小共 117条.
北京城市湖泊富营养化评价与分析
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(3): 357-363 https://www.360docs.net/doc/1c4998931.html,. E-mail: jlakes@https://www.360docs.net/doc/1c4998931.html, ?2008 by Journal of Lake Sciences 北京城市湖泊富营养化评价与分析? 荆红卫, 华 蕾, 孙成华, 郭 婧 (北京市环境保护监测中心, 北京100044) 摘要: 根据2006年对北京市区不同功能重点湖泊水体进行的逐月监测, 采用综合营养状态指数法, 对湖泊富营养化现状进行了评价. 结果表明, 水源湖泊目前处于中营养状态，但在夏秋季由于温度和光照等气象条件的影响, 可接近轻富营养; 重要景观湖泊处于轻—中度富营养; 一般景观湖泊处于中度—重度富营养状态. 湖泊富营养程度随季节变化明显: 盛夏和初秋形成高峰, 冬、春季最低, 总磷、总氮含量与叶绿素a呈显著正相关关系, 尤其总磷与叶绿素a的相关性更加显著. 由于城市排水管网不健全, 雨污分流不彻底, 暴雨期大量溢流生活污水直接向湖泊补水河道中排放; 湖泊补水沿线降雨径流产生的非点源污染较严重；加上污水处理厂再生水水质较差, 加重了补给湖泊富营养程度. 关键词: 北京; 城市湖泊; 富营养化 Analysis on urban lakes’ eutrophication status in Beijing JING Hongwei, HUA Lei, SUN Chenghua & GUO Jing (Beijing Municipal Environmental Monitoring Center, Beijing 100044, P.R.China) Abstract:Referring to the different water body function, the survey of water quality was carried out on major urban lakes of Beijing monthly in 2006. According to TLI method, the state was evaluated on the basis of measurement result: lakes of drinking water source were mesotropher; lakes of major landscape water were light-middle eutropher; lakes of ordinary landscape water were middle-hyper eutropher. The eutrophic characteristics and its changing trend were analyzed. The causes were analyzed. The measures and suggestions were expounded on different water body function for improving water quality and reducing eutrophication. Keywords:Beijing; urban lakes; eutrophication 北京市区共有大小湖泊30余个, 水面面积约7.3km2. 最大的是昆明湖, 面积1.94km2. 湖泊水深一般为1.5-2m, 属于城市小型浅水湖泊. 绝大部分湖泊与河道相通, 汛期可防洪、排水, 大的水域可调节周围小气候. 2001年夏季北京市城市河湖爆发了大面积的蓝藻水华. 2005年8月底至9月初, 昆明湖又出现了较严重的水华现象, 营养级别为中度富营养, 叶绿素a含量高达70.8mg/m3, 浮游植物数量4108.28×104cells/L, 给首都的生态环境和声誉带来了不良影响. 本文以2006年对市区重点湖泊进行的富营养化采样监测为依据, 采用综合营养状态指数法, 对湖泊水体富营养化现状进行评价, 分析市区浅水湖泊富营养化特征和变化规律, 研究其产生的原因, 提出有针对性的防治措施. 1 监测与分析、评价方法 1.1 监测布点 2006年4-12月(1月至3月结冰期除外)对北京市区21个重点湖泊开展了手工采样监测, 监测湖泊水面面积达6.9km2, 占市区湖泊总面积的95%. 湖泊监测点位设置在湖心区和岸边区, 在0.5m左右深处采集亚表层水样. 采样频次为每月一次, 采样时间为每月1-10日之间. ?北京市科委项目(Z0005184040991)资助. 2007-09-03收稿; 2007-12-28收修改稿. 荆红卫, 女, 1966年生, 高级工程师; E-mail: jinghongwei@https://www.360docs.net/doc/1c4998931.html,.
水体富营养化
洞庭湖水体富营养化评价 摘要：为了准确评价洞庭湖所处的营养状态，进而为湖泊富营养的防治提供科学依据，以2002年洞庭湖监测数据为依据，在对各评价指标进行评价分析的基础上，选择了比较适合洞庭湖富营养状态评价的指标体系，得出了洞庭湖目前处于中营养状态，并进行了初步分析论证。分析了洞庭湖水体中氮、磷分布情况，采用指数评价法和浮游植物评价法划分了洞庭湖的营养类型，阐述了总磷与洞庭湖富营养化的关系，提出了减少总磷和防止湖泊富营养化的对策。 关键词：洞庭湖富营养化评价指标 富营养化的含义是指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中营养物质(一般指氮和磷的化合物)过量从而引起水体植物(如藻类及大型植物)的大量生长。其结果是引起水质恶化、味觉和嗅觉变坏、溶解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、死鱼、阻塞航道，对人和动物产生毒性。富营养化是水体由生产力较低的贫营养状态向生产力较高的富营养状态变化的I种自然现象，为了准确评价湖泊所处的营养状态，进而为湖泊富营养化的防治提供科学依据，国内一些研究者先后提出了模糊数学评价、灰色关联评价、神经网络评价等多种评价方法，在湖泊富营养化评价的应用中均取得了较好的效果。但由于影响湖泊富营养化的环境因子众多，难以根据环境因子的监测数据建立确定性的富营养化评价模型，而且相邻两个评价等级之间的界限是不明确的，评价因子在综合评价中应占多大权重也是不明确的，导致富营养化评价方法具有很强的不确定性。 到目前为止，洞庭湖富营养化有2种评价指标体系，并得出中营养与中富营养2种不同的结论，大多学者认同目前洞庭湖富营养化水平处在中营养状态，但对于评价指标体系未进行深入讨论。为此本文就洞庭湖富营养化评价指标结合水动力条件进行分析讨论，提出比较切合实际的评价指标体系，为洞庭湖富营养化的防治提供科学依据。湖泊富营养化是对湖泊过量营养盐输入的生物响应，湖泊生物量的增加将导致水体功能受损。1评价指标与分析1评价指标与分析 、TN、TP、ChIa、浮游藻类。 洞庭湖富营养化2种评价指标概括起来包括SD、SS、COD Mn 以2002年洞庭湖水质实测数据进行统计分析。 SD与SS 2002年洞庭湖水质透明度在 m m之间，全湖平均透明度为 m，全湖透明度最高值
富营养化评价方法
总站水字[2009]14号 关于113个环保重点城市湖库型地表水 集中式饮用水源地加测叶绿素a和透明度的通知 各环保重点城市环境监测中心（站）： 根据环保部污防司的要求，为做好国家环保重点城市对集中式饮用水源地水质监督性监测工作，客观科学地评价饮用水源水质，湖库型地表饮用水源地增加富营养化状态评价。各环保重点城市在进行2009年集中式饮用水源地水质全部项目监督性监测时，湖库型地表饮用水源地加测叶绿素a和透明度,数据报送顺序见附件1，评价方法见附件2。报送时间及方式参照饮用水源地全部项目监督性监测数据上报的相关要求。 － 1 －
附件：1、集中式饮用水源地水质监测数据表格 2、湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定 二〇〇九年二月十一日 － 2 － 主题词：湖库 饮用水源地 加测 通知 抄送：环保部监测司、污防司、各省、自治区、直辖市环境监测中心（站）中国环境监测总站办公室 2009年2月11日印发
附件1： XXXX年XX月XX市集中式饮用水源地水质（地表水）监测数据表格式 *由总站统一编
附件2： 湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定 1、湖泊(水库)富营养化状况评价方法：综合营养状态指数法 综合营养状态指数计算公式为： ∑=?=∑m j j TLI Wj TLI 1) ()(式中：)(∑TLI —综合营养状态指数； Wj —第j 种参数的营养状态指数的相关权重。 TLI（j）—代表第j 种参数的营养状态指数。 以chla 作为基准参数，则第j 种参数的归一化的相关权重计算公式为：∑== m j ij ij j r r W 1 2 2 式中：r ij —第j 种参数与基准参数chla 的相关系数； m—评价参数的个数。 中国湖泊(水库)的chla 与其它参数之间的相关关系r ij 及r ij 2见下表。 中国湖泊(水库)部分参数与chla 的相关关系r ij 及r ij 2值 ※ ※：引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中r ij 来源于中国26个主要湖泊调查数据的计算结果。 营养状态指数计算公式为： ⑴ TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）