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太湖生态工程治理研究
【发布时间:2009-08-20 】 【 】【打印】【关闭

   秦伯强  湖泊学家。19632月生于江苏省苏州市。从事水资源与水环境工作,长期以来一直在太湖等地区开展水污染治理与生态修复工作。2000年起任中国科学院南京地理与湖泊研究所副所长(主持日常工作),目前承担着国家“863项目”“太湖梅梁湾水源地水质改善技术项目”、中国科学院知识创新战略行动项目“长江中下游湖泊富营养发生机制与控制对策”等一批国家级的科研任务。针对我国湖泊水环境恶化的一系列问题,提出了浅水湖泊内源释放机理与控制对策和通过改善环境条件实现局部水域生态修复等创新性的思想和方法,并在湖泊治理的实践中得到应用,受到广泛好评。荣获江苏省“青年科技标兵”称号、入选江苏省“333人才工程”第二梯队。

   一、太湖水环境治理的研究背景

   地处长江三角洲的太湖面积为2338km2、平均深度1.89 m、最大深度2.6 m。太湖流域土地面积36895km2。尽管太湖流域土地面积只占全国总面积的0.38%,但是国内生产总值(GDP)占全国10%(1997年底),达7496亿元;人均GDP为全国人均的3倍多;农业总产值占全国的3.1%;工业总产值占全国的12.2%;财政收入1356.5亿元,占全国的15.7%;是我国经济最发达、工业化与城市化程度最高的地区之一,在我国社会经济发展中居举足轻重的地位,是国家对外开放的示范窗口和率先实现现代化的先导地区。

   伴随着经济的高速发展,太湖流域的水环境压力也越来越大。全流域70%的河湖受到污染,80%的河流水质达不到国家规定的地面类水标准。太湖的水按国家地面水环境质量标准(GB3838--88),20世纪60年代属III类水体,此后,平均每10年左右水质下降一个级别,2000年平均已达IVV类。20世纪70年代初,蓝藻水华首先出现在太湖北部的五里湖,90年代梅梁湾一次水华大暴发引发的水荒,导致了无锡市112家工厂停产,居民饮用水都发生困难,直接经济损失1.6亿元。200042%的环湖河流断面水质低于水质目标。太湖的水质恶化与富营养化已经引起了党和国家的高度重视。当时任国务院副总理的李岚清针对太湖蓝藻水华问题指出“富营养化引起的蓝藻暴发是严重的湖泊公害,对此要作为重大科研课题加紧研究和治理,否则我们无法向人民交待”。

   二、太湖生态工程治理研究的思路

   太湖作为我国东部典型的大型浅水湖泊,其治理的难度较其它湖泊大得多。国内外对于湖泊治理与生态修复的成效出现怀疑,归根结底是对于湖泊生态环境演化的规律缺乏认识。通过前一阶段的科学院知识创新项目等工作的开展,有些问题已经有了初步的答案。例如,对于太湖这样的大型浅水湖泊,沉积物的内源释放问题并非如人们想像的那样简单。我们通过沉积物调查发现,太湖中营养盐(氮、磷等)仅占沉积物总量的0.1%,而这0.1%总量中,仅有1020%具有活性,有可能为生物所利用。沉积物的营养盐释放,可以分为静态和动态二种模式。前者主要在风平浪静的时候,依靠从沉积物向上覆水的营养盐浓度梯度来实现;后者主要依靠动力扰动来完成,而动力扰动在太湖主要是由于波浪的作用。要使沉积物发生悬浮的临界切应力需0.030.04N/m2,相当于野外风速56 m/s的情况。发生悬浮, 即参与与上覆水交换的沉积物主要在表层10cm。如果是表层10cm的沉积物全部发生悬浮,则导致的沉积物营养盐的释放可以达数万吨。而仅考虑空隙水中的营养盐释放,则将有数百吨的营养盐释放出来。但是,也不是所有的空隙水中的营养盐释放出来后对湖泊富营养化有影响,由于动力扰动导致复氧,使得悬浮颗粒物质吸附营养盐的能力加强,导致部分释放的营养盐又带回去沉积物中。而在实验室条件下进行的静态释放试验表明,每年将有10000t氮和900t磷释放出来。因此,根据太湖风浪的大小,结合动力释放与静态释放两种模式,来估计太湖一年实际的释放数量。在此基础上提出了大型浅水湖泊内源释放模式,既为内源污染的控制及疏浚方法提供科学依据,也解决了长期以来一直争论不休的问题。

   对于象太湖这样的大型浅水富营养化湖泊应如何治理,以前一直是一个难题。虽然做了许多探索,但是绝大多数都不理想。我们通过在太湖的调查与研究,认为影响生态修复的主要原因是风浪、透明度、沉积物类型、营养盐浓度和牧草性的鱼等。我们通过观测水下光照强度,摸清了水生植物生长至关重要的光照与风浪、悬浮物的关系。这些研究成果已经在我们承担的太湖“863计划项目“太湖梅梁湾水源地水质改善技术研究”中得到了应用。由南京地理与湖泊研究所承担的“863计划项目梅梁湾水源地水质改善技术是在环境条件非常不利的情况下开展。该水域要求在太湖梅梁湾无锡市牵龙口水厂附近实施生态工程。调查发现该水域夏季处于下风口,风高浪急,而且又是蓝藻水华易于堆积的区域,水比较深而沉积物比较少,因此,开展水生植物恢复和修复生态系统非常困难。为此,项目组制定了消浪、挡藻、提高透明度、促进沉积物淤积,通过改善环境,恢复水生植物,达到修复生态系统,净化水质的目的。

   三、太湖生态工程治理研究的进展与设想

   在工程方面,示范区已建成强化净化区外围混凝土排桩消浪带3.3km、强化净化区内竹排消浪带3.6km;强化净化区围隔(内圈)3.3km、生态净化区围隔(外圈)6.2km;完成强化净化区内1.5 km2水生植被恢复示范区的基本建设和部分水生植物的种植;建成约1 km2的滤食性鱼类控藻工程,投放鱼种2.5kg;建成1.08 km2的贝类控藻工程,挂蚌5t;湖滨带工程构筑水下拦沙埂14个,种植芦苇448 m2。尽管2004年水位底,气温高,蓝藻水华比往年严重,但示范区牵龙口水厂取水口水质较2003有所好转。在工程区10个点的逐月监测数据也表明,示范区水体2004年较2003年溶解氧明显升高,除总氮外,高锰酸钾指数、总磷、生化需氧量、叶绿素a、藻类总密度、氨氮等指标均有所下降,特别是生物多样性明显改善,浮游植物生物多样性指数和底栖生物多样性指数都从原来的重污染转为中度污染。

   在研究方面,科研工作与示范工程紧密结合,相互促进。主要体现在三个方面:一是在工程技术研究方面,为保证工程的科学性,各项示范工程实施前必须提交详细周密的可行性研究报告与方案设计,同时开展各专项技术的创新性研究及技术集成研究;二是在基础、应用基础研究方面,在工程平台上,对重污染大型浅水湖泊富营养化机理、生态修复理论与途径等科学问题开展多学科交叉的综合性研究;三是结合工程实施中需要解决的问题,有针对性地开展现场实验、对比等研究。

   从太湖生态工程治理研究的进展看,太湖富营养化治理必须分阶段进行:第一阶段要以控制外源和内源为主;第二阶段在控源的基础上实施生态修复,控制蓝藻水华,特别是在无法实现全流域控源的情况下,实现局部水体的生态修复和改善水质;第三阶段应强调流域管理,包括产业结构调整,土地利用方式调整等内容,达到清洁生产的目的,实现流域及湖泊的生态环境与经济的协调发展。相信随着我们对太湖生态环境机理的认识的深化,配合工程的展开,必将还太湖的碧水蓝天于不远的将来。

   作为全国唯一的湖泊科研综合机构,作为科研国家队,来自该科研机构的科研人员正积极地参与相关湖泊的科研与整治工作。相信随着各级政府的重视,随着湖泊保护力度的加大,随着这些科研工作的开展和我们对湖泊环境演化机制的认识深化,这些湖泊将会变得越来越清澈,在当地的社会经济发展中发挥越来越大的作用,造福子孙后代。

              

                                 撰稿人:谈引根

 

 

点评:

   秦伯强研究员长期从事现代湖泊科学研究,针对我国湖泊水环境恶化的现实,在调查研究的基础上,从认识湖泊生态环境演化的规律入手,提出了浅水湖泊内源释放机理与控制对策,并在太湖生态工程治理研究中取得阶段性成果。示范区牵龙口水厂取水口水质较2003年有所好转。工程区10个点的逐月监测数据,除总氮外,其余指标均比2003年有明显改善,我们相信,不远的将来定可还太湖以碧水蓝天。

 

 

 

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