环境科学  2021, Vol. 42 Issue (1): 242-250   PDF    
引用本文
郭宇龙, 许海, 陈旭清, 郑建中, 詹旭, 朱广伟, 朱梦圆. 太湖出流河道藻颗粒变化及其水质效应[J]. 环境科学, 2021, 42(1): 242-250.
GUO Yu-long, XU Hai, CHEN Xu-qing, ZHENG Jian-zhong, ZHAN Xu, ZHU Guang-wei, ZHU Meng-yuan. Changes in Algal Particles and Their Water Quality Effects in the Outflow River of Taihu Lake[J]. Environmental Science, 2021, 42(1): 242-250.
太湖出流河道藻颗粒变化及其水质效应
郭宇龙1,2, 许海2, 陈旭清3, 郑建中4, 詹旭1, 朱广伟2, 朱梦圆2     
1. 江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122;
2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008;
3. 无锡市蓝藻治理办公室, 无锡 214000;
4. 江苏省水文水资源勘测局无锡分局, 无锡 214000
收稿日期: 2020-05-23; 修订日期: 2020-07-09
基金项目: 国家自然科学基金项目（41671494）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07203）
作者简介: 郭宇龙(1995~), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为湖泊生态, E-mail:1617886008@qq.com
通信作者: 詹旭, E-mail:xuzhan@jiangnan.edu.cn
摘要: 河湖连通是保障城市水体水生态健康的一种常用工程手段，但对于蓝藻水华严重的湖泊，湖泊出流携带的藻团颗粒会对河道水质产生明显的影响.为了分析富营养化湖泊引水对受水河道水质的影响程度，以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例，连续3a开展夏季河道蓝藻颗粒通量及其水质的高频监测，分析河道蓝藻水华颗粒物通量变化规律及其对河道水质的影响强度.结果表明：①梅梁湾藻情的好转及河道入口加压抑藻井运行显著降低了梁溪河的叶绿素a浓度与藻颗粒通量，2019年夏季河道叶绿素a浓度与通量均值分别为54.34 μg·L-1和84.7 t·d-1，显著低于2017年；②连通河道调水工程对改善受水水体的水质效果显著，除DTP外，梁溪河其余各形态氮、磷浓度2017~2019年整体呈下降趋势，说明调水工程将湖水外排后，对梁溪河水质有一定改善效果；③携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后，显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量，2017~2019年梁溪河水体中氮、磷均以PN和PP为主，分别占TN和TP的62.5%和70.8%；④梅梁湾水体大量携带的藻颗粒未对连通的京杭大运河等其他河道产生水质影响，2019年8月京杭大运河水体中叶绿素a相较于6月下降了65%，说明蓝藻颗粒物未在运河中积累；⑤在湖泊藻情未能得到有效改观的前提下，调水携带的藻颗粒态会对连通河道局部河段水质和景观产生冲击.
关键词: 连通河道      调水工程      蓝藻水华      颗粒态叶绿素a      颗粒态有机物交换通量     
Changes in Algal Particles and Their Water Quality Effects in the Outflow River of Taihu Lake
GUO Yu-long1,2 , XU Hai2 , CHEN Xu-qing3 , ZHENG Jian-zhong4 , ZHAN Xu1 , ZHU Guang-wei2 , ZHU Meng-yuan2     
1. School of Environment and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;
2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. Wuxi Blue Algae Control Office, Wuxi 214000, China;
4. Wuxi Branch of Jiangsu Bureau of Hydrology and Water Resources, Wuxi 214000, China
Abstract: Connected rivers are a common engineering method to ensure the ecological health of urban water. However, for the lakes with serious cyanobacteria blooms, the algal particles are carried by the outflow of the lake and will have a significant impact on water quality. The location at which the Liangxi river meets Meiliang Bay of Lake Taihu was selected to explore the influence of the eutrophic lake on the connected rivers, and high-frequency monitoring was conducted in summer for three consecutive years to analyze the changes in the flux of cyanobacterial bloom particles in rivers and their impact on river water quality. The results show that:① The improvement of the algal cyanobacteria bloom in Meiliang Bay and the operation of the pressure-controlled algae well at the entrance of the river significantly reduced the concentration of chlorophyll a and the flux of algae particles in the Liangxi River. The average value of the concentration of chlorophyll a and the flux of algae particles in the river in summer 2019 were 54.34 μg·L-1 and 84.7 t·d-1, respectively, and significantly lower than those of 2017; ② Water diversion had a significant effect on improving the water quality of the receiving water. Except for DTP, the nitrogen and phosphorus concentrations of the remaining forms of the Liangxi River showed a downward trend from 2017 to 2019, indicating that the water quality of the Liangxi river improved after water transfer; ③ A large amount of cyanobacterial blooms entering the channel significantly increased the particulate nitrogen and phosphorus content of the water. From 2017 to 2019, the nitrogen and phosphorus in the Liangxi River were mainly PN and PP, accounting for 62.5% and 70.8% of TN and TP, respectively; ④ The water quality of the Beijing-Hangzhou Grand Canal and other connected rivers has not been affected by the algal particles in Meiliang Bay. In August 2019, the chlorophyll a content in the canal water decreased by 65% compared with that of June, indicating that cyanobacterial bloom particles have not accumulated in the Grand Canal; ⑤ On the premise that the cyanobacteria bloom in the lake has not been effectively improved, the algae particles carried by the water diversion will have an impact on the water quality and landscape of the local reach connecting the river.
Key words: connected rivers      water diversion project      cyanobacteria bloom      particulate chlorophyll a      exchange flux of particulate organic matter     

我国城市河网众多, 湖泊河流水系较为发达.但近几十年来由于人类生产及水资源统筹调配和承载能力、河湖健康保障和水旱灾害防御等方面的问题, 江河湖水系连通已经成为国家江河湖治理的重大需求[1, 2].为确保河湖水体健康, 必须重新梳理河湖水系关系, 进一步提升以水资源的可持续利用支撑经济社会可持续发展的能力[3].而对于这种连通河道水质的改善, 调水是一重要措施.引水调控工程治理湖泊富营养化研究始于20世纪60年代, 中国和美国的小型富营养化湖泊均开展了相关研究[4].如南水北调工程[5~7]降低了沿线水源区藻类密度的水平, 水质得到改善, 在Ⅱ类水以上(TN不参评); 美国Green湖[8]的引水工程显著降低了营养盐浓度水平和浮游植物含量, 明显改善了湖体的富营养化状况.作为改善水质的应急措施, 调水工程虽能够优化入湖水源结构, 加快湖区水体交换[9]; 但输出水源的湖泊若与受水水体水质差别大, 会对连通河道水质及生态环境造成较大的风险, 破坏了河流原有水生环境[10].如底克索玛湖(Lake Texoma)与盐度较高的红河(Red River)相接导致底克索玛湖湖水的电导率较高(电导率1 300~1 500 μS·cm-1), 进而导致当底克索玛湖湖水注入淡水湖莱温湖(电导率300 μS·cm-1)时, 莱温湖的电导率也相应升高[11].

太湖的富营养化自梅梁湾开始并逐步扩大到整个西北太湖[12]. 2007年5月无锡水危机事件以来, 江苏省管理部门果断开启梅梁河泵站, 在原“引江济太”调水线路望虞河-东太湖-大浦河的基础上, 又增加了望虞河-贡湖湾-梅梁湾-五里湖-梁溪河的调水线路, 从而对太湖北部水体形成联合引调态势[13].梅梁湾梁溪河排水工程将梅梁湾水体调入无锡市梁溪河, 最后通过京杭大运河排出, 既有效提升了梁溪河及无锡内河的水质, 又能够有效降低梅梁湾水体蓝藻水华在北部滨岸带、风景区的大量堆积, 是无锡市滨湖临城区水环境治理中的重要举措.然而, 在蓝藻水华暴发期, 梅梁湾内大量蓝藻水华颗粒物会随水流进入梁溪河, 既影响了梁溪河的水面景观, 也影响了梁溪河“水十条”国考、省考断面的达标, 降低了梁溪河水利调度的生态环境效益[10, 14, 15].

本文以“梅梁湾泵引”为背景, 以梁溪河为研究对象, 在夏季蓝藻水华期间开展河道蓝藻颗粒物及氮、磷等水质指标的逐日监测调查, 结合同期流量和温度等因子数据, 对比分析2017~2019年引水期梁溪河藻颗粒生物量时空动态变化特征及其对水质的影响, 旨在为科学调水提供理论依据.

1 材料与方法 1.1 研究区域概况与点位布设

梁溪河(E120°14′22″~120°17′47″, N31°33′10″~31°33′48″)位于无锡市西北方向, 是市区最大的内河, 是沟通城区水系、京杭大运河、蠡湖和太湖的一条天然水体纽带, 也是连接太湖和蠡湖的一条天然景观水道.作为梅梁湾主要的出入湖河道之一, 梁溪河东至蠡桥, 西至梅梁湾, 沿线共有21条支浜, 全长7 km, 平均水深1.9 m, 通过梁溪河船闸与太湖相通. 1991年, 梁溪河在入湖口构建了犊山防洪控制工程, 工程持续发挥挡污、防洪和引排水等作用, 控制工程包括梁溪河节制闸、梁溪河船闸等, 后来为了能引排水, 另构建了50 m3·s-1泵水流量的梅梁湖泵站[16].

本次监测集中在2017~2019年每年的6~8月展开, 监测点位如图 1.沿梅梁湾入河口至京杭大运河共设置10个监测断面, 分别为大渲桥(LXH1)、景宜桥(LXH2)、鸿桥(LXH3)、隐秀桥(LXH4)、蠡溪桥(LXH5)、青祁桥(LXH6)、蠡桥(LXH7)、梁韵桥(YH1)、盛新桥(YH2)和梁溪桥(YH3), 其中景宜桥为逐日水质和藻类生物量通量监测.

图 1 梁溪河采样点位示意 Fig. 1 Map of sampling sites of the Liangxi River

1.2 样品分析方法

由于泵水量和风向原因, 蓝藻颗粒在水体表面易形成聚团、分层现象, 因此在景宜桥断面使用长1 m和直径20 cm有机玻璃柱采集左、中、右水样并混合于桶中, 分取水样, 进行水质指标测定.

水体测定指标包括：总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)、氨氮(NH4+-N)、颗粒态氮(PN)、颗粒态磷(PP)及叶绿素a, 其中TN采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法[17], 加入过硫酸钾溶液消解, 然后在220 nm和275 nm测定吸光度; TP采用碱性过硫酸钾消解-钼锑抗显色分光光度法[18]测定, 加入过硫酸钾溶液消解, 结束加入钼酸盐进行显色, 接着在700 nm测定吸光度; 氨氮(NH4+-N)采用Skalar流动注射光度法(荷兰Skalar公司, SAN++型)[19]; 颗粒态氮(PN)和颗粒态磷(PP)分别为TN与DTN差值及TP与DTP差值; 浮游植物叶绿素a含量则采用热乙醇提取法[20].

1.3 河道水体颗粒态有机物交换通量估算

量取两份一定体积的原水并用25目浮游生物网过滤, 用纯水冲洗滤网上颗粒藻转移至滤器后, 一份用GF/F玻璃纤维滤膜过滤测定水中叶绿素a浓度, 一份用550℃烧过的已知质量的GF/F玻璃纤维滤膜测定藻颗粒干重, 分别定义为颗粒态叶绿素a[Chl-a(P)]与颗粒态藻含量Wpa.

根据颗粒态叶绿素a与藻颗粒含量两者线性回归分析, 得到公式(1)：

(1)

式中, Wpa指颗粒态藻的含量(g·L-1); Chl-a(P)指颗粒态叶绿素a浓度(μg·L-1).再结合梅梁湾每日排入梁溪河水流量, 可得到梅梁湾逐日排入梁溪河藻通量计算公式(2)：

(2)

式中, Af指梅梁湾每日排入梁溪河藻干重通量(t·d-1); V指泵站排入梁溪河水流量(m3·s-1).

1.4 数据获取及处理

太湖湖泊生态系统观测站2015年以来逐月对环太湖15条河道水体碳、氮、磷等主要营养盐实施监测.从该站获得2017~2019年15条主要河道1~12月氮、磷营养盐指标的逐月值, 用以比较梁溪河的藻颗粒含量与营养盐水平状况.

监测期间的逐日梅梁湖泵站调水量数据来自江苏省水文水资源勘测局无锡分局.所有数据的处理和制图等采用Excel 2019、SPSS 17和Origin 8等软件进行.

2 结果与分析 2.1 梅梁湾与梁溪河每日藻类颗粒物交换通量

2017~2019年每年6~8月梅梁湾排入梁溪河水量如表 1.梅梁湖泵站设计流量50 m3·s-1, 3a泵站平均引水流量分别为32.33、20.45和25.82 m3·s-1, 共计调水6.28×108 m3, 占太湖平均年出湖径流量的8.3%.

表 1 2017~2019年夏季梅梁湾排入梁溪河水量状况 Table 1 Water discharge of Meiliang Bay into Liangxi River in summer of 2017-2019

梁溪河口颗粒态叶绿素a浓度及梅梁湾和梁溪河每日藻类颗粒物交换通量如图 2. 3 a内梁溪河颗粒态叶绿素a变化幅度大, 于2018年6月25日与7月29日达到最低值、最高值, 浓度分别为0.85 μg·L-1和554.13 μg·L-1; 梁溪河入河口锦园藻水分离站加压控藻技术的实施, 颗粒态叶绿素a整体呈下降趋势, 3 a均值为58.79、38.45和54.34 μg·L-1, 与同期平均水流量变化一致, 初步说明藻颗粒浓度与入河水量同步变化.

图 2 梁溪河颗粒态叶绿素a及藻通量日变化 Fig. 2 Daily variation of granular chlorophyll a and the algal flux in the Liangxi River

在湖泊藻情严重情况下, 梁溪河与梅梁湾藻类颗粒物交换通量巨大. 2017~2019年藻颗粒干重通量均值分别为104.7、57.4和84.7 t·d-1, 2019年相对2017年下降了19%.根据相关资料, 无锡市近年来蓝藻打捞量约为每年平均50 000 t藻泥, 按照85%含水率计算, 3 a内排入藻泥分别为64 889、35 207和51 958 t, 则2017年排入梁溪河的藻颗粒干重通量比无锡市全年的蓝藻打捞量还多, 2018年排入梁溪河的藻颗粒干重通量占全年蓝藻打捞量的70%, 而2019年排入梁溪河的藻颗粒干重通量与全年打捞量相当. 2017~2019年梅梁湾排入梁溪河藻颗粒通量与同期梅梁湾泵站泵水量的变化一致, 说明梅梁湾每日以不同流速向梁溪河排水改善水质的同时, 对受水水体也造成高藻通量的冲击.

2.2 太湖主要环湖河道水质对比分析

2017~2019年每年6~8月梁溪河与环太湖15条河道营养盐的对比情况如图 3.

图 3 梁溪河与环湖河道的氮、磷浓度 Fig. 3 N and P concentrations between the Liangxi River and rivers around Taihu Lake

就TN而言, 各个出流河道之间差异较小.位于梅梁湖上游的直湖港污染相对较为严重, 太浦河浓度最低, 均值为1.67 mg·L-1.梁溪河浓度在2017~2019年下降40%, 2018~2019年增长16%, 整体呈下降趋势, 说明梁溪河TN污染逐渐好转.与环太湖主要出流河道相比, 梁溪河浓度均值为3.09 mg·L-1, 与环湖河道浓度均值相当.

环太湖河道及梁溪河DTN差异较大.梁溪河、望虞河与太浦河浓度均值处于较低水平, 均值分别为1.26、1.05和1.16 mg·L-1; 位于太湖西北部的太滆运河, 污染最严重, 其浓度均值高出梁溪河约68%.相对于环太湖河道, 梁溪河在3 a内变化幅度不大, 浓度比环湖河道低55%.梁溪河NH4+-N浓度在3 a内连续下降, 2019年较2017年下降74%, 均值为0.53 mg·L-1, 与梁溪河相比, 环湖河道高出梁溪河约25%, 说明梁溪河NH4+-N指标污染程度优于环湖河道.

对TP而言, 各个环湖河道之间浓度差异大.梁溪河TP浓度在2017~2019年先下降后升高; 与环太湖河道相比, 梁溪河浓度处于较高水平, 均值为0.273 mg·L-1(本调查方法包括漂浮颗粒物, 与环保部门调查的样品预处理方法不同), 同比环湖河道, 高出约30%, 说明梁溪河TP指标污染程度高于环湖河道.与环太湖河道相比, 梁溪河DTP浓度为0.080 mg·L-1, 和环湖河道相当.梁溪河、漕桥河、直湖港以及太滆运河浓度较高, 污染程度为太滆运河＞漕桥河＞雅浦港＞直湖港＞殷村港＞胥江＞陈东港＞梁溪河＞沙塘港＞长兴港＞瓜泾＞望虞河＞大钱港＞长兜港＞合溪港＞太浦河, 说明太湖北部河道DTP指标污染较其他河道严重.

梁溪河与环湖河道TN、DTN以及NH4+-N浓度相当, 而TP和DTP浓度分别高出环湖河道30%和4%, 梁溪河氮污染程度与环太湖河道无显著差异, 磷污染程度高于环湖河道, 说明对于太湖环湖河道而言, 梁溪河受太湖调水的影响更大; 另外, 除梁溪河DTP有小幅度增长外, 其余各个氮、磷形态浓度3 a整体呈下降趋势, 说明调水工程将湖水外排后, 在改善梅梁湾水环境的同时, 对梁溪河水质也有一定改善效果.

2.3 梁溪河水质空间变化特征

为了解水体从梅梁湾排出经梁溪河最终流向京杭大运河过程中的水质变化, 表 2列举了6~8月梅梁湾、梁溪河和京杭大运河各项指标数据.

表 2 梁溪河与梅梁湾及运河氮、磷浓度对比 Table 2 Comparison of N and P concentrations in Liangxi River, Meiliang Bay, and the canal

叶绿素a在很大程度上能够反映浮游植物的现存量、表征藻的生物量及密度[21, 22].梅梁湾、梁溪河及运河叶绿素a浓度均值分别为50.56、37.11和26.75 μg·L-1, 从梅梁湾排出的藻颗粒经分流后进入梁溪河, 其浓度有所下降, 流向大运河后浓度又减少了47%, 说明排出的藻颗粒并未在大运河中大量堆积.

空间上, 梅梁湾、梁溪河及运河TN浓度均值分别为1.90、3.11和3.21 mg·L-1, 运河相对梅梁湾升高了68.9%.梁溪河整个断面浓度在1.58~6.58 mg·L-1之间, 其中青祁桥断面明显高于其他断面, 景宜桥断面浓度最低.对于DTN而言, 梁溪河浓度介于梅梁湾和运河之间, 均值为0.83 mg·L-1, 显著低于运河.梅梁湾, 梁溪河及运河NH4+-N浓度均值为0.39、0.20和0.29 mg·L-1, 梁溪河同比梅梁湾下降约49%;梁溪河各个断面整体呈先升高后下降的趋势, 其中青祁桥浓度最高.空间上, 梅梁湾, 梁溪河及运河TN、DTN与NH4+-N整体上均呈下降趋势, 说明河道连通并未对各个河段造成氮的冲击.

梁溪河至运河各个河段的TP与DTP变化则不明显, 但其各个断面浓度均高于梅梁湾.梅梁湾、梁溪河及运河的TP浓度均值分别为0.185、0.341和0.366 mg·L-1; 其中, 作为入河口的大渲桥TP浓度最高, 景宜桥断面浓度最低.梅梁湾、梁溪河及运河DTP浓度一直升高, 而梁溪河除青祁桥外, 其余断面基本保持在同一水平.

根据浓度均值来看, 京杭大运河氮、磷浓度高于梁溪河, 甚至高于蓝藻水华严重的梅梁湾湖区, 说明运河受到的氮、磷污染高于梁溪河.

根据京杭大运河水质对比分析(图 4), TN、DTN、TP、DTP以及NH4+-N浓度7月相对于6月增量分别为40%、73%、84%、94%和82%, 8月相对于7月增量为11%、14%、-26%、-26%和-22%, 而颗粒态Chl-a浓度分别下降了62%和9%, 蓝藻水华颗粒物在梁溪河至运河沿程逐渐降低, 说明梅梁湾水体经梁溪河排入京杭大运河后, 没有在大运河引起藻类生物量积累, 反而对水体氮、磷等指标产生稀释作用.

图 4 京杭大运河氮、磷形态6~8月增幅 Fig. 4 Increase of N and P forms in the Beijing Hangzhou Grand Canal from June to August

3 讨论 3.1 藻颗粒对河道氮、磷形态和浓度的影响

氮、磷营养盐作为湖泊初级生产力主要的限制性因子, 有多种赋存形态[23].相关研究表明, 溶解态磷和颗粒态磷是水体中磷存在的主要形式[24], 氮存在形式也主要以溶解态和颗粒态为主.对于富营养化严重的湖泊来说, 蓝藻生长会存储大量营养物质[25], 因为藻类可以通过光合作用, 把水体中尿素、NO3-、NH4+、NO2-和H2PO4-等无机离子物质中所含的氮磷等元素缔合到碳骨架上, 形成颗粒态的藻类生物量[26].朱广伟等[27]的研究认为在水体的营养物质中, 颗粒态氮、磷占比很高, 是氮、磷的主要存在形式.以上结果说明在水华暴发期, 水体中颗粒态氮磷成分较高.如张雷等[28]的研究表明, 大辽河感潮河段颗粒态磷占总磷的50%以上; 吴亚林[29]的研究表明, 水体中颗粒态氮磷为主要的存在形态, 且与藻类关系密切.因此, 当河道中有大量藻类生长或外来输入时, 水体中颗粒态氮磷浓度也同步升高.根据图 5, 叶绿素a与总氮、总磷及颗粒态氮、磷线性回归分析, 水体中叶绿素a和TN及TP呈正相关关系, 相关系数分别为0.78和0.80 (P＜0.01), 颗粒态叶绿素a和PN及PP也呈正相关关系, 相关系数分别为0.81和0.82 (P＜0.01), 说明高藻入河会对受水水体造成营养盐冲击, 尤其是高藻会携带大量的颗粒态氮、磷进入受水水体.

图 5 叶绿素a与氮、磷线性拟合 Fig. 5 Linear fitting of chlorophyll a with N and P

然而, 对于蓝藻水华不严重湖泊来说, 其所富集的颗粒态营养物质也相对下降, 溶解性氮、磷可能占据主导地位. 2018年夏季环湖河道叶绿素a浓度有明显差异(图 6), 环湖河道同比梁溪河低86%, 说明梅梁湾调水对梁溪河影响最大, 排入藻颗粒含量巨大.

图 6 2018年夏季环太湖河道叶绿素a浓度 Fig. 6 Chlorophyll a concentrations in the river around Taihu Lake in the summer of 2018

那么, 对于藻颗粒赋存量少的河道而言, 氮、磷所受的影响程度如何？王雪等[30]的研究表明, 2010年8月太湖流域武进港-直湖港水系氮、磷以DTN和DTP为主, 分别占总氮、磷的91.8%和62.13%.根据图 7, 2017~2019年每年6~8月, 15条环湖河道氮均以DTN为主, 胥江、漕桥河及雅浦港磷以DTP为主, 其余河道以PP为主, 占TN的52%以上; 梁溪河氮、磷均以PN和PP为主, 分别占TN和TP的62.5%和70.8%.以上结果说明相对其他环湖河道而言, 高藻水进入连通河道后, 梁溪河氮、磷营养盐受藻类影响更大.

图 7 出流河道DTN、PN与TN以及DTP、PP与TP比值 Fig. 7 DTN, PN, and TN, DTP, PP, and TP ratios of the outflow channel

3.2 梅梁湾泵站调水状况探讨

太湖位于太湖流域中心, 进出河道有124条, 太湖出水口主要分布在太湖的北湖岸, 如梁溪河、望虞河和太浦河等.蓝藻水华暴发时, 太湖流域不同湖区会通过定期换水来改善水质, 贡湖湾、梅梁湾、竺山湾和湖心区换水周期分别为267、287、146及365 d以上.调水是改善水质的重要措施, 如燕妹雯等[31]的研究表明引江济太对太湖整体水质改善有积极作用, 区域入湖河流水质与相应湖内区域水质有较好相关性; 顾岗等[32]的研究表明梅梁湾泵站经过6~8 d的引水, 五里湖水质可达到稳定, 各项水质指标明显改善, 高锰酸盐指数、TN和TP相对于引水前分别下降38.5%、49.4%和27.7%.

那么, 梅梁湾每日排出多少水量为宜？唐一率[16]的研究发现, 当调水量为基准水量的30%时, 对降低TN浓度效果最好, 当调水量为基准水量的38%时, 对降低TP浓度效果最好.梅梁湾泵站以不同水流量向梁溪河排水, 改善了湖水的流动状态, 2019年水量同比2017年下降21%(表 1), TN和TP浓度分别下降了30%和15%.根据图 8, 梅梁湾泵站调水量加大过程中, 梁溪河受氮、磷营养盐的冲击更大.因此, 基于2017~2019年梁溪河水质分析, 建议梅梁湾泵站逐日水流量应小于设计流量的40%, 对梅梁湾和梁溪河水质的改善效果好, 也与2018年氮磷浓度较低相符合.

图 8 不同水流量下氮、磷浓度变化 Fig. 8 Changes in the N and P concentrations under different water flow rates

4 结论

(1) 梁溪河与梅梁湾逐日藻类颗粒物交换通量巨大. 2017~2019年6~8月梅梁湾排入梁溪河藻泥分别为64 889, 35 207和51 958 t, 与无锡市3 a内蓝藻打捞量相当.

(2) 引水对梁溪河氮浓度有明显改善作用, 使得梁溪河氮浓度低于其它环太湖河道, 但引水会加重梁溪河TP污染, 使得梁溪河磷污染程度高于其它环湖河道.

(3) 蓝藻水华期间, 河湖连通水体交换在改善水体水质过程的同时, 携带高藻入河也带入了大量的颗粒态氮、磷, 梁溪河PN和PP分别占TN和TP的62.5%和70.8%.

(4) 梅梁湾水体经梁溪河排入京杭大运河, 蓝藻颗粒物并未在大运河积累, 调水对水体氮、磷等指标具有稀释作用.

致谢: 中国科学院太湖湖泊系统研究站支持了本项目的样品采集和分析工作.无锡市蓝藻办平台提供每日泵水量数据, 钱荣树、夏丽萍、薛静琛、赵锋、季鹏飞、康丽娟、赵星辰和陈洁等在采样和实验方面提供帮助, 在此一并致谢！

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