（环境工程专业论文）从西湖叶绿素a的变化浅析西湖综合保护工程效益.pdf

浙江工业大学工程硕士论文从1 的湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 丛酉湖吐缦塞璺数变丝遗堑酉湖绽金堡芷王猩数敷蕉 摘要 由于自然资源的过度开发和人口数量的激增，带来的环境污染问 题也日益严重，其中，水体的污染特别是富营养化问题已成为全球 性重大环境污染问题之一。杭州是国际著名的旅游城市，西湖之美佳 天下，但在8 0 年代之前，由于西湖流域工农业污水和生活污水排入等 因素，使西湖水质一度处于重富营养化状态，此后，虽不断通过各种 整治措施加以改善，对水体富营养化问题的关注仍是重中之重。 本文在原有西湖水质研究的基础上，重点考察了近十年来西湖疏 浚工程、西湖综合保护工程和引水改建工程对西湖水体富营养化状况 的改善效果。由于湖泊水体中叶绿素a 浓度可以作为研究水体富营养 化的一项重要的生物学指标，文中通过对湖区不同水域叶绿素a 含量 的测定，详细分析了西湖湖区水体富营养化状况和相应水质改善的尺 度和效果。论文首先在将西湖湖区划分为内湖区和外湖区，在内湖区 设置了西里湖、小南湖和北里湖的湖心等采样点，外湖区设置少年宫 和湖心等采样点，在1 9 9 8 年至2 0 0 7 年十年间每月一次对上述采样点 进行采样，对叶绿素和其它水质理化指标进行了周密的水质监测。在 监测实验数据分析的基础上，深入研究了西湖湖区叶绿素a 的空间分 布特征及其水温、年度变化、月度变化与西湖湖区引水量的关系。论 文详细分析和比较了西湖综合保护工程前后各湖区叶绿素a 含量的变 化，结果表明，西湖整体上处于中营养状态、局部仍有富营养化现象 发生，富营养化可能出现的区域主要为北里湖湖区处。与十年前相比， 已投入的各项西湖综合整治工程对西湖水质改善作用明显。 关键词：西湖；叶绿素a ；水质；水体富营养化 h 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 p r i m a r ys t u d yo ne f f e c t so fr e s t o r a t i o n p r o j e c t so nt h ew e s tl a k ef r o mv a r i a t i o no f c h l o r o p h y l l ac o n c e n t r a t i o n a bs t r a c t e n v m ) m n e t a lp 0 1 l u t i o na r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e v e r ed u et o o v e r - d e v e l o p m e n to fn a t u r a lr e s o u r c e s a 工1 d p o p u l a t i o nb o o m i n g w r a t e r p o l l u t i o n ，e s p e c i a l l ye u 仃o p h i c a t i o n ，t u m st ob e 也eb i g g e s tp r o b l e m si nt h e w o r l d a l t h o u g hh a n g z h o ui sa 、o r l d 胁o u st o u rc i t yw i m m em o s t b e a u t i 血lw e s tl 出e ，h e a ：v ye u 订o p h i c a t i o nh 印p e n e di i lm el a k eb e c a u s eo f s e w a g e 丘o mi n h a b i t a n t sa 1 1 dw a s t e w a t e rd i s c h a 玛e d 丘o mm d u s 臼了a n d a g r i c u l t u r ea r o u n dm el a k eb e f o r e 19 8 0 s s i l l c et 1 1 e n ，e u 仃o p k c a t i o ni 1 1 w e s tl 狄eh a sb e e np a y i n gm o r ea 仕e n t i o na n dd i 能r e n tm d so fl a l ( e r e s t o r a t i o n p r o j e c t sh a v eb e e np u ti 1 1 t o o p e r a t i o n f o rw a t e r q u a l i t y i m p r o v e m e m w 缸e rq u a l i 够o ft h ew b s tl 出eh a sb e e nm o l l i t o r e d 肌da n a l y s e ds i n c e 19 9 8w i t ht h eo p e r a t i o no f1 呔er e s t o r a ：t i o np r o j e c t s ，s u c ha ss e d i m e n t d r e d g i l l g ，w e t l a n d r e c o n s t m c t i o na n dw a t e rn u s l l i n g s u p p o n i e db y h a n g z l l o um u l l i c i p a lg o v e m m e n t a sc 1 1 l o r o p h y l l - ai sam a i nt 0 0 1 i nb o m s t u d y a n de v a l u a t i o no f1 a k e e u t l o p b i c a t i o n ， t h e c h l o r o p h y l l - a c o n c e n 臼a t i o n smm ew 色s tl a k ew e r em o n i t o r e dc o n t i m l o u s l y 丘o ml9 9 8t o 2 0 0 7 t h es p a t i a ld i s 仃i b u t i o no fc 1 1 1 0 r o p h y l l 一ac o n c e n t r a t i o n a n di t s c o r r e l a t i o nw i t l lw a t e rt e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e nc o n t e n t a n dt h e m 锄o u mo fw a t e rp u m p e di n t om ew 色s tl a k ew e r ea l s oa n a l y z e di nd e t a i l a l t h o u 曲t h ew b s tl a k ei s s t i l lu 1 1 d e rm e s o t r o p h i cs t a t ea 1 1 ds o m ep a n i a l a r e as u c h 嬲n o r t h - i m l e rl a 玉【ei ss t i l l 吼灯o p l l i e d ，i ti s f o u i l dm a tt 1 1 e c h l o r o p h y n ac o n c e n t r a t i o n si 1 1m a i np a r t so fw 色s tl a k ei n2 0 0 7d e c r e a s e d b y4 2 8 t o8 7 3 c o m p a r e dw i 协t l l o s ed a t a 证1 9 9 8 ，w h i c hr e p r e s e n t m g t h a tm ec o n l p r e h e n s i v er e s t o r a t i o np r o je c t sd u r m gm e s et e ny e a r sh a v e p l a y e da i li i n p o r t a n tr 0 1 ei 1 1t l l e w a t e rq u a l i t yi i n p r o v e m e n to ft h ew 6 s t l 出e k e yw o r d s ：t h ew 色s tl a l 【e ，c 1 1 l o r o p h y l l - a ，w a t e rq u a l i 够e u t r o p l l i c a t i o n 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 符号说明 水样体积，l ； 吸光度 提取液定容后的体积，m l 比色皿光程，m m 水温，o c 时间，嘶 叶绿素初始浓度，p g l t 时间后叶绿素的浓度，“g l v n 矿眈玢万 t o 岛q 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿案a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包 含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大 学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体， 作者签名： 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 日期：夕彤莎年，月莎圜 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊( 光盘版) 电子 杂志社的中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数 据库投稿，希望中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论 文全文数据库给予出版，并同意在中国博硕士学位论文评价数据库和 c n i ( i 系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密。 7 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：夕仁卉乓 暑期：郦年 f 胃g 鬓 噌师戳：参勋醐_ 哪鲫腑曰 浙江工业大学工程硕士论文 从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 1 1 地球水资源现状简介 第一章绪论弟一早殖下匕 水是地球上最丰富的一种自然资源，全球约有四分之三的面积覆盖着水。地 球上的水总量约为1 3 6 1 0 9 k n l 3 ，其中9 7 5 的水是咸水，无法直接饮用。淡水只 有3 5 1 0 3 虹3 左右，若扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰冠，以及分布在盐碱 湖和内海的水量，陆地上淡水湖和河流的水量不到地球总水量的1 ，而人类能够 直接利用的水仅占地球总水量的0 2 6 ，能直接取用的江、湖淡水仅占全部淡水的 0 5 。 据统计，地球上可供人们用于生活、生产的淡水资源每人每年约一万立方米。 但是，由于地球上人口分布与淡水资源分布不成比例，加上水资源污染和使用过 程中的浪费，世界上许多国家和地区存在着淡水资源紧张的情况。同时，由于世 界各国和地区由于地理环境不同，拥有水资源的数量差别很大。按水资源量大小 排队，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚、中国、印度。 不少国家和地区不惜成本，设立海水淡化装置或采取其它措施来缓和淡水供应矛 盾。随着经济的不断发展，人们对淡水的需求不断增加，不久的将来，淡水资源 紧缺将成为世界各国普遍面临的严峻问题。 1 2 我国水资源现状简介 我国水资源总量为2 8 亿m 3 ，居世界第6 位，位于巴西、俄罗斯、加拿大、 美国和印度尼西亚之后，约占全球河川径流总量的5 8 。我国湖泊众多，分布广 泛，面积大于1 k m 2 的天然湖泊有2 7 5 9 个，总面积近9 1 0 2 0 蛔2 ，约占国土面积的 0 9 【1 1 ，湖泊贮水总量约7 0 8 8 x 1 0 1 1m 3 ，其中淡水贮量2 2 6 1 x1 0 1 1 m 3 ，占湖泊贮 水总量的3 1 9 。由于我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家，如果按水资 源总量考虑，水资源总量居世界第六位，但是我国人口众多，水资源分布极不平 衡。若按人均水资源量计算，人均占有量只有2 5 0 0 立方米，约为世界人均水量的 2 5 ，在世界排第1 1 0 位( 按1 4 9 个国家统计，统采用联合国1 9 9 0 年人口统计 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 结果) ，已经被联合国列为1 3 个贫水国家之一。据有关部门报道，目前中国水环 境污染状况相当严重，全国有3 4 的江河、湖泊水系受到污染，流经城市的河流受 到污染的达9 0 以上【2 】。有关调查表明，我国目前6 6 以上的湖泊、水库处于富 营养化的水平，其中富营养和超富营养的占2 2 ，使得富营养化成为我国目前和 今后相当长一段时间内的重大水环境问题【3 】。 1 3 国外水体富营养化概述 随着全球经济持续高速发展，一方面人类社会物质财富日益增多，另外一方 面由于自然资源的过度开发和人口激增，环境污染问题也日益严重。而水体的污 染特别是富营养化问题已成为了全球性的重大环境污染问题之一m 。水体富营 养化是水污染中最严重的问题之一【刀。目前，全世界几乎所有的湖泊都存在大大小 小的富营养化问题。富营养化不仅使水体生产、生活、景观等功能丧失，而且影 响到人们日常的生产和生活，制约了经济建设和社会的可持续发展。 据联合国环境规划署( 【n e p ) 的一项水体富营养化调查表吲8 - 9 1 ，在全球范 围内3 0 一4 0 的湖泊和水库均受到了不同程度富营养化的影响，各地区受影响的 情况相差悬殊。 在国际经济发展合作组织( o e c d ) 【1 0 】监测调查的1 8 个国家的湖泊和水库中， 6 5 为富营养型，1 8 为贫营养型。世界上大部分的大型湖泊未受富营养化影响， 水质良好，如贝尔加湖、苏必利湖、马拉维湖、坦噶尼喀湖、大熊湖、大奴湖等。 气候干燥地区水体富营养化情况相对严重，如西班牙的8 0 0 座水库中，至少有l 3 是处于重富营养化状态。在南美、南非、墨西哥及其它一些地方都有水库严重富 营养化的报道。加拿大湖泊众多发生富营养化的湖泊则主要集中在加拿大南部人 口稠密地区，其大部分湖泊( 约3 4 ) 处于贫营养状态。 表1 1 世界湖泊和水库营养化状况 1 a b l e1 1e u t r o p h i cs t a t l i so f w o r i dw i d el a k e sa n dr 鹤e n ，o i 髓 地区或国家 贫营养( ) 中营养( ) 富营养( ) 抽样水体个数 o e c d + 加拿大 4 81 6 3 62 3 0 o e c d + 加拿大十其它国家 3 03 53 53 3 5 加拿大 7 31 51 21 2 9 2 浙江工业大学工程硕士论文 从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 美国 意大利 德国 波罗的海沿岸国家 日本+ 其它国家 中国 1 1 个p a h o 国家 南非水库 4 9 3 6 5 7 2 1 3 0 3 6 3 4 2 5 3 2 ( 注：o e c d 指经济合作与发展组织；p a h o 泛指美洲卫生组织国家) 目前，无论发达国家还是发展中国家，水体富营养化已经成为江河、湖泊、 水库等水体的主要环境问题【1 1 1 5 1 。海洋的污染问题也日趋严重。 表1 2 各洲或各国家中富营养化状况 r a b i e1 2e l i t m p h i cs t a t l l so fw o r mw i d el a k e sa n dr 髑e r v o i 聃 亚洲 中国 印度、巴基斯坦 印度尼西亚、菲律宾 + + + + + 3 + + + + + + 躬 钳 钉 弘 m 弱 弱 勰 弘 鲳 剪 弛 加 钉 ， 汐 8 ：2 笱 钳 斟 孔 欧洲 其他国家 奥地利 + + 芬兰 + + + 原东德 + + + 挪威 + + + + 波兰 抖+ 瑞典 抖+ 前苏联 + + 瑞士 + + + + + ( 注：“+ ”表示已确认有富营养化问题；“+ + ”表示有严重富营养化问题) 1 4 我国水体富营养化概况 改革开放后，我国工农业得到了迅速发展，在城市化进程步伐加快的同时， 工业、农业生产废水和居民生活污水排放量也日益增大。再加上我国人口众多， 受教育程度地域差别较大，人们的环境保护意识还比较淡薄。在相当长的一段时 期里，对江河、湖泊水域生态环境系统的容量或承受能力认识和研究不足。大量 富含营养物质的生产、生活废水未经任何处理直接排入水体中，导致江河湖泊富 营养化进程加速，目前已经成为我国一个突出的环境问题。 4 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 2 0 0 6 年，世界银行、中科院和环保总局的对我国环境污染方面进行过测算， 我国每年因环境污染造成的损失约占当年全国g d p 的1 0 左右【1 6 】。根据调查资料 和国内外评价湖泊富营养化指标，我国3 7 个主要湖泊中，中营养型和中富营养型 占5 5 8 ，富营养型占1 4 7 ，重富营养型占8 8 【1 7 1 。在2 6 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) 已经发生过“水华”现象【1 8 - 19 1 。表1 3 为 我国部分城市湖泊富营养化的状态表 表卜3 我国部分城市湖泊的富营养化状态 t a b l e1 3e u t r o p h i c a t i o no fs o m ec 时i a k ei nc h i n a 注：s d 单位为：m ，其他各项指标单位为：m g l 。 中国环境状况公报表明：2 0 0 5 年，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质 的湖( 库) 2 个，占7 ；类水质的湖( 库) 6 个，占2 1 ；水质的湖( 库) 3 个，占1 1 ：v 类水质的湖( 库) 5 个，占1 8 ；劣v 类水质湖( 库) 1 2 个，占 4 3 。其中，太湖、滇池草海和巢湖水质均为劣v 类，主要污染指标为总氮和总 磷。2 0 0 7 中国环境状况公报表明，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的湖 ( 库) 2 个，占7 1 ：类水质的湖( 库) 6 个，占2 1 4 ；水质的湖( 库) 4 个，占1 4 3 ；v 类水质的湖( 库) 5 个，占1 7 9 ；劣v 类水质湖( 库) 1 1 个， 占3 9 3 。在监测的2 6 和湖( 库) 中，重度富营养的2 个，占7 7 ；中度富营养 的3 个，占1 1 5 ；轻度富营养的9 个，占3 4 6 ；其中，太湖和滇池草海为劣v 类，巢湖水质则上升到v 类，主要污染指标还是总氮和总磷。如表1 4 所示。 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 表1 - 4 城市内湖水质评价结果 t 妯i e1 4w a t e rq u a u t ) ，m e a s u 他他s u l t so fs o m eu r b a nl a k e s 2 0 0 7 年我国淡水环境七大水系长江、黄河、珠江、淮河、松花江、辽河和海 河水质状况总体和上年持平，1 9 7 条河流4 1 2 个水质监测断面中，i 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：4 9 9 、2 6 5 和2 3 6 ，其中珠江、长江 总体水质较好，松花江为轻度污染，淮河、黄河为中度污染，辽河、海河水质较 差，属于重度污染。湖泊水库普遍受磷、氮和有机物污染，个别湖泊水出现重金 属污染。我国的河流水系污染严重，湖泊水库水环境较为脆弱，水体水质恶化和 水体富营养化问题也较突出。 1 5 富营养化的定义 关于富营养化( e u 臼o p l l i c a t i o n ) 的定义较为繁多，富营养化很难严格定义，因 为任何一个水体的营养性质及程度的描述常常是相对于该水体以前的情况，而且 每个水体对营养盐的响应也存在着较大的差异。由于国内外专家学者对“富营养 化”研究的方向不尽相同，定义也有许多不同的解释。 比如美国湖泊专家j o 唱e i l s e n 和鼬c h a r d s o n 认为“营养盐来源的增加导致某一给 定水体营养状况改变的过程”【2 0 】。值得注意的是，上述定义意味着纯粹的营养盐 富集也可以视为富营养化，即使这一过程并没有导致有机物的增加。 n i x o n 提出了一个更为概括性的定义一富营养化是指某一生态系统中有机物 供给速率的增大【2 l 】。这个定义没有强调人类活动对营养盐输入的影响。但相比 j o r g e l l s e n 和砒c l 掰d s o n 的定义则更进一步。 s o m m e r 研究了水体的富营养化成因后，将营养状态和人为影响加入了定义中 一富营养化是指人为影响导致水体营养状态的提蒯2 2 1 。 v o l l e n w e i d e r 等学者提出了一个普遍适用于淡水和海水系统的定义：“富营养 6 浙江工韭大学工程硕士论文从西颟咔绿素a 的变纯浅祈西湖综合保护工程效益 化水体中植物营养盐的增加( 主要是氮和磷) ，刺激水体初级生产力的提高，并 在情况严重时弓| 起看得见的藻华、藻涑及底栖藻类的加速生长，以及水下和漂浮 的大型植物大量繁殖的过程 鳓。在前面提到的几个定义中，营养盐的富集过程 并末与其引起的不良效应相联系。但在v 0 1 i c n 、i d e r 等的定义中则暗含了某些负面 效应，如藻类的大量繁蘧。说臻学者已经注意到“富营养纯 与藻类的直接关系 了。 欧盟之“奥斯陆一巴黎抗击富营养化战略( o s p i a rs e g yt 0c o m b a t & 匦。砖i c 兹。球1 9 9 8 ) 给出了“富营养化 一个较为全陋、完整的定义：“富营养化 是指水体中营养盐的过度累积导致藻类和高等植物的加速生长，造成对水体中生 物平衡的不良干扰和水质破坏，因而归因子人为的营养盐累积导致的不良后果。 这一定义中不仅包括7 水体营养状态的提高过程，也包含了营养盐过富的不良效 果，同时也强调了“人为营养盐过富 的持久性。自然因素导致的富营养化，或 者对海洋环境有期望效果的人为营养盐过富( 如：保持食物链稳定从而获得更离的 经济渔获量) 则不在考虑之列。这个定义扶基前看来，比以上的定义概括的更全面、 更准确。 美国“因家河口富营养化评价 项目删e e a ，n a t i o n a le 锄l 厕n ee 曲o p m c a t i o n a s s e s 锄喊1 9 9 9 ) 专家组提出了一个受为详细的定义：“富营养化是搔水体中有机 物、特别是藻类的加速生产。它通常是由排入水体的营养盐通量的增加造成的。 藻类加速生产的结果可产生一系列的效果，包括有害和有毒藻华、溶解氧耗尽和 承下植被丧失。这些效采是互耀关联的，并通常被认为对水质和生态系统穗康具 有负面影响”。后来，专家们经过研究发现，该定义还有不够完善之处，如未强 调人类活动带来的影响、未包括未来营养盐压力和管理目标等。因此，在2 0 0 4 年， 项霹专家组又对“富营养纯挣的定义进行了进一步地完善：“富嚣葬纯是由于营养 盐输入的增加而使水体的生产力( 根据有机物来衡量) 增加的一个自然过程。营养 盐的输入是一个自然过程，但近几十年来各种人类活动大大增加了营养盐的输入。 文甓富营养诧( e 落键ee 曲! o 盐i e 蕊或营养盐过富鼬越e 躐o v 昏e 赶e 魏撒e 螂是 指由于与人类活动有关的排入水体的蒋养盐量的增加和组成的改变而导致水体中 有机物( 尤其是藻类) 的加速累积。其可产生一系列的后果，包括有害和有毒藻华、 溶解氧耗尽和水下植被及底栖动物损夹。这些效果是互相关联的，并通常被认为 对水质、生态系统健康和人类利用具有负面影响。环境管理应关注的是人为增加 7 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 的那部分营养盐对环境是有害的 。本定义不仅强调了人类活动对富营养化的影 响，而且强调了除了营养盐的通量外，营养盐组成的改变也将对富营养化产生影 响。完善后的定义比较全西地指患了富营养他产生的负面效应，并提出了环境管 理需要关注的利害关系和重点。这是迄今为止关于“富营养化 最为全面和恰切 的定义。 我国学者在对水体“富营养佬”+ 的研究相对匡辨起步较晚，偿也取得了一定 的成果。在一些科技文献中，也有一些关于富营养化的定义。比如国家海洋局和 辽宁海洋局出版的海洋大词典中对“富营养化( 作用) ”定义为：“水体由于 营养物质熬过量积累，造成藻类的大量繁殖，导致水质恶化的过程”。同时又强 调“富营养化过程虽然是一个自然过程，但人类的活动能够大大加速这一过程， 这种情况称为人为富营养化封弘2 6 】这个定义不仅强调了人类活动的影响，还 提到了其影响直接或间接姥导致水质恶化等菜些负夏效应，这个定义也被我国汪 河、湖泊学者所认可。 目前，国内外湖泊和沼泽学家对“富营养化”的成因比较普遍统一的认为是： 蠢子水体中的营养盐 ( 2 0 0 2 年版 。 ( i ) 水样的采集与保存 在西湖水质各采样点采集5 0 0 蝴西湖水样，水样采集后立即放在荫凉处，避 免嚣光直射。 ( 2 ) 仪器设备 分光光度计；t u 1 8 l o 紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任 公司 真空泵：a p 1 真空泵，天津奥特赛恩斯仪器有限公司 离心机：t d l 8 0 - 2 b 台式离心机，上海安亭科学仪器厂 乙酸纤维滤膜；孔径0 4 5 腿l ，泰绷l i p o 码u s a 抽滤器：海洋二所 组织研磨器及细胞破碎器：华东仪器厂 碳酸镁粉末：上海国药，分析纯 9 0 丙酮：上海垦药，分析纯 ( 3 ) 试验方法和程序 以过滤浓缩水样，在抽滤器上装好乙酸纤维滤膜。倒入2 5 0 5 0 0 越体积的 水样进行抽滤，抽滤时负压约戈5 敞p a 。水样抽宪屠，继续抽l 之分钟，以减少滤 膜上的水分。然后置于低温冰箱( 2 0 ) 保存。 加入9 0 丙酮溶液后充分研磨，攀取叶绿素a 。用离心机以3 5 0 0 蛐的 速度离心王0 分钟，将上清液倒入1 0 斌容量瓶中。 将上清液在分光光度计上，采用1 光程的石英比色皿，分别读取在7 5 0 n m ， 6 6 3 脚，6 4 5 n m ，6 3 0 n m 处的吸光度，并以9 0 的丙酮作空白吸光度测定，对样品 吸光度进行校正。 ( 4 ) 计算方法 叶绿素a ( c m a ) 的含量按如下公式计算： 僦口= 坐塑d 址鲨弩宁坐业亟丝巡 浙江工业大学工程硕士论文 从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 式中：卜水样体积( l ) d 一吸光度 乃一提取液定容后的体积 卜比色皿光程 3 1 3 水温采用温度测验仪器现场测定。 西湖水温的测定：使用y s l 5 2 型溶氧仪器现场测定。 3 1 4 总氮、总磷的测定 按国家规定的标准检验方法( g b 7 4 7 9 ) ，在实验室予以测定。 西湖水质总氮的测定：碱性过硫酸钾消解一紫外分光光度法( g b t1 1 8 9 4 1 9 8 9 ) 西湖水质总磷的测定：钼酸铵分光光度法( g b t1 1 8 9 3 一1 9 8 9 ) 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 第四章实验结果与讨论 4 1 西湖叶绿素a 监测数据分析 4 1 1 西湖叶绿素a 含量年度的变化 水体中叶绿素a 含量的高低与该水体中藻类的种类、数量等密切相关，也与 水环境质量有关，一般能反映出水体的富营养状况【4 2 m 】。因为富营养化水体的显 著特点就是叶绿素a 浓度显著上升，其含量的高低，反映了水体富营养化的程度。 为了分析西湖综合保护工程前后西湖水质的变化，将1 9 9 8 年( 综合保护工程之前) 叶绿素a 的含量作为背景参考值。并对西湖各个湖区叶绿素a 的含量进行了跟踪监 测，从叶绿素a 含量的年度变化来分析综合保护工程对西湖的影响。 1 2 0 o 1 0 0 o 8 0 0 j 瓷6 0 o i 4 0 0 2 0 0 o o 1 9 9 8 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年 图4 1 近年来各湖区的叶绿素a 变化 f i l 弘他4 1c h l av a r i a t i o no f w e s t l a l 【ea 他a s 从图4 1 可见，从1 9 9 9 年西湖综合保护工程开始后，西湖主要湖区的叶绿素 a 都呈显著下降趋势。这是由于西湖疏浚工程之前，西湖底泥的沉积物中的营养物 质含量非常高，有机质含量为2 4 。9 5 6 8 。7 ，总氮含量为0 。9 3 3 一1 2 6 4 ，总磷 含量为0 3 7 5 o 4 1 6 【7 6 】。为了更加清楚的阐述工程前后西湖水质的对比，本文将 2 7 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 1 9 9 8 年至2 0 0 7 年叶绿素a 含量的变化分三个阶段予以描述： ( 1 ) 从图4 1 分析，1 9 9 8 年西湖综合保护工程实施之前。小南湖、西里湖、 外湖和北里湖的叶绿素a 的含量分别是4 5 5 g l 、9 3 5 “g l 、9 4 p g l 、1 0 8 “g l 。 因钱塘江水体叶绿素a 的含量较低，而小南湖又靠近钱塘江引水的出水口，是西 湖主要的引流场，使得该湖区水体流动性较强，流速较大，加上湖区面积较小， 叶绿素a 的含量在西湖里处于较低水平；西里湖尽管有西湖三大支流水系的水源 补充，但由于支流水系受到当地单位和住户的污染，水体营养物浓度较高，叶绿 素a 的含量处于西湖较高的水平；外湖由于边界线较复杂，面积和水体库容量都 比较大，加上该湖区又是西湖主要的游览区，每天几百只大大小小的游船在湖面 上活动，并且外湖平均水深也仅1 7 0 米左右，船只的活动加剧了底泥的扰动，使 得底泥中的有机营养物质重新溶解到水中，给浮游植物的生长、繁殖提供了有利 条件。因此，叶绿素a 的含量也比较高；北里湖由于出水口较小，距离引水口较 远，又被白堤所隔离，连通性较差。并且不是主要的引流场，流速较为缓慢。因 此，叶绿素a 的含量在西湖里处于最高的水平。 因此，可以看出：在西湖综合保护工程之前，西湖各湖区叶绿素a 的含量参 差不齐，除小南湖以外，其他湖区都处于含量较高的状态中。含量的高低为：小 南湖 西里湖 外湖 北里湖。 ( 2 ) 1 9 9 9 年至2 0 0 3 年西湖综合保护工程实施期间。在此期间，先后实施了 西湖疏浚工程、湖西综合保护工程和西湖引配水改建工程。从图4 1 分析可见，各 湖区叶绿素a 含量都呈下降趋势。小南湖叶绿素a 的含量下降幅度最为明显：2 0 0 1 年与2 0 0 3 年叶绿素a 的含量分别为1 2 p g l 、9 6 p g l ，比1 9 9 8 年分别下降了7 3 6 、 7 8 9 。其含量较低的原因是：由于小南湖引入的钱塘江水水质良好，并且又是西 湖主要的引流场，水体流动性较强，流速较大，叶绿素a 的含量在西湖里处于较 低水平，且波动平缓；西里湖叶绿素a 的含量的下降幅度也较为明显：2 0 0 1 年与 2 0 0 3 年叶绿素a 的含量分别为6 7 2 p g l 、4 0 8 p g l ，比1 9 9 8 年分别下降了2 8 1 、 5 6 1 。表明综合保护工程降低了西里湖叶绿素a 的含量，对改善该湖区水质的作 用还是比较明显的。外湖叶绿素a 的含量也呈逐年下降趋势，其中2 0 0 1 年与2 0 0 3 年叶绿素a 的含量分别为7 6 8 “g l 、5 4 p g l ，比1 9 9 8 年分别降低了1 7 9 、4 2 2 。 北里湖叶绿素a 含量也呈现了下降趋势，2 0 0 1 年与2 0 0 3 年叶绿素a 的含量分别为 6 4 8 “g l 、6 0 “g l ，比1 9 9 8 年分别下降了4 0 、4 4 4 。 2 r 浙江工业火学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析曲湖综合保护工程效益 从以上数据分析得出：西湖各湖区在综合保护工程期间，叶绿素a 的含量较 工程前均有较大幅度的下降，表明了西湖蔬浚工程、潮露综合保护工程和零| 配东 改建工程对改善西湖水质的作用是比较直接和明显的。 ( 3 ) 2 0 0 3 年1 0 月后，西湖综合保护工程施工完毕。玉皇山、赤山埠沉淀池 和钱塘江泵站经调试完毕后，正式淘西湖引入经沉淀池预处理过的钱塘涯水。其 中，玉皇山沉淀池引入钱塘汲水3 0 万立方米日，经预处理后流至小南湖，赤山埠 沉淀池引入钱塘江水1 0 万立方米日，经预处理盾流至湖西四个新湖区。为了改善 水质，在综合保护工程期间，在潮谣生态湿地区域种植了永生植物近6 6 种，共计 l o o 多万株网。同时势了使整个西湖水体的流场分布更加合理，西湖的出水豳也由 原来的三个增加到九个。因此，西湖湖水受钱塘江预处理水的稀释作用影响较大， 备湖区时绿素a 含量的水平也比较稳定，波动较小。其中，以2 0 0 7 年、2 0 0 3 年与 1 9 9 8 年嚣潮时绿素a 禽量的数据为例，2 0 0 7 年外湖叶绿素a 约含量为5 3 8 弘g 几， 与2 0 0 3 年基本持平，比1 9 9 8 年下降了4 2 ，8 ；北里湖叶绿素a 的含量为5 8 4 “班， 比2 0 0 3 年下降了4 ，比1 9 9 8 年降低了4 6 。2 ；西里湖叶绿素a 的含量为1 4 4p 班， 眈2 0 0 3 年下降了6 4 7 ，比1 9 9 8 年降低了8 4 。6 ；小南潮叶绿素a 的含量仅为 5 8 “g l ，比1 9 9 8 年降低了8 7 3 。 从2 0 0 3 年至2 0 0 7 年的数据分析可见：西湖综合保护工程后，西湖各潮区的 时绿素鑫的含量除嚣里湖还袭现塞下降趋势之外，其余湖区的时绿素a 含量都保持 在一个比较平稳的状态中，波动较为平缓。说明西湖综合保护工程对改善西湖水 质的作用是持续、稳定的。 ( 4 ) 综合保护王程后，扶西湖各湖区透鳃度和藻类的变化了可以反映出嚣 湖的水质得到了较大地改善。 2 0 0 7 年外湖透明度平均值为6 6 2c m ，比l9 9 8 年提高了2 3 c m ；西里湖透明度 平均值为1 3 0 4 c 懿，毙至9 粥年提高了近8 4 5 强；小南湖透明度近几年全年透骥度 平均值均在2 0 0 c m 以上。 湖泊科学2 0 0 8 年2 0 卷第3 期中，吴芝瑛等人在“杭州西湖底泥疏浚工程 的生态效应，一文孛也指出：西湖底泥疏浚工程愚，舀湖水质的其拖营养物指标也 有所下降。如表4 1 所示【7 6 1 。 综合保护工程后西湖的浮游植物群落和结构也稍有变化，总体上仍属蓝藻( 丝 状蓝藻) 型，蓝藻数量占群落总数量的5 0 戬上。近几年来，硅藻丰度逐步上舟， 浙江工业大学工程硕士论史从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 并超过了绿藻，成为西湖浮游植物的第二大类群，同时，隐藻的数量也有所增加。 蓝藻丰度的降低预示着富营养化程度的改善，也表明西湖水质向好的方向转变【7 6 1 。 表4 - l 疏浚前后西湖主要水质指标的变化( m g l ) t a b l e4 1v a r i a t i o no fw a t e rq 岫l 时i n d 娌i nw e s tl a k eb e f o 弛a n da f t e rd d g i 唱 综上所述，近1 0 年来，经过西湖综合保护工程后，西湖各湖区叶绿素a 的含 量总体呈下降趋势，浮游植物现存量明显减少，蓝藻丰度的降低和硅藻丰度的上 升表明了西湖水质较治理前已经有了较大地改善。其中小南湖和西里湖叶绿素a 的含量下降幅度最大，外湖和北里湖也有较大的降幅。同时各湖区的透明度也有 了大幅的升高。 4 1 2 西湖叶绿紊a 含量月度的变化 藻类的生长与水体环境密切相关，并且受到光照、水温等因素的制约。据有 关资料显示，水温的升高，可以促进藻类的生长繁殖，尤其在2 0 3 5 范围内， 生物量除随水温升高有较大增加，且藻类多样性指数有所下降，优势种突出。 不少学者研究西湖叶绿素后，也发现水温与叶绿素a 含量的变化密切相关。浙 江大学学报( 理学版) 2 0 0 1 年2 8 卷第4 期中，周宏在“杭州西湖水体中叶绿素冶量 与水质的关系”一文中研究发现，西湖的各个湖区叶绿素a 含量有明显的季节变化。 对1 9 9 5 年西湖叶绿素a 含量的研究中发现，各个湖区在全年中基本都有两个高峰 期，一般在4 、5 月份和8 月份口4 1 。中国环境监测2 0 0 2 年1 8 卷第3 期中，钱天鸣 等人在“杭州西湖水体生态环境参数的相互关系”一文中指出：西湖叶绿素a 含量和 藻类个体数量存在明显的季节变化，夏季8 月份气温最高，叶绿素a 含量出现高峰 值，冬季2 、3 月份气温低，叶绿素a 含量就最低，最高值与最低值相差近2 倍，差 异较为明显f 5 9 1 。湖泊科学2 0 0 1 年1 3 卷第2 期中，吴洁等人在“西湖叶绿素周年 动态变化及藻类增长潜力试验”一文中，在讨论西湖叶绿素a 周年动态变化时也得出 相同的结论一叶绿素a 含量在盛夏和初秋为高峰期，冬季为低谷，叶绿素a 含量的 变化与水温变化呈显著正相关m 。生物数学学报2 0 0 5 年第2 0 卷第1 期中，裴洪 平等人在“引水后杭州西湖主要水质参数的因子分析”一文中指出：影响西湖水质的 3 0 浙江工业大学工程硕士论文 从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 第一公因子是温度因子，其累计贡献率为3 5 5 嗍。因此，探讨西湖叶绿素a 的月 度变化对研究西湖综合保护工程的效益也是很重要的。 4 0 0 3 0 0 斑o 1 0 o 0 o 1 月3 月5 月7 月9 月1 1 月 图4 21 9 9 8 2 0 0 7 年西湖水温变化 f i g u 他4 2 r e m p e 阳t i l 弛v a r i a t i o no f w 器tl a k ei n1 9 9 8 ，2 0 0 7 从1 9 9 8 年至2 0 0 7 年的实验数据分析，西湖叶绿素a 含量与水温密切相关。 以2 0 0 7 年监测数据为例，2 0 0 7 年是西湖水体的内外环境因素变化最为复杂的一年。 2 0 0 7 年夏季遭遇了5 0 年一遇的高温干旱，西湖的水温也大幅上升，年平均水温达 到1 9 7 ，比1 9 9 8 年升高了o 9 。但根据全年水质监测数据分析，该年夏天的 持续高温并没有给西湖水质造成明显的影响，从另一方面也可以表明治理工程对 西湖水质的改善起着重要作用，并且大大增强了西湖抵御复杂气候环境带来影响 的风险能力。 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 一 望 - _ 】 b o i 2 0 0 1 6 0 1 2 0 8 0 4 0 o 1 月份 3 月份5 月份7 月份9 月份1 1 月份 图4 - 31 9 9 8 ，2 0 0 7 年少年富叶绿素变化 f i 驴心4 3c h l av a r i a 伽no fc h n d 阳n sp a l a i n1 9 粥2 0 0 7 2 0 0 1 6 0 1 2 0 8 0 4 0 o 1 月份3 月份5 月份7 月份9 月份1 1 月份 图4 - 41 9 9 8 ，2 0 0 7 年外湖叶绿素变化 f i g l i 他4 4c h l av a r i a t i o no fm a i nl a k ei n1 9 9 8 & 2 0 0 7 3 2 浙江工业大学工程硕士论文从西湖叶绿素a 的变化浅析西湖综合保护工程效益 2 0 0 1 6 0 1 月份3 月份5 月份7 月份9 月份1 1 月份 图4 51 9 9 8 尼0 0 7 年西里湖叶绿素变化 f i g u 他4 5c h l av a r i a t i o no fx i l il a k ei n1 9 9 8 & 2 0 0 7 图4 2 。图4 5 结果显示，西湖叶绿素a 的月度变化趋势也与水温的变化趋势基 本吻合。3 月份，水温开始上升后，藻类的生长、繁殖也随之开始旺盛。在5 月份 水温继续逐步上升后，水温达到了藻类比较适宜生长繁殖的温度，叶绿素a 含量 也逐步升高。在5 月份至1 0 月份，水温平均值都超过了2 0 ，温度非常适宜藻类 的生长繁殖，叶绿素a 含量也随水温继续同步升高，并在7 月份达到一个峰值。8 月份之后，水温开始逐步下降，叶绿素a 含量也随水温下降而逐月下降。从图4 3 到图4 _ 4 可以看出，7 月份的水温日均值都超过了3 0 ，造成的结果：少年宫7 月份叶绿素a 含量为1 2 4 4 g l ，比6 月份的含量5 7 8 “g l 增加了1 1 5 ，比8 月 份的含量9 3 3 p g l 增加了3 3 3 ；外湖7 月份叶绿素a 含量为1 3 3 3 肛g l ，比6 月 份的含量6 6 7 g l 增加了1 0 0 ，比8 月份的含量9 3 3 “g l 增加了4 2 9 。在1 2 月份至2 月份，水温较低，不适宜藻类的生长、繁殖，全湖各湖区的叶绿素a 的 含量都比较低。 从图禾3 到图4 5 可见，2 0 0 7 年少年宫、外湖