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本研究针对巢湖沉积物从吸附热力学、水动力扰动模拟两个方面研究了湖泊疏浚的内源控制效应,同时基于疏浚一体化和资源化的原则,研究了将疏浚淤泥做为基质主要组分用于巢湖流域内裸露山坡的植生性生态修复。
对背景区域沉积物基本理化特征的研究显示,巢湖西部的采样点以及东部双桥河口采样点营养盐含量相对较高,疏浚过的柘皋河口采样点营养盐含量最低。东巢湖沉积物NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP、NaOH-OrgP之和占TP比例超过了52.7%,沉积物磷释放风险较大,其中HCl-P比例最高(33%)。小柘皋河流域水生植被茂密的区域营养盐有较高释放通量。
对巢湖湖区各采样点不同深度沉积物进行等温吸附研究。在较低上覆水浓度范围内沉积物磷吸附量Q与PO43--p平衡浓度呈显著线性正相关关系,在全浓度范围内则显著地遵循Langmuir吸附等温式。巢湖湖区各采样点EPC0以及Qmax的空间差异很大。表层沉积物EPCo最高值0.072 mg/L出现在巢湖东段双桥河口,最低值0.002 mg/L则出现在东部湖心区。表层沉积物Qmax最高值1507.8 mg/kg出现在东部湖区的柘皋河口处,最低值169.23 mg/kg出现在西部湖心区。西部湖区的三个点位深层沉积物的EPC0均显著低于表层沉积物,对此区域进行沉积物疏浚具有有效的磷酸盐释放控制效应。
应用Y型再悬浮发生装置模拟巢湖的水动力扰动现象并研究疏浚的内源控制效应。TN和TP在水动力扰动期间的增量沿湖区自西向东呈降低趋势,这可能与东部湖区河口采样点进行过疏浚工程有关。对比未疏浚沉积物,巢湖西部三个点位疏浚处理的沉积物对TN增量控制量分别达到了28.16、118.91和95.78mg/cm2,TP增量控制量分别达到了9.17、8.18和7.02 mg/cm2。疏浚处理对于水动力扰动期间水体TN、TP增量具有明显的控制作用。
对以疏浚淤泥为主要组分的复合基质进行了室内盆栽实验、抗冲刷实验、保水能力实验以及磷酸盐吸附特征研究。植物材料、草木灰等能够明显促进植物的生长,降低基质pH、提高基质保水性能;水泥可以提高复合基质的抗冲刷能力,降低基质的磷酸盐释放潜力,但是容易造成基质pH偏高,在5%添加率以上不利于植物生长。经筛选,基于数据淤泥的复合基质最佳配比范围在(体积比):疏浚淤泥60-70%,植物材料10-20%,草木灰5-10%,普通硅酸盐水泥5-10%,有机肥/缓释肥0-10%,保水剂150 g/m3,植物种子700 g/m3。
在小柘皋河上游黄家山不稳定边坡运用研制的疏浚淤泥复合基质进行工程应用。采用螺纹锚杆和镀锌铁丝网加固后借助湿式喷播工艺进行修复,可在短期内形成新的植被覆盖层。同时,本研究设计了径流截留沟、加固墙、集水池等配套设施可有效降低坡面流失。工程实践表明,将疏浚底泥进行基质化利用,不仅减少了坡面修复中对耕作土资源的依赖和修复成本,而且以资源化方式解决了疏浚底泥的处置,具有较高的环境、生态和经济效益。