三峡水库营养状态评价标准研究

采用一维水力学模型和30年的系列水文数据,计算了三峡库区干流及其主要支流在不同来水条件下的月滞留时间和月平均流速,通过统计不同类型滞留时间和流速的发生概率,综合计算了库区的富营养化敏感指数,对三峡库区水体的敏感类型进行了划分,将库区水体分为河流型、过渡型和湖泊型3种.根据三峡水库营养状态调查结果,统计分析了过渡型和湖泊型水体的营养指标分布概率、富营养化阈值及其与叶绿素a的回归关系,确定了库区过渡型和湖泊型2种水体的营养指标分级标准值,提出了三峡水库营养指标指数值的确定方法和权重大小,对三峡水库不同类型敏感区的营养状态进行了综合评价,分析了评价结果与同期监测的浮游植物密度的相互关系,从而对三峡水库的评价标准和评价方法的科学性进行了验证.结果表明,三峡水库富营养化敏感程度从库尾至库首逐渐增加,三峡库区长江在银杏沱以上江段为河流型水体,在银杏沱至坝前江段为过渡型水体,位于丰都县以下的支流的回水区以湖泊型水体为主.分别制定了三峡水库过渡类型区和湖泊类型区的营养状态标准值,依据该标准所开展的营养状态综合评价结果与浮游植物数量具有显著的相关性,其中湖泊类型区的营养化程度高于过渡类型区,与三峡水库的现实状态相符合.     

湖库富营养化敏感分级指数方法研究

对富营养化敏感度进行定量评估,涉及的指标往往不只一个,为此,采用多指标的无量纲化及标准化处理,提出了一种湖库富营养化敏感分级的开放性定量指标--河湖指数(RLI).结果表明,RLI可以评估湖库不同区域水体的动力状态的差别,为湖库不同分区水体富营养化敏感程度的识别提供了新的方法.以三峡水库为实例,阐述了河湖指数(RLI)的构建形式、计算步骤,指标的取舍和使用方法.三峡水库分级结果说明,该方法采用的月尺度指标对三峡水库各支流的分级是有效的.      

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

干流倒灌异重流对香溪河库湾营养盐的补给作用

三峡水库蓄水以来,其支流库湾每年均暴发严重的春季水华.为研究三峡水库支流营养盐受干流的逆向影响,于2010年对三峡水库库首区域最大的支流香溪河库湾水流特点及总氮、总磷的时空动态分布进行了详细监测.研究发现库湾水体表现为分层异向流动,存在明显的倒灌异重流现象,分别以表、中、底3种形式倒灌入香溪河库湾;特定的水流特性为库湾营养物质的运输提供了水动力基础,香溪河河口处由干流倒灌输入总氮、总磷的平均瞬时通量分别为501.92 g.s-1、48.17 g.s-1,在2010年干流倒灌输入香溪河库湾的总氮、总磷污染负荷分别占总量的43.4%、21.5%.结果表明,倒灌输入的总氮、总磷占有很大的比例,同时加强三峡水库支流及干流上游流域污染控制才是有效控制支流水华发生的根本途径.     

湖库富营养化敏感分级概念及指标体系研究

依据水体富营养化的危害程度与地理位置、流动条件等因素有关的概念,在一个较小的尺度上提出了水体富营养化敏感分级的概念,将富营养化的控制级别从河流-湖泊2级扩展到多级,并提出了分级采用的指标体系的一般概念.同时与美国环境保护局的大尺度分区(分级)方法进行了比较分析,发现美国14个生态分区河流与湖库的富营养化基准存在不协调之处,认为以该统计方法分别进行河流与湖库富营养化基准制定,可能产生河流基准的控制指标严于湖泊基准的不合理情况.      

城陵矶综合枢纽工程建设对洞庭湖水动力影响模拟研究

受流域降雨量偏枯以及三峡工程蓄水运行等综合影响,洞庭湖季节性干旱问题近年来日益突出.为缓解洞庭湖旱情,湖南省和湖北省政府提出了建设城陵矶综合枢纽工程.枢纽工程的建设,将改变洞庭湖水动力特征,影响湖区生态环境.该研究基于MIKE 21模型构建了洞庭湖二维水动力模型,模拟预测了枢纽工程建设前后洞庭湖湖体水位、流速等水动力参数变化特征.验证结果显示:水动力模拟结果与实测值吻合较好,模型计算结果有效可靠.模拟结果显示:城陵矶综合枢纽调度运行后,能够有效抬升全湖水位0.78~1.06 m,增加湖泊面积5.96%~10.84%,增加湖容31.18%~39.69%.枢纽工程对缓解洞庭湖秋季旱情、春季旱情作用明显,能够在一定程度上解决洞庭湖枯水期提前、枯水期延长、枯季水位偏低等问题.随着水位的抬升,湖体流速有不同程度的减小,退水期、枯水期平均流速由0.30 m·s-1和0.23 m·s-1降至0.28m·s-1和0.19 m·s-1,分别降低了6.67%、17.39%.城陵矶综合枢纽运行后,水流速度减缓、水体滞留时间延长,将加大湖体富营养化风险.     

人工岛对金梦海湾水体交换的影响

为研究金梦海湾人工岛的不同布局对周围海域水动力及水体交换的影响,基于MIKE软件建立三维和二维潮流模型以及保守物质输运模型,运用欧拉法计算水体滞留时间,从整体和分区二个方面分析人工岛对水体交换的影响机制.结果表明：海螺岛工程起到分流、导流的作用,提升了金梦海湾的水体交换能力,水体交换率提升10.17%;海螺岛和进岛路的联合作用,使金梦海湾形成一个水体交换能力较差的半封闭式水域,水体交换率下降7.73%;在建设人工岛时保留潮汐通道有助于该区域的水体交换,进岛路的去除为汤河口和金梦海湾近岸增加一条潮汐通道,水体交换能力增加17.90%;在弱潮流地区,需考虑余流的作用.金梦海湾区域的余流小,潮流弱,因此保守物质滞留时间长,水体交换缓慢,水体的自净能力低.     

河道型水库基于敏感性分区的营养状态标准与评价方法研究

通过对河道型水库水动力学空间特征及其与富营养化敏感性的关系研究,提出了基于河道型水库敏感分区的营养状态评价标准体系以及评价方法.采用滞留率、缓流率等水动力学概率特征指标计算敏感性风险概率指数,在此基础上将河道型水库划分为河流类型区、过渡类型区和湖泊类型区,对不同类型区分别制定营养状态评价标准.建立了由叶绿素a、总磷、总氮及其透明度组成的营养状态评价指标体系,并对各种评价指标在河道型水库的适用条件进行了分析.提出了制定河道型水库营养状态指标分级标准值的统计学分析、营养化指数与营养状态指标的回归分析、营养状态指标的阈值分析等方法.同时对河道型水库的营养状态综合评价方法进行了研究,提出了河道型水库的营养状态综合指数计算方法以及营养状态划分标准.     

三峡水库支流营养状态评价方法

综合应用国内外湖库营养控制标准的制订方法的基础上,提出了湖泊富营养化评价的综合营养指数校验法,并对三峡库区支流进行了富营养化评价.结果显示,调查期间,30条支流中,19条支流的平均营养状态指数为富营养化水平,11条支流的平均营养状态指数为中营养水平.4～9月各支流的平均综合营养状态指数值均达到富营养化水平,8月份出现最大值(55.43),显示春、夏季节库区支流发生富营养化的风险较高,应为控制库区富营养化发生的敏感时期.与目前国内传统的由"七五"期间调查的26个湖泊总结得出的"湖库富营养化评价方法及分级技术规定"的评价方法相比,综合营养指数校验法的评价结果比较符合三峡水库支流的实际水质状况,适用于三峡水库支流的富营养化评价.     

三峡库区巫山段175m试验性蓄水前后水质时空分布变化

分析了三峡库区长江巫山段2006～2009年枯、平、丰水期和2008年175m试验性蓄水加密监测水质监测数据,结果表明：长江干流水质保持相对稳定,而支流由于回水顶托,各项水文要素均发生了变化,这些水文要素的变化相应地会带来水环境要素的改变。     

南水北调中线不同调水方案下的汉江水华发生概率分析

为评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响，从汉江水华的成因机理分析入手，提出了汉江水华发生概率的计算模型．该模型由河流一维水动力学模型、水体富营养化模型以及随机数生成模型组成，它不仅可以模拟汉江水华的发生机理，而且可以对诱发水华的各种因子进行随机抽样组合，从而求出中线调水不同方案实施后汉江水华的发生概率．计算结果表明，在现状情况下汉江水华的发生概率为9．2％，南水北调中线各调水方案（无引江济汉工程）实施后，汉江水华发生的概率将有一定程度的增加，而如果调水方案与引江济汉工程同时兴建将大大减少汉江水华发生的概率．最后提出建议，汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施，而丹江口水库和引江济汉工程的联合调度将会减小汉江水华发生的概率．     

Effect of nutrient level on phytoplankton community structure in di erent water bodies

Increasing levels of pollution within water bodies can cause eutrophication and an associated rapid growth in and reproduction of phytoplankton. Although most frequently occurring in bodies of water such as lakes and dams, in recent years an increasing number of river systems in China have suffered serious algal blooms. The community structure of phytoplankton may differ, however, dependent on the hydrodynamic conditions and nutrient levels within the water body. The field investigation results obtained fro...     

南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响及对策研究(Ⅱ)——汉江水华发生的概率分析与防治对策

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,根据汉江水华发生的成因和关键因子的分析结果,对汉江水华发生的概率进行了定性分析;应用水动力学模型和富营养化动力学模型以及随机模拟法对汉江水华发生的概率进行了定量计算,并提出了相应的防治对策。结果表明熏南水北调中线工程145×108m3方案实施后将增加汉江水华发生的概率,而引江济汉工程的兴建将极大地减少汉江水华发生的概率。汉江自身的水污染治理是减少水华发生概率的最根本措施。丹江口水库增加枯水期下泄流量和三峡电站减少枯水期下泄流量的联合调度将减小汉江水华发生的概率。     

模糊数学在香溪河库湾富营养化评价中的应用

三峡水库蓄水后,部分支流库湾水体富营养化严重。以香溪河库湾为例,采用模糊数学评价法,通过引入隶属度的概念,对该库湾2010年全年不同断面水质进行富营养化评价,同时与综合营养状态指数评价法比较。结果表明:2种方法结果存在一定差异,但均反映了2010年香溪河库湾处于中营养化至重度富营养化,春夏季富营养化情势较其他季节严重,库湾上游处于中度富营养化,4月上游甚至为重度富营养化,下游处于轻度富营养化;秋冬季库湾营养状态分布较均匀,为中营养和轻度富营养化。该结果与实地观测结果相符。由此可见,模糊数学评价法较好的反映水质级别的模糊性与连续性,以及各因子共同作用下的水质状况,可在三峡水库支流库湾富营养化评价中得到应用。     

氮磷比对湖泊富营养化模型参数敏感性的影响

运用Morris方法研究了蓝藻暴发期不同氮磷比条件下,巢湖富营养化模型中蓝藻、溶解有机碳、营养物和溶解氧的参数敏感性.结果表明：蓝藻的敏感参数随氮磷比不同有显著差异;氮缺乏情况下,蓝藻对氮转化过程相关参数较敏感;磷缺乏情况下则反之.在任何氮磷比条件下,溶解有机碳、营养物和溶解氧等非生物变量都是对直接参与其自身转化过程的参数最为敏感,它们在不同氮磷比情况下的敏感参数差异较小.相比较蓝藻生长过程的参数,基础代谢过程的参数对所有变量的影响都更强.此外,各个参数的敏感性与它们的相互作用强度呈显著正相关,且这种相关性在极端氮或磷缺乏情况下尤为显著.本研究的结果有助于深入理解湖泊富营养化现象、改善富营养化模型模拟效果和精度.     

Effect of nutrient level on phytoplankton community structure in different water bodies

Increasing levels of pollution within water bodies can cause eutrophication and an associated rapid growth in and reproduction of phytoplankton. Although most frequently occurring in bodies of water such as lakes and dams, in recent years an increasing number of river systems in China have suffered serious algal blooms. The community structure of phytoplankton may differ, however, dependent on the hydrodynamic conditions and nutrient levels within the water body. The field investigation results obtained from a stagnant river in Suzhou City and Taihu Lake, China, showed that in water with higher concentrations of nitrogen and phosphorus, Chlorophyta became the predominant species and in water with lower concentrations of nitrogen and phosphorus, Cyanobacteria became the predominant species. Growth experiments with competitive species, Microcystis aeruginosa Kütz and Scenedesmus quadricauda (Turp.), were conducted at three different nutrient levels. The biomass of algae in pure and mixed cultures was measured under conditions of different N/P ratios at oligotrophic, eutrophic and hypertrophic nutrient levels. The results indicated that the most suitable state for the growth and reproduction of M. aeruginosa and S. quadricauda were eutrophic conditions in both pure and mixed cultures. Under competition, however, the lower medium nutrient levels favoured M. aeruginosa, while the higher medium nutrient levels better suited S. quadricauda. Under similar hydrodynamic conditions, the community structure of phytoplankton in the water body was determined by the dominant species in competition for nutrients.     

湖泊水体富营养化评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型

根据湖泊水环境系统的不确定性,建立了基于随机模拟和三角模糊数的湖泊水体富营养化评价耦合模型,采用三角模糊数表征各营养因子监测值,运用随机模拟方法模拟三角模糊数,得到各变量的随机模拟序列,由综合营养状态指数法确定湖泊的营养等级概率水平。以宁夏沙湖为例,运用此耦合模型对水体的富营养化程度进行评价。结果表明:该方法将水体富营养评价中水环境状态的不确定性以确定性方法融入评价模型,直观表征了水体在各营养状态隶属度的复杂性,评价结果更加全面、合理。