基于GOCI数据的太湖叶绿素a浓度反演和蓝藻水华遥感监测

太湖蓝藻水华是广为关注的环境问题,迫切需要实现蓝藻水华的动态监测。利用静止轨道海洋水色遥感器(GOCI)遥感数据构建了太湖叶绿素a反演的三波段模型,使用归一化植被覆盖指数(NDVI)进行蓝藻水华监测,并进行了富营养化评价。结果表明:(1)三波段模型优于波段比值模型,可以用于GOCI遥感数据反演太湖叶绿素a浓度。(2)2019年6月3日太湖叶绿素a大致呈湖心和西部浓度低,北部和西南沿岸浓度高的空间分布;从10:15至15:15,叶绿素a浓度先升高后降低。(3)竺山湖和椒山周边水域水华聚集情况较为严重,是当天重度水华的主要发生区域;水华的时间变化规律同叶绿素a浓度变化规律一致。(4)对2019年4月和6月的GOCI遥感数据进行富营养化评价发现,太湖富营养化水平总体呈西部高东部低、北部高南部低、边缘高中间低的趋势;6月较4月富营养化水平明显加剧。     

基于实测光谱的叶绿素a估测模型

为了有效地监测太湖湖区的富营养化程度,建立一种最佳的估测模型。对太湖水体进行了连续监测,获得了从2004年10月20～29日的实测光谱数据和水质数据。通过实测光谱反射率和叶绿素a浓度的相关分析,得到了叶绿素a反演的最佳波段,并通过比值法、反射峰位置法、峰谷距离法、峰高法和一阶微分法建立了基于实测光谱的叶绿素a浓度的估测模型。通过14个检验点,分别对5种模型进行了对比分析,结果发现,通过比值法建立的估测模型总体误差最小,估测精度最高,其695 nm附近反射峰与677 nm反射谷的比值与叶绿素a浓度之间具有良好的相关性,可决系数R²可达0.7433,可以作为整个湖区叶绿素a浓度的最佳估测模型。最后,应用该模型对该季节湖区的营养化程度做出了总体评价。     

鸣翠湖间隙水与上覆水中氮、磷的分布特征研究

为探究湖泊沉积物与水体中氮、磷的迁移规律,收集鸣翠湖5个代表性采样点的间隙水和上覆水,测定TP、TN、氨氮等浓度,分析氮、磷的分布特征。通过相关性分析对间隙水和上覆水中氮、磷的关系作初步探讨,最后对鸣翠湖水体富营养化状况进行评价。结果表明:鸣翠湖间隙水和上覆水中氮、磷浓度梯度明显,具有间隙水向上覆水释放的趋势,其湖泊富营养化污染的内源作用已经非常明显。间隙水中TP、TN、氨氮的平均质量浓度分别为0.15、3.83、2.23mg/L;上覆水中TP、TN、氨氮的平均质量浓度分别为0.07、2.17、0.24mg/L。鸣翠湖水体已呈现出富营养化状态。     

太湖蓝藻水华的遥感监测研究

随着太湖蓝藻水华的日益严重,实现藻类的时空动态监测成为湖泊水质保护亟待解决的问题.利用遥感技术可以快速、直观地获取整个水域水质的时空变化情况,为实现藻类的动态监测提供了有效的途径.在太湖蓝藻水华遥感监测研究结果的基础上,总结分析了现有研究中所使用的遥感数据源、遥感监测方法以及遥感反演的水质参数,讨论了现有研究中存在的问题,并对将来的发展趋势进行了展望.     

西安某人工湖水质时空分布特征及其荧光特性

2013年10月到2014年9月,通过对西安某人工湖水温、DO、SD、pH、TN、TP、COD、叶绿素a等10项水质指标进行监测,评价了水体的营养状态,分析了水质的时空分布特征及其可能污染来源,并对其进行三维荧光光谱分析。结果表明,实验期间,该人工湖在5—7月处于中度富营养化状态,其他月份均处于轻度富营养化状态。在时间上,NO-3-N、NH+4-N和TN在14年2月到5月明显高于其他月份,其中NO-3-N是构成TN的主要存在形态,TP含量变化无明显规律,COD在14年3月到5月含量较高,5—7月是人工湖的藻类暴发期,叶绿素a较其他月份高,在空间上,NO-3-N、NH+4-N和TN各采样点间没有显著差异,TP、COD和叶绿素a波动较大,这可能与采样点附近的局部污染有关。9月份湖内的溶解性有机物主要是腐殖酸类,主要来源是微生物的生命活动和死亡分解,含量沿湖体采样点下降。     

湖泊富营养化模型的研究进展

湖泊的富营养化是全球普遍关注的环境问题之一.湖泊的富营养化模型是防治、修复和治理湖泊富营养化的重要决策工具.按研究的侧重点不同,将湖泊富营养化模型分为简单回归模型、水质模型、生态模型和生态-水动力水质模型,并分别回顾了四类模型的研究进展.最后指出湖泊富营养化模型的发展趋势,强调不确定理论、3S技术、耦合模型是今后湖泊富营养化模型研究的重点,应在此基础上建立通用的模拟、预测、评价和优化模型,为湖泊富营养化管理提供科学依据.     

模糊物元识别模型在巢湖水体富营养化评价中的应用研究

选取TN、TP、Chl-a、COD、BOD5、DO和SD等7项指标,应用模糊物元识别模型对2000~2007年巢湖的12个水质监测点的富营养化等级进行了模糊识别。通过与巢湖同期水质浓度变化及其分布区域进行对比分析,验证了模糊物元识别模型在巢湖水体富营养化评价中的适用性。巢湖富营养化评价结果表明,2000~2007年富营养化呈逐年加重的趋势,据采样点模糊物元计算结果得知西巢湖(1#~6#)的富营养化状况比东巢湖(7#~12#)更严重,西巢湖贴近度最高值为0.9974,接近极富营养状态,而东巢湖的最高值仅为0.5866。从年际变化上看,2000~2007年东巢湖富营养化状况变化不大,营养状态级处在较低的水平,而西巢湖的富营养状况变化则较大,营养状态级则处在较高水平。     

湖泊富营养化模型的研究进展

湖泊的富营养化是全球普遍关注的环境问题之一.湖泊的富营养化模型是防治、修复和治理湖泊富营养化的重要决策工具.按研究的侧重点不同,将湖泊富营养化模型分为简单回归模型、水质模型、生态模型和生态-水动力水质模型,并分别回顾了四类模型的研究进展.最后指出湖泊富营养化模型的发展趋势,强调不确定理论、3S技术、耦合模型是今后湖泊富营养化模型研究的重点,应在此基础上建立通用的模拟、预测、评价和优化模型,为湖泊富营养化管理提供科学依据.     

鄱阳湖水环境现状评价及趋势特征分析

基于鄱阳湖湖区2008—2013年的水质监测数据,对鄱阳湖的水质现状及营养化水平进行评价,采用季节性Kendall检验法对鄱阳湖多年水质进行趋势分析。结果表明,2013年鄱阳湖湖区TP、TN普遍超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅲ类标准,富营养化状况在枯水期为轻度重营养化水平,丰水期为中度营养化水平。14个监测点位的氨氮浓度无明显变化,4个监测点位氨氮呈下降趋势;TP浓度总体呈下降趋势,说明水质状况有所好转,但湖区多数监测点位的TP年平均浓度超过GB 3838—2002中的Ⅲ类标准,未来仍需加强对鄱阳湖TP的控制。     

利用生物制剂处理北京动物园富营养型地表水的初步研究

北京市的地表水水质日益恶化,富营养化表现突出。目前改善水质、抑制藻类生长是解决富营养化水体的关键。试验采用从美国引进的新型生物制剂Eclean应用于北京动物园富营养化水体,试验结果表明,水体中的CODMn、总氮(TN)、总磷(TP)、浊度、叶绿素a、藻类浓度各项指标均有明显下降,水质明显改善,藻类生长基本得到控制。     

基于压力响应关系法的湖泊营养物基准制定

湖泊富营养化与氮、磷及有机物含量过高密切相关,建立数字型营养物基准能够防止富营养化对水体指定用途造成影响.太湖流域是我国华东地区经济腹地,近年来流域内湖泊水质每况愈下,对其基准研究可为湖泊治理提供依据.详细介绍了压力响应关系法制定湖泊营养物基准的步骤,并将此方法运用到太湖流域营养物基准制定研究中.为满足大多数水体指定用途,研究中将该流域湖泊基本功能确定为娱乐、永生生物栖息地及饮用水,以此构建流域概念模型.选择压力变量为总氮(TN)、总磷(TP)和有机物,响应变量为叶绿素a(chl-a).用非参数分析法和线性回归法分别建立压力-响应模型,通过2种方法相互验证得到TN、TP和CODMn基准分别为0.593、0.067和4.092 mg/L.     

长江三角洲PM_(10)质量浓度遥感估算与时空分布特征

卫星遥感反演气溶胶光学厚度(AOT)已被广泛地应用于地面PM10遥感监测。为遥感监测长江三角洲地区PM10,利用2013年的MODIS/Terra AOT产品,考虑研究区36个空气质量监测站点的风速、温度、湿度和边界层高度等气象条件,构建了基于MODIS AOT产品估算PM10的模型。利用17个空气质量监测站点数据对模型进行散点拟合验证,结果表明,模型估算精度较高,春夏秋冬4个季节PM10质量浓度的模型估算值与地面监测值的相关系数R2值分别为0.72、0.76、0.69和0.72。利用模型估算的长时间序列PM10时空分布数据进行时空变化特征分析,结果表明:2000—2013年研究区PM10质量浓度呈增长趋势,月均增长量为0.077μg/m3,最大值出现在2月,为(107.2±22.0)μg/m3,最小值出现在8月,为(40.5±12.0)μg/m3;研究区PM10质量浓度空间分布差异显著,南部低,北部高,高值主要出现在由上海、杭州和南京构成的三角形区域的城市群中,而低值主要出现在南部远离城市的森林区域。结果表明,基于MODIS/Terra AOT产品和地面观测气象数据估算PM10的多元线性回归模型能较好地应用于区域PM10监测。     

底泥营养盐的释磷对富营养化湖泊的影响

富营养化是中国湖泊的重大环境问题。当湖泊的污染外源受到控制以后，由于沉积物（底泥）中营养盐内负荷的存在和释放，湖泊仍然可以发生富营养化。底泥营养盐就成为湖泊富营养化的主导因子，特别是溶解态的磷会逐步释放，成为水体富营养化的主导因子。沉积物中磷的循环在一定程度上决定着富营养化的进程，对水体磷含量有深刻的影响。结合国内外研究动态，对底泥磷形态、磷释放与水体水质的关系作了概述，并对底泥磷释放的研究方向以及控制湖泊富营养化发表了一些见解。     

阳澄湖和滆湖微囊藻毒素分布及其与富营养化因子的关系

2013年6—10月进行了阳澄湖和滆湖的水样采集及分析,对水体中胞内和胞外3种微囊藻毒素(MC-LR,MCRR,MC-YR)和TN、TP、Chl-a等富营养化指标在两湖的分布情况及关系进行了研究。结果表明,阳澄湖的微囊藻毒素及富营养化因子浓度在不同点位的差异小,而滆湖从北部到南部呈下降趋势,两湖相比,滆湖的浓度远远高于阳澄湖;富营养化因子影响微囊藻毒素的浓度分布和变化;相关性分析表明MC-LR、MC-RR和MC-YR与CODMn、TN、TP、PO3-4-P、Chl-a分别呈极显著正相关性(P0.01),MC-LR、MC-YR与NH+4-N呈显著负相关(P0.05);逐步回归性分析显示Chl-a是影响3种微囊藻毒素浓度的关键因子,可以通过Chl-a对水体中MCs的浓度进行预测,为微囊藻水华和微囊藻毒素污染的预警提供重要的科学参考。     

北方典型干旱缺水型河流氮磷时空分布特征与富营养化评价

以北方典型干旱缺水型河流-滏阳河流域邢台段为研究对象,通过为期1年(2013年6月—2014年5月)的水质监测,阐述了流域内氮磷时空变化特征及富营养化水平。结果表明,流域内水体TN的平均质量浓度为28.27 mg·L~(-1)(其中NH_4~+-N占67.94%),TP的平均质量浓度为1.37 mg·L~(-1)(其中SRP占62.01%);流域内氮磷时空分布特征明显:在时间尺度上,水体中氮磷浓度均呈现出旱季(9月—次年5月)高于雨季(6—8月);空间尺度上,氮磷质量浓度分布差异明显且均呈现出市区流域高于市郊流域,沿河流流向逐渐减少的趋势;对数型幂函数普适指数公式对水体富营养化的评价结果显示:无论从时间尺度上还是空间尺度上,所有采样点都处于极富营养状态,其变化趋势与氮磷有明显的一致性,同时富营养化程度与地区污染水平呈现一定的相关性。水资源匮乏以及河流湖库化严重是造成该地区水体富营养化问题突出的主要原因。     

基于小波变换的ARIMA模型在水质预测中的应用研究

近年来,黑龙江黑河流域的水质状况逐年恶化,而溶解氧(DO)是研究水体自净能力和污染程度的一个重要指标。通过收集该地区2010年48周的DO浓度数据,经由小波变换对数据进行高频和低频的分离,再分别建立ARIMA模型,由此预测未来5期的DO浓度值的变化。结果表明,该模型较好地反映了DO浓度值的变化趋势,预测精度更高,同时,反映出DO浓度值随季节的变化规律,以期为该地区的水质分析预测和水体保护工作提供参考。     

城市黑臭水体遥感监测关键技术研究进展

城市黑臭水体泛滥是公众极为关切的城市环境问题,对其进行实时监测更是《水污染防治行动计划》的国家战略需求。遥感技术在生态环境监测领域表现出了不可替代的优势,可实现业务化大面积监测,而目前的研究主要集中在基于物理化学过程的黑臭水体监测技术方面,利用遥感技术监测黑臭水体的研究相对较少。在分析黑臭水体的实测光学性质和影像表观特征的基础上,重点归纳了黑臭水体遥感识别模型构建的研究进展,主要包括光学阈值法、基于典型遥感水质指标的识别法和色度法,并对未来黑臭水体遥感研究趋势进行了展望。     

太湖流域小型水源性湖泊氮、磷时空分布及营养状态评价

2009年11月至2010年10月,对太湖流域小型水源性湖泊20个采样点水体的TN、TP、NO3--N、NH4+-N、NO2--N以及PO43-等水质因子进行测定分析,讨论了氮、磷时空分布特征,并评价其富营养化程度。结果表明,TN、TP年均值分别为1.50、0.05mg/L;TN、TP的季节性变化规律具有一定差异,TN浓度为冬、春季高于夏、秋季,而TP浓度为2009年11月至2010年3月高于其他月份。由于受入湖河流的影响,TN、TP的空间分布格局较为相似,均表现为西南部高于东北部、入湖口分别高于湖中心和出湖口。NO3--N年均值为0.68mg/L,浓度变化趋势呈双峰型(2010年3、9月为峰值),基本同TN的变化趋势一致,空间分布表现为入湖口分别低于湖中心和出湖口(除冬季外),显示水体硝化过程对硝酸盐的贡献。NH4+-N年均值为0.23mg/L,从2010年4月开始浓度逐渐升高,到2010年7月达到全年最高值,其浓度空间分布特征表现为入、出湖口均高于湖中心(除秋季外)。NO2--N和PO43-的年均值都较低,均为0.01mg/L(以P计),时空差异不明显。根据CARLSON提出的营养状态指数法计算分析可知,该湖泊冬、春季处于中营养状态,夏、秋季营养状态略高,且磷是全年初级生产力的限制因子。     

疏浚对巢湖双桥河水环境容量的影响

双桥河是巢湖受污染较为严重的入湖河流之一,其入湖口距巢湖市自来水厂取水口仅500 m,同时也是巢湖市的主要行洪河道,为了改善水质状况并提高河道行洪能力,于2010年3—5月对双桥河进行了疏浚。本文作者于2009年12月—2010年10月对双桥河监测断面及排污口进行了监测,在分析双桥河水质及现有污染源的基础上,选择CODMn、TP、NH3-N和TN作为水质敏感参数,对疏浚前后双桥河的不同河段污染物质的水环境容量进行了模拟计算,并调查了水生植被覆盖度及沉积物氮磷含量的变化。结果表明,疏浚后整个河道水生植被的覆盖度由40%降低到5%左右,各污染物的降解系数都有较大程度的降低,同时疏浚后短期内CODMn和TP的环境容量均有一定程度的降低,而NH3-N和TN的环境容量变化较小。分析认为,这一方面是由于疏浚后河道内水生植物覆盖度的降低导致水体的自净能力降低,另一方面是由于疏浚过程中的扰动引起大量沉积物的再悬浮及污染物的释放。所以在减少外来污染的前提下,对重富营养化水体底泥进行疏浚并开展水生植被恢复工程应是控制富营养化的有效途径。     

再生水补水人工湖水域聚类划分及水质指标时空分布特征

以天津临港生态湿地公园人工湖水质和水文的调查数据为依据,运用相关性分析和聚类分析将研究水体划分为3类水域。研究了不同聚类水域水温、DO、p H、氮磷营养元素以及Chla的时空分布特征。结果显示,DO、硝态氮、TN、TP与流速呈显著正相关,水温、SS与流速呈显著负相关。Chla与水深呈显著正相关,TN、硝态氮与水深呈显著负相关。断面宽度与所有理化指标均没有显著相关性。3种水域在监测期间N/P比(TN/TP)显示湖泊正在从氮营养元素限制型(N/P7)向适宜藻类生长的营养类型过渡。富营养化评价显示,再生水为补水的临港人工湖在监测期间水质已处于中度富营养,主要贡献因子为COD和TP。