春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的特征研究

基于太湖2010年4月29日～5月2日28个采样点上行辐亮度数据和水质参数数据,分析了春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的光谱特征,结果表明:春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数随波长的增加基本呈指数衰减趋势;受水体成分等因素影响,上行辐亮度平均漫衰减系数的空间分布不均,衰减高值区在西南部湖区;吸收、散射作用是造成上行辐亮度衰减的主要因素,总悬浮物浓度对上行辐亮度漫衰减系数的影响显著.     

巢湖水体组分垂向分布特征及其对水下光场的影响

富营养化湖泊不同组分垂向分布及其对水下光场的影响是湖泊水环境遥感领域亟待开展的内容.利用巢湖野外实测数据,分析水体不同组分垂向分布特征,结合Hydrolight辐射传输模型模拟研究水体不同组分垂向分布对漫衰减系数Kd的影响.结果表明,巢湖水体悬浮物以及有色可溶性有机物CDOM垂向分布较为均一,水面未发生藻华现象时叶绿素a垂向分布符合高斯正态分布,漫衰减系数Kd受叶绿素a以及无机悬浮物的显著影响,其垂向变化复杂多样,以往以水体光学性质均一为前提计算得到的Kd仅仅表示其衰减的平均情况,不能精确反映水下光场的垂向变化,因此研究水体组分垂向分布特征及其对漫衰减系数Kd的影响是开展藻类垂向分布异质性对水下光场影响机制研究的前提和基础.     

基于GOCI影像的太湖水体漫衰减系数遥感反演

漫衰减系数是水体光学中的一个重要参数.采用2006~2009年的太湖野外实测数据,分析了太湖水体漫衰减系数光谱特性及其影响因子,在此基础上,结合GOCI传感器数据,分别构建漫衰减系数经验模型和半分析模型,寻找适合GOCI影像的太湖漫衰减系数反演模型,并分析太湖水体漫衰减系数的时空变化特征.结果表明:1太湖水体漫衰减系数主要受非色素颗粒物吸收主导,以GOCI第4、5、7波段构建的多元线性模型反演漫衰减系数,效果最好;2太湖水体漫衰减系数值域主要分布在0~15 m-1,大体可以分为3个等级,低值区:0~4 m-1,中值区:4~8 m-1,高值区:8~15 m-1,部分高值区高于15 m-1;3太湖水体漫衰减系数存在一定时空差异性,从空间上来说,太湖水体漫衰减系数呈现一定的梯度性,从东部到西部逐渐变高;从时间上来说,早上太湖漫衰减系数相对较高,从上午到下午,大体上呈现逐渐降低的趋势.     

太湖水体漫衰减系数特征及其对水生态环境影响分析

利用2006年10～11月太湖全湖不同区域光学属性的测量数据,就太湖水体漫衰减系数(K_d)特征、各影响因子对K_d的贡献率以及K_d对太湖水生态系统的影响进行分析.结果表明,太湖水体的漫衰减系数K_d以571 nm为分界点,在整个可见光波长范围内(400～700 nm)主要呈现2种变化趋势.第1种,在<571 nm波长范围内,K_d随着波长的增加呈现指数形式衰减,第2种,在>571 nm波长范围内,K_d表现为波动形式;在400～700 nm波长范围内,色素颗粒物的吸收系数是漫衰减系数第一贡献者,非色素颗粒物吸收系数和散射系数处于第二贡献者地位,而黄质吸收系数的贡献率相对最小;太湖水体漫衰减系数决定了太湖水生态系统中的光生态因子,K_d形成的“水体窗口”影响了太湖水域不同类型生态系统的形成,并为太湖“水华”的优势藻类铜绿微囊藻的出现提供了水下光场依据.     

长江中下游浅水湖泊水下辐照度漫射衰减特征研究

基于2007年9月底和10月初在湖北武汉东湖、梁子湖、洪湖以及2010年4月在昆山市傀儡湖进行的水下光场测定数据,分析了4个湖泊漫射衰减系数变化特征及其主导因素.在东湖和傀儡湖各站点水体主要光学因子变化不大,梁子湖和洪湖由于具有草型和藻型湖区,所以各因子在不同点位变化较大.通过对透明度和各光衰减因子的回归分析可知,无机颗粒物是影响东湖和傀儡湖透明度的主要因子,而梁子湖和洪湖透明度则受无机和有机颗粒物的共同制约.4个湖泊的光谱漫射衰减系数最低值均出现在580 nm处,在675 nm处各点均具有相应的叶绿素a的特征吸收峰,在叶绿素a浓度较低站点衰减峰相对不明显.东湖平均真光层深度小于湖体平均深度,在目前的光场条件下沉水植物很难生长,而在梁子湖、洪湖和傀儡湖其真光层深度均超过了水深,为沉水植物的生长提供了良好的水下光环境.对PAR衰减与各衰减因子进行回归分析发现,在东湖、傀儡湖主导PAR衰减的是无机颗粒物,梁子湖和洪湖PAR衰减受到无机颗粒物、有机颗粒物和叶绿素a的共同作用.颗粒物特征波长750 nm处的光束衰减系数与PAR漫射衰减系数存在显著正相关,说明颗粒物散射显著贡献水下光辐射漫射衰减.研究结果有助于指导浅水湖泊水下光场条件改善和沉水植物恢复.     

基于QAA算法的巢湖悬浮物浓度反演研究

QAA(quasi-analytical algorithm)算法基于辐射传输原理,估算水体后向散射系数,是目前较为成熟的半分析模型方法.2009年6月对巢湖水体进行野外实测,在获得遥感反射率、吸收衰减系数、悬浮物浓度(cTSM)等数据的基础上,构建了巢湖水体cTSM的近红外双波段反演模型,并将QAA算法计算得到的后向散射概率作为输入,以期提高cTSM的反演精度.结果表明,①对巢湖水体而言,807 nm和834 nm是构建近红外双波段模型的最佳波段,807 nm处的单位散射系数为0.411 m2.g-1,834 nm处的单位散射系数为0.395 m2.g-1;②利用QAA算法计算得到的巢湖水体的后向散射概率为0.029,将该值输入反演模型后,cTSM的反演精度与输入其他经验值相比得到明显提高,反演值与实测值的均方根误差RMSE和平均相对误差绝对值MAPE分别达到12.143 mg.L-1和24.378%;③在cTSM较高的站点(近似高于30 mg.L-1),利用近红外双波段模型反演的悬浮物浓度结果更为稳定和可靠.     

基于多源数据的巢湖蓝藻水华时空分布及驱动因素分析

富营养化和有害藻类水华暴发是全世界淡水湖泊共同面临的生态环境问题之一.巢湖作为典型的内陆淡水湖泊,其富营养化水平和蓝藻水华暴发面积常年居高不下,且在各湖区表现为一定的时空分布差异.为认识和了解不同阶段巢湖蓝藻水华发生和发展基本规律,利用巢湖水上综合观测平台和卫星遥感等多源数据,获得2015~2020年水体中藻密度和水华面积的时空分布信息,并采用基于增强回归树的机器学习算法,定量评估不同阶段各环境因子对蓝藻水华影响的重要程度及相互作用关系.结果表明：①巢湖蓝藻水华表现出较大的季节变化特征,蓝藻细胞在春季开始复苏,主要在巢湖西半湖和沿岸地区形成轻度水华,水体藻密度在夏、秋季达到最大,该季节发生中等程度以上的水华频率较高.②非暴发期间,巢湖藻密度变化受物理和化学因素影响较大,二者对解释藻密度方差变化的贡献率可达80.3%,水体中高浓度溶解氧、弱碱性pH值（7.2~7.6）和适宜水温（3℃）是藻类细胞生长繁殖的有利环境条件,巢湖蓝藻水华首次暴发一般在气温稳定通过7℃初日11 d前后出现.③暴发期内,巢湖蓝藻水华发生主要受藻类生物量和气象条件的综合影响,气温、藻密度、日照时数和风速的累计贡献率为95%,各因子均存在一个有利于蓝藻水华发生的最适区间.多因子交互作用分析结果显示,在水体藻密度大、气温适宜和微风的综合作用下,巢湖蓝藻水华发生概率较高.上述研究成果分析和揭示了不同阶段巢湖蓝藻水华的时空分布特征及其主导影响因子,可为巢湖蓝藻水华防控和预测、预警提供科学依据.     

水体富营养化驱动因子粗糙分析

基于水质污染因子及其污染特性存在不确定性的特点,将粗糙集理论应用于水质污染因子及特性分析,建立污染因子评价粗糙集数学模型.该模型仅依赖于数据本身提供的信息,挖掘污染因子之间不确定的分类关系,计算其对水体污染或水质富营养化的重要性即贡献率大小,科学、快速和客观地揭示水体污染中起主导作用的污染来源,为水体污染控制提供理论依据.应用数学模型分析巢湖12个监测点的水质数据,确定巢湖主要污染因子及其导致湖泊富营养化的贡献率,结果显示TP、COD、TN等是导致巢湖水体富营养化的重要因子,今后应控制巢湖入湖水体的总磷及其有机污染物含量,以改善巢湖水质富营养化状况.     

巢湖水体氮磷营养盐时空分布特征

在不同汛期对巢湖水体进行了网格化样品采集,研究了巢湖水体中氮磷营养盐的含量与时空分布规律,确定了巢湖水体的主要污染因子.结果表明,巢湖入湖河流中TP、TN和NO-3-N指标均超过了Ⅴ类水标准,南淝河和十五里河中TP、TN、NH+4-N和NO-3-N表现出丰水期低于平水期、枯水期的季节性变化特征,在其他河流则呈现出丰水期高于枯水期、平水期的特征;巢湖湖体氮磷营养盐浓度的分布存在时空差异,西部湖区中氮磷营养盐含量远高于东部湖区;TP、TN和NH+4-N表现出在枯水期高于平水期和丰水期的变化特征,而NO-3-N在丰水期的含量较高;巢湖水体的主要污染因子为TN和NH+4-N,这些污染物从西往东质量浓度不断减少.     

基于水下光场结构的巢湖初级生产力评价

根据2009年6月巢湖32个样点的实测数据以及归一化PAR强度数据,探讨巢湖水体的水下光场结构,并计算该水域的真光层深度,在此基础上结合叶绿素a浓度评价其初级生产力.结果表明,巢湖水体水下光强随着深度的增加呈现出指数衰减趋势,水深1 m处光强只有表层光强的0.07%～15.17%;且不同水深处的光场分布总体呈现出西部湖...     

测定分配系数(Kd)方法的讨论

根据静态被动资料讨论了影响分配系数的主要因素,认为准确测定分配系数的关键是要求实验模型对自然体系具备足够的模拟性。文中提出了测定Ｋｓ的动态模拟实验方法。研究表明,在很多情况下该法算的Ｋｄ值接近实际,且该法具有简便,实用等优点。对某些情况,如快速反应,则分配系数可用动态模拟实验的特例－静态模拟实验来测定,同样能得到接近实际的值,且过程更为简单。     

1,2-二氯乙烷自然衰减过程中模拟饱和含水层的氧化还原条件变化

为研究自然条件下饱和含水层中1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)的自然衰减过程及该过程中含水层氧化还原环境的变化特征,利用室内连续水流土柱模拟饱和含水层,研究生物降解作用对1,2-DCA自然衰减的贡献以及饱和含水层环境条件的动态变化规律. 初始ρ(1,2-DCA)为50 mg/L,模拟地下水流速为450 μL/min,模拟试验连续进行30 d,分别监测ρ(1,2-DCA)和水环境指标. 结果表明,1,2-DCA自然衰减的一级速率常数为0.068 9 d-1,其中生物降解作用的贡献率为6.34%. 1,2-DCA自然衰减过程中,NO₃-首先充当生物降解的电子受体,随后Fe3+、SO₄2-依次发生反应,土柱内部不同高度出现了氧化还原分带,分别是硫酸盐还原带、铁盐还原带、硝酸盐还原带.      

溴化十四烷基吡啶增强固定土壤中萘及其机理

用吸附平衡法,研究了溴化十四烷基吡啶(MPB)存在下,萘在4种土壤上的吸附行为及其机理,为表面活性剂在污染土壤修复中的应用提供理论参考.结果表明,当MPB的平衡浓度(X)小于1倍临界胶束浓度(CMC)时,萘的表观分配系数(K_d*)随MPB加入量的增大而急剧增大;当X>1CMC时,增加的MPB对萘主要起胶束增溶作用,K_d*值则随MPB浓度增加而急剧下降,而后趋于缓和,1/K_d*与X呈线性关系;当X约为1CMC时,K_d*在4种土壤上达到最大值(K_d*max),分别为112.5,170.8,406.8,190.5mL/g,与MPB的饱和吸附量(Qo)成正比;K_d*max/K_d比值则分别为20.49,16.86,20.60,5.30,与土壤的foc成反比.     

太湖梅梁湾有色可溶性有机物对光的吸收

探讨了太湖梅梁湾不同湖区有色可溶性有机物(CDOM)对光的吸收、光衰减系数的变化及与DOC浓度的关系、CDOM吸收对光衰减系数的贡献率以及指数函数曲线斜率S值.结果表明,不同类型湖区CDOM吸收系数差异明显,a_d(440)、a_d(320)的变化范围分别为1.22～2.58m^-1,6.24～10.69m^-1;DOC浓度最高值出现在梁溪河口,为12.74mg/L,最低值出现梅梁湾口,为6.87mg/L,大致呈由湾内向湾口逐渐递减的趋势;DOC与CDOM吸收系数在波长320nm以下存在显著性相关,波长320～700nm CDOM吸收对光衰减系数的贡献率在0.69%～60.9%间变化,400nm以下紫外短光部分贡献率均大于20%,空间上短波部分贡献率在河口区、五里湖比梅梁湾内及沿岸带要大;CDOM吸收的指数函数曲线斜率S在13.9～18.1m^-1间.     

溴化十四烷基吡啶对膨润土吸附萘的增强效应及机理

研究了溴化十四烷基吡啶(MPB)对膨润土吸附萘的增强效应、机理及影响因素,试图为有机膨润土在污染环境修复中的应用提供新的技术路线.结果表明,MPB能显著增强膨润土对萘的吸附作用,增强效应及机理与MPB浓度有关.当MPB平衡浓度(X)在0～1/10CMC之间,MPB几乎全部被膨润土吸附,对萘产生分配作用,其表观分配系数(K_d^*)随MPB加入量的增大而急剧增大;当X在1/10CMC～ICMC之间,由于表面活性剂的吸附作用及其单体的增溶作用,K_d^*值则缓慢减小;当X大于1CMC,由于增加的表面活性剂主要起胶束增溶作用,K_d^*值则急剧减小.引入了标化表观分配系数(K_oc^*)探讨萘在表面活性剂-膨润土-水体系中的吸附机理,其倒数(1/K_oc^*)与X呈线性关系;由线性斜率和截距可求得K_oc、K_mn、K_mc参数.     

芘在土壤中的长期吸附和解吸行为

研究了芘在6种不同性质土壤中长期吸附解吸及不可逆吸附行为.实验结果表明:长期实验中芘在土壤中的吸附和解吸都存在快过程和慢过程2个阶段.不同吸附平衡时间下,有机质含量高于1%时,不同土壤的吸附平衡常数随有机质含量的增加而增加;有机质含量低于1%时,黏粒含量对土壤的吸附能力有着重要影响;平衡时间由2d增加到180d后,6种土壤的Kd值增加了35.1%～557.9%,其中土壤有机质对Kd值有不同程度的影响,而黏粒对Ka值影响最大,平衡时间对部分土壤Kd值影响不容忽视.长期解吸过程中,6种土壤慢解吸部分占总解吸量的12.05%～41.00%,有机质含量越高,慢解吸对解吸过程的贡献越大.不考虑老化的影响,有机质含量对不可逆吸附容量的贡献明显高于黏粒的贡献,与有机质对慢解吸过程的影响有一致性.     

博斯腾湖夏季水下光场特征分析及影响因素探讨

2011年8月,在新疆博斯腾湖17个站点进行水样采集,同步对11个站点进行水下光场原位测定.结果发现,博斯腾湖夏季总颗粒物吸收系数光谱表现出明显的浮游植物吸收特征,而浮游植物光谱曲线有明显的硅藻吸收光谱特征.在光合有效辐射波段,有色可溶性有机物（CDOM）吸收系数与浮游植物吸收系数对总吸收的贡献相当,而非色素颗粒物对总吸收的贡献最低.水下光谱衰减系数的最小值出现在580nm左右的绿光波段,PAR漫射衰减系数平均值为0.53m-1,平均真光层深度约为9.69m,大于湖水平均深度.在博斯腾湖虽然纯水和CDOM在总吸收中占有很重要的部分,但主导漫射衰减的因子仍为颗粒物.通过本文研究,以期能为干旱地区湖泊环境保护和水质遥感监测提供数据和理论基础.     

pH值和离子对诺氟沙星在胡敏酸上吸附特征的影响

根据OECD Guideline 106批平衡实验,研究了pH值、Ca2+浓度和离子类型对诺氟沙星在胡敏酸上吸附特征的影响.结果表明,吸附系数(Kd)随着pH值的增大有先增加后减小的趋势,在pH 4.0和pH 6.0时吸附系数较大.红外光谱表明,pH 3.0有利于诺氟沙星和胡敏酸形成氢键; pH6.0和7.0时胡敏酸的羧基可能与诺氟沙星的氨基形成了肽键.诺氟沙星在胡敏酸上的吸附量和Kd值随着溶液中Ca2+离子浓度的增加而逐渐减小,表明两者之间存在阳离子吸附和竞争吸附.不同类型的阳离子和阴离子的加入都能导致诺氟沙星在胡敏酸的吸附特性存在差异.阳离子的影响趋势主要为价态的影响,即价态越高,在胡敏酸表面吸附位点的吸附能力就越强,对诺氟沙星吸附阻碍作用越显著,表现在诺氟沙星的最大吸附量(Qm)为:M+ (Na+、K+、NH4+) >M2+ (Mg2+、Ca2+、Zn2+);其次受阳离子的离子半径和水解作用的影响.而只有能水解的阴离子才能对诺氟沙星在胡敏酸上的吸附产生明显的阻碍作用.     

腐殖酸极性与有机农药吸附行为的关系

用不同的方法对腐殖酸(HA)进行了结构改性处理,并用元素分析仪、红外光谱仪和电位滴定仪对改性前后的HA进行了表征;通过振荡平衡法,研究了HA改性前后对有机农药甲基对硫磷、西维因、克百威的吸附行为.结果表明,水解处理使得HA的碳水化合物结构减少,肟化处理使得HA的C=N结构增加,氧化处理使HA的芳香环发生开环反应、-COOH基团增加,肟化和氧化处理均使得HA极性增强;有机农药甲基对硫磷、西维因、克百威通过分配作用吸附于HA,分配系数Kd与HA有的机碳含量成正比,HA的极性越强,吸附量越小.