三峡库区水库水质Streeter-Phelps模型修正及COD变化规律的新探讨

水体复氧规律的研究对于预测和评价水中溶解氧含量,确定有机污染水体的自净过程具有重要意义.天然水体中溶解氧的多少是评价水环境质量优劣的一项非常重要的指标,是水质预测的一个重要任务.Streeter-Phelps模型是目前进行河流水质研究常用的物理模型,具有良好的理论和实用价值,然而在某些特定水域,该模型的应用受到限制,主要原因是复氧系数的取定多在水流速度较大情况下得到的,而未考虑水面波动对复氧系数的影响,另外,在实际研究过程中发现三峡库区COD变化的规律出现异常:在离排污口相当远的水域,COD随时间变化趋势并不是指数衰减,而是在某个常值附近微小摆动,以往很多修正过的Streeter-Phelps模型都无法解释这个现象.经研究表明:考虑波动效应后,对复氧系数进行修正能得到较好的模型计算结果;同时,COD变化规律不仅可以弄清楚,而且可以为进一步研究排污规律和泥沙运动提供科学依据.     

水利调度修复东湖水质的数值模拟

总结武汉东湖水质污染问题基础上，根据湖泊和港渠联通状况设计了长江-东湖水利调度的调水线路和调水方案。基于一维港渠河道水动力水质模型和二维湖泊水动力水质模型，通过嵌套耦合求解的方式实现耦合，建立了一、二维湖泊河网水动力水质耦合模型，并利用实测数据进行了参数率定和验证。采用数值模拟的方式研究了水利调度影响下东湖水质的改善效果，结果表明：水利调度影响下东湖主要湖区水体CODMn和TN指标得以明显改善，但TP指标改善不大；东湖湾汊众多，个别湖区受到调水线路影响较小，水质改善不明显。因此水利调度可以作为东湖水体修复的重要思路。建立的数学模型也可以为东湖以及其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据     

水电工程干扰下饮用水水源地的水质风险评估

采用数值模拟方式预测和评估水电工程对其影响区内饮用水水源地的水质风险,其目的在于辨析工程对取水水质安全的影响。以汉江上游待建旬阳水电站库区内水源地为例,建立二维水流和水质数学模型,分析了水域水动力学和水质变化特征,选取最不利方案进行水质风险评估,并从水体水动力特征和营养状态判别了富营养化风险程度。研究表明：工程兴建后水源地水域水流变化和取水口临近支流潜在污染源的威胁,水质遭受污染的风险增大,在月河水质超标及特定水库运行条件下许家台取水口水质无法保障。同时,水域富营养化水平相比建库前并没有显著的提高。研究可为水电开发涉及水源地项目的水环境影响分析提供理论依据     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

长江河口近岸水体自然净化作用及其初步评价

按照水体的净化机理，结合长江口和上海滨岸带近岸水体的物理、化学和生物等因素的实际特征，对近岸水体的自然净化作用进行了阐述和分析。并在历史资料和实测资料基础上，就近岸水体的自然净化作用进行了评价。评价结果表明，因长江河口近岸水体存在较强的自然净化作用机制，近岸水体体的自然净化能力较强，环境容量较大，但由于污染物输入量的不断增加，部分岸段近岸水体的环境质量有逐渐下降的趋势；近岸水体的自然净化作用具有明显的季节性变化，长江口南岸水域洪水季节水体的自然净化作用比估水季节强，而杭州湾北岸水域的自然净化作用表现为相反的变化趋势，因此建议在近岸污水排放过程中应考虑近岸水体的净化能力，遵循水体的自然净化作用规律。     

基于MIKE21和灰色模式识别模型的洪湖水质模拟与评价

认识自然和人为因素驱动下湖泊水环境质量的响应和变化规律，有利于更精确地进行湖泊水质模拟和评价。运用二维水质模型和灰色模式识别模型评价了不同污染源削减方案对洪湖水质的影响。基于2012年实测地形、水文、气象、水质和污染源定量输入，建立了洪湖二维水动力和水质耦合模型。模拟结果显示：水位率定和验证的均方根误差分别为0.10和0.08 m，总氮、总磷、铵态氮和高锰酸盐指数的率定误差分别为0.171、0.009、0.110和0.627 mg/L，验证误差分别为0.191、0.020、0.079和0.689 mg/L，水动力模型和水质模型的模拟结果满足精度要求。不同管理措施方案下洪湖水质的恢复效果比较显示，洪湖蓝田和下新河入水口各污染物指标浓度减少50%方案下，水质的恢复效果最好，全湖总氮、总磷、铵态氮和高锰酸盐指数均值减少率分别为37.2%、35.1%、37.3%和21.3%，全湖Ⅴ类水质水域基本不存在，全湖90%的区域水体水质综合等级达到Ⅲ类。影响洪湖水质恶化的驱动因子中，关键因素是径流入湖所携带的四湖流域上游地区的非点源污染物。应大力控制上游地区的非点源污染，积极开展洪湖东北部和西北部的湿地水生植被生态修复工程，恢复水体的截污和自净能力。     

典型湖库富营养化的模糊综合评价研究

随着氮磷等营养盐类的不断排入湖库中，导致了水体的富营养化，使得水体透明度下降，产生异味，对人们的身体健康造成威胁。通过采用合适的水体富营养化评价模型，可以对水体的污染现状进行评价，得出正确的结论，以便采用适当的处理方式及时处理富营养化状况，减少对水环境和人体健康的危害。采用模糊综合评价法，将评价指标进行层次分析，并根据指标的相互关系，确定了各指标的权重，建立了模糊综合评价的数学模型。最终根据建立的评价指标体系、确定的评价标准和实测的湖库（巢湖、洱海和微山湖等）水质资料，得到了我国典型湖库的富营养化评价结论。评价结果与实际状况相吻合，说明该模型适合广泛应用     

长江三峡水库水污染控制若干问题

论述了三峡水库几个重要水环境问题,对近年来三峡水库水污染控制科学研究工作进行回顾,评述了一些重要研究成果,就三峡水库水质模拟、水体富营养化、水库泥沙截留淤积和重金属污染等问题进行了深入探讨。基于国际水协会最新推出的河流水质模型,提出了三峡水库水环境模拟研究的观点和方法;基于湖泊（水库）生态动力学模型原理,在对水体中磷元素预测的基础上,从营养盐含量、水深、流速、温度因素等与富营养化非线性映射关系出发,初步建立三峡水库水体富营养化人工神经网络模型,对三峡水库水体富营养化潜势进行研究,分析讨论了一些初步结果;论述了水库泥沙截留淤积及其与水体中污染物,特别是重金属污染的相互作用;建议三峡水库近期内应予以重视的一些重要水环境科学问题。     

春季香溪河库湾CODMn时空分布及其影响因子初探

于2012年春季在香溪河库湾合理布置断面观测，分析水体高锰酸盐指数(CODMn)的时空分布特征，并对CODMn与水体中叶绿素a、溶解氧(DO)、水体垂向稳定系数、总氮(TN)和溶解性硅酸盐(D Si)进行相关分析，以期为香溪河流域有机污染的治理提供支持和指导。结果表明：春季香溪河库湾CODMn浓度变化范围为1.40～5.36 mg/L，4月CODMn均值明显高于3月和5月，为366 mg/L，整个春季CODMn浓度从下游至上游呈现明显增大的趋势。相关分析发现，春季水华暴发期间，CODMn与叶绿素a显著正相关(分别为072和074)，而在未暴发水华的3月二者的相关性不显著。浮游植物和水体稳定系数是影响CODMn变化的主要因素。倒灌异重流使得高含氮、低CODMn浓度的长江干流水体进入库湾下游并稀释CODMn浓度。CODMn与DO在3月和5月的弱相关关系为香溪河CODMn特殊的分布特征提供了其它合理的解释,其分布特征受多种因素的共同影响。春季库湾上游有机污染趋于恶化，限制支流特别是上游污染物的排放是改善有机污染现状的有效途径     

基于实测数据与遥感影像的鄱阳湖水体光学分类

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,受季风气候影响其水体空间动态变化大,且广阔的水域内部差异也较大,因此湖泊水体光学分类对反演湖泊水质参数及监测湖泊水质有着重要意义。以鄱阳湖为研究区,根据实测的反射光谱数据形态特征将鄱阳湖的水体分为4类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊和清水区,并分别对每一类结果进行分析。考虑到实测光谱数据局限于湖区某些离散点的情况,不足以观测整个鄱阳湖区域内所有不同水体类型的空间分布和动态变化,从而将该方法利用于遥感影像以便观测整个湖区水体类型。在Landsat OLI遥感影像上任意选取采样点,根据其波谱形态建立基于斜率的分类算法,并应用决策树模型把鄱阳湖水体分为5类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊、清水区和特别清澈,影像的分类结果图与实地考察的情况相一致。把模型应用于其他时期的遥感影像进行鄱阳湖水体分类,对比影像的分类结果图表明:2002、2005和2009年鄱阳湖区分别出现3种、4种和4种不同的水体类型,且水体浑浊范围呈现出动态变化。研究表明水体光学类型分类可以更好的监测湖泊水质的时空变异性。     

河流生态用水综合评价

为完善河流生态用水综合评价,从水循环中河流生态用水角度出发,以河流水量收支平衡规律为理论基础,考虑河流本底水质,采用本底水质、排放水质和河流控制目标污染物浓度表达河流生态新污径比,并推导出污水排放允许极限值,深入探讨了河流生态用水的质与量综合评价,改进了二元循环下河流生态用水的水量水质计算方法和河流生态用水的综合评价新标准,进一步完善了河流生态用水质与量综合评价模型。用此模型对黄河2002～2005年为例进行实力分析,结果表明：①在污水一级达标排放和不调水情况下,黄河生态用水水量比例在335%～545%,在Tennant等级中为较好状态,但水质不满足要求,bo>Blim;②在污水深度处理达到95 mg/L（COD）,不调水情况下,黄河生态用水质与量满足生态环境需水要求,综合评价合格;③在污水一级达标排放和南水北调调水40亿m3情况下,黄河生态用水水量比例有较大提高,综合评价合格。这说明,黄河生态用水问题不仅是水量短缺,而且水质问题更加严重。     

三峡水库蓄水对香溪河水环境的影响及对策研究

通过监测论证三峡建库后形成香溪河回水库湾水环境条件改变特征,评价表明水质由轻污染至重污染趋势发展。确定库湾周边的工业、生活污染点源、磷矿面源是构成水污染的主要负荷。指出溶解氧沿河道下游沿程逐渐减小,复氧系数降低,是引起水质恶化,破坏库湾生态平衡的主要因素。磷浓度过高将引起三峡水库局部水域富营养化,预测了总磷浓度沿程变化趋势。针对已发生和潜在的水环境污染问题,提出了加强流域非点源污染的管理、实施总量控制、建立污染源在线监测系统、立项建设污染治理工程、开展河湖水域接触氧化直接净化技术的科研究和实践、制定《三峡库区水污染防治法》地方法规、正确处理资源开发与环境保护协调发展的关系、走可持续发展道路等项防治对策与建议。     

基于神经网络模型的千岛湖清洁水体叶绿素a遥感反演研究

叶绿素a浓度值是水体水质评价的重要指标,研究基于高分一号(GF-1)卫星遥感影像,利用神经网络模型,选用6节点的隐含层设置,构建了千岛湖清洁水体叶绿素a浓度反演模型,对其叶绿素a浓度值时空特征进行分析,并与其他常规反演方法精确度进行比较.研究结果表明,利用神经网络模型对千岛湖清洁水体叶绿素a浓度值进行反演是可行的,且与其他常规方法相比,该模型对于叶绿素a含量低的内陆清洁水体反演有着更高的相关性(R2 = 0.921 8);在空间分布上,千岛湖区域水体叶绿素a浓度整体较低,高叶绿素a浓度区域主要集中易受人类活动干扰的西南及东北区域;年际变化分析表明,千岛湖区域水体叶绿素a浓度稳定,且波动较小,平均叶绿素a浓度值皆维持在1.70～1.75 pg/L之间,清洁水体特征显著.     

基于遥感影像的丹江口水库水域面积动态变化与原因研究

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,水库水域面积的动态变化研究,对保障调水有重要意义。针对丹江口水库水域面积变化较快、短期波动明显,对南水北调中线工程稳定调水有较大影响的问题,采用2000年3月~2015年10月逐月遥感影像,基于归一化差异水体指数(NDWI)提取水体,研究了丹江口水库水域面积的动态变化。结果表明:丹江口水库近16 a来月际平均水域面积均超过400 km2,2~7月份为枯水期,8月份~翌年1月份为丰水期。按季节来看,夏季至秋季水库水域面积呈增大趋势,冬季至次年春季水库水域面积呈减小趋势,同时水库水域在秋季波动最为剧烈,冬季较为平缓。自2014年12月~2015年10月,受大坝加高蓄水影响,水库水域面积均维持在550 km2以上。水库的水位涨落形成的消落区主要集中在丹江水库北部、东部和汉江水库的西部。     

基于多源卫星数据的三峡库区水体悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是评价水体水质及区域生态环境的重要参数之一。利用2020年5月长江三峡库区与长寿湖水体实测悬浮泥沙浓度及同步光谱数据，对照Landsat-8、Sentinel-2、GF-1三类卫星遥感影像数据，分析了不同卫星仿真波段与不同波段组合下离水光谱反射率与水体悬浮物浓度相关关系，筛选得到长江三峡水体悬浮物敏感波段，并尝试率定其有效参数区间。采用线性、指数、多项式等多种数理统计回归方法，分别建立三类卫星对应的反演模型，对比不同卫星可用于三峡库区悬浮泥沙浓度遥感反演监测的最优模型，选出一个最佳模型用于长江三峡库区的水体悬浮泥沙浓度遥感监测。结果表明：(1)三类卫星数据中近红外/绿光的波段组合与悬浮泥沙浓度均具有最显著的相关性，其中Landsat-8的相关系数为0.771 3 (P<0.001),Sentnel-2为0.773 4(P<0.001),GF-1为0.730 0(P<0.001);(2)三类卫星的最佳回归模型均为线性模型，模型R²均超过0.60以上，方程F检验均通过99%置信区间，说明常用的三类卫星均可以有效应用于三峡水体悬浮物的监测。但...     

利用中巴地球资源卫星数据反演武汉市湖泊营养状态指数

以武汉市主要湖泊为例，研究了利用中巴地球资源卫星（CBERS2）数据反演水体营养状态指数（TLI）。研究旨在评估利用中巴地球资源卫星数据来估算内陆水体富营养化程度的可能性。首先利用地面水质监测数据计算武汉市某些湖泊监测点的“真实的”营养状态指数（包括综合营养状态指数和修正的Carlson营养状态指数），同时，在事先经过辐射校正和几何校正的CBERS2图像上，以9×9像元为采样窗口，提取各个对应地点的灰度值均值（从波段1至波段4）；然后，采用多元逐步回归分析，以各波段灰度值均值为自变量，建立营养状态指数经验遥感反演模型；最后，利用模型对整个湖泊水体的营养化状态指数进行反演，并绘制了其空间分布图。 结果显示，营养状态指数的自然对数值与CBERS2图像各波段灰度值之间存在较好相关关系，回归系数平方值(R²)为0.51。利用反演模型反演得到的湖区水质分布与实际情况基本相符。由于CBERS2图像数据可以从我国许多数据分发中心免费获取，这为低成本的水质遥感监测提供了一条途径。     

淀山湖沉积物碳、氮、磷分布特征与评价

淀山湖为黄浦江上游水源保护区，为了控制其富营养化趋势，在淀山湖影响区内实施了一系列外源污染控制措施。近年来，淀山湖水质持续改善，但每年仍有不同程度蓝藻水华暴发。为进一步探讨淀山湖水华暴发的机理，本研究对淀山湖沉积物进行了调查研究，分析了沉积物TOC、TN、TP时空分布特征。结果表明：在空间分布上，受来水与北部围网养殖影响及水体自净作用影响，淀山湖沉积物中营养物西北部高，东部低，进水口附近沉积物营养物浓度显著高于湖心及出水口。在垂直分布上，受航道回淤影响，D1与D4样点营养盐垂直分布规律不显著，其它样点均表现出随水深度增加营养盐显著降低的趋势。与20多a前相比，淀山湖沉积物营养盐存在明显的富集作用，沉积物氮、磷含量大幅上升。以有机指数与TP含量进行评价，淀山湖表层沉积物均属于重污染状态，且北部湖区污染程度较高。预测淀山湖外源污染得到控制以后，沉积物中营养物将对水体水质构成威胁     

基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型

采用环境一号卫星高光谱数据直接监测太湖富营养化状态的方法较多光谱影像监测有着更高的精度优势，对内陆水环境监测具有一定的意义。利用2009年4月地面实测高光谱数据模拟环境一号卫星星上数据，结合确定的太湖富营养化状态遥感评价的水质因子，构建富营养化状态评价模型，并采用实测数据和环境一号卫星高光谱影像数据对模型的精度和适用性进行验证。研究结果表明：（1）选用叶绿素a作为富营养化遥感监测的水质因子监测太湖富营养化状态与综合营养指数法相比，平均相对误差为597%；（2）采用模拟的环境一号卫星高光谱影像数据结合三波段模型与采用地面实测数据评价结果之间的相关系数r=0855，平均相对误差为919%；（3）结合环境一号卫星高光谱影像对2010年5月2日太湖进行富营养化监测评价，结果显示太湖水体整体成中营养状态，存在1129%的监测水域出现轻度富营养化状态     

截污工程完成后武汉东湖自然净化速率探讨

根据几十年来武汉东湖水质监测资料和数据，在东湖截污工程完成后，没有新的污染物进入水体的前提下，对东湖水体通过自然净化恢复到健康状态所需要的时间进行了详细的数学和科学论证。结果表明，在不考虑地泥营养物质的情况下，东湖水体通过工业、农业、生活用水以及收获鱼类和高等植物造成的营养物的输出，只需要3a左右的时间就能恢复。然而如果考虑地泥的影响，几十年沉积在地泥的营养物质持续向水体中释放，然后再通过用水及生物输出，东湖水质需要35a以上才能得到恢复。可见，截污后东湖要相当长的时间内还将处于富营养状态，地泥是造成东湖长期富营养化的关键。解决东湖污染问题的关键是清除地泥，因此得出结论：挖底泥后引入长江水源来加速东湖水体改善的最佳途径。     

汉江下游河段水质生态模型及数值模拟

基于包含浮游动物作用的一维水质生态数学模型，考虑了长江水位的顶托作用，采用有限体积法，建立了汉江水质生态数值模型，用1992年的实测资料进行参数识别，对汉江1995年至1998年的水动力、氨氮、硝氮、凯氏氮、总磷、溶解氧（DO）生化需氧量（BOD），以及浮游植物的迁移转化规律进行了数值模拟，模拟结果与实测资料吻合较好，说明所建的模型符合汉江下游河段的实际情况。数值模拟结果表明：当汉江下游水体机物含量较高，水温6℃以上和光照充足时，汉江下游河段适宜藻类生长，易发生“水华”现象。特别在枯水季节，在流量较小和流速低的情况下，水体中藻类会过快生长。藻类的生长速度因各断面的流速、水深和水面宽的不同而不同。