基于Sentinel-2遥感影像的巢湖蓝藻水华提取方法研究

Sentinel-2卫星兼具了空间分辨率高、重放周期短、谱段丰富三方面特点,为蓝藻水华爆发阶段及时准确的蓝藻水华提取提供了影像基础,但目前在大型湖泊蓝藻水华提取中的应用报道较少。为此,文章以2018—2020年巢湖的Sentinel-2遥感影像为例,开展包括浮游藻类指数(FAI)在内的多指标蓝藻水华提取方法研究,针对FAI阈值难以确定的典型问题,提出了基于回归分析的FAI阈值确定方法。结果表明,(1)与低分辨率卫星MODIS和GF-1影像的蓝藻水华提取结果相比,Sentinel-2提取到了面积小至100 m2的蓝藻水华区域,提取结果差异主要集中在蓝藻水华区域的边缘部分以及面积较小的零星区域,证明了Sentinel-2遥感影像能够更精确地估算蓝藻水华面积。(2)以NDVI的阈值0为基准,通过回归分析确定FAI的阈值为-1.152(决定系数r2达到0.982 3,显著性检验P<0.001),对2019年6—11月无云雾遮挡的Sentinel-2遥感影像,分别采用归一化植被指数(NDVI)与FAI指标提取蓝藻水华面积,结果表明蓝藻水华的分布情况基本一致,且蓝藻水华面积的相对偏差小于5%,证明了FAI阈值确定方法的有效性。(3)选取云雾遮挡但无大规模蓝藻水华爆发的Sentinel-2遥感影像,分别采用NDVI和FAI指标提取蓝藻水华面积,在无云雾遮挡的区域,两个指标的蓝藻水华分布情况一致,而有云雾遮挡的区域,FAI指标的提取面积仅为NDVI的53.89%,证明FAI指标受云雾影响更小。Sentinel-2遥感影像的高空间分辨率使巢湖蓝藻水华提取更为准确,在未来的水质监测领域将彰显更大的价值。     

太湖蓝藻水华暴发程度年度预测

近年来,尽管太湖主要水质指标有所改善,但蓝藻水华暴发的频次和面积并未明显减少.为了探讨太湖蓝藻水华暴发的环境驱动因子,统计了2012—2020年历年4—10月预警期间的太湖蓝藻水华发生规模与频次,结合同步浮标自动监测数据和实验室分析数据,构建了蓝藻水华预测模型.以太湖蓝藻水华综合指数(Ic)表征蓝藻水华强度,并通过Ic...     

太湖出流河道藻颗粒变化及其水质效应

河湖连通是保障城市水体水生态健康的一种常用工程手段,但对于蓝藻水华严重的湖泊,湖泊出流携带的藻团颗粒会对河道水质产生明显的影响.为了分析富营养化湖泊引水对受水河道水质的影响程度,以太湖梅梁湾连通河道梁溪河为例,连续3a开展夏季河道蓝藻颗粒通量及其水质的高频监测,分析河道蓝藻水华颗粒物通量变化规律及其对河道水质的影响强度.结果表明：①梅梁湾藻情的好转及河道入口加压抑藻井运行显著降低了梁溪河的叶绿素a浓度与藻颗粒通量,2019年夏季河道叶绿素a浓度与通量均值分别为54.34 μg·L^-1和84.7 t·d^-1,显著低于2017年;②连通河道调水工程对改善受水水体的水质效果显著,除DTP外,梁溪河其余各形态氮、磷浓度2017~2019年整体呈下降趋势,说明调水工程将湖水外排后,对梁溪河水质有一定改善效果;③携带大量蓝藻水华颗粒物的湖水进入河道后,显著增加了河道颗粒态氮、磷等营养盐含量,2017~2019年梁溪河水体中氮、磷均以PN和PP为主,分别占TN和TP的62.5%和70.8%;④梅梁湾水体大量携带的藻颗粒未对连通的京杭大运河等其他河道产生水质影响,2019年8月京杭大运河水体中叶绿素a相较于6月下降了65%,说明蓝藻颗粒物未在运河中积累;⑤在湖泊藻情未能得到有效改观的前提下,调水携带的藻颗粒态会对连通河道局部河段水质和景观产生冲击.     

环境有效微生物菌剂治理蓝藻水华研究

在北京市延庆县妫水现场围隔水体中,通过投加由芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌和沼泽红假单胞菌组成的环境有效微生物菌剂(EM菌剂)治理蓝藻水华污染的效果进行了研究。实验结果表明:与对照相比,投加EM菌剂不仅可以快速降低蓝藻数量,使蓝藻生物量减少55%以上,而且能够迅速降低水体中的氨氮、亚硝酸氮、总氮和磷酸盐浓度并维持在较低水平波动,从而降低了形成蓝藻水华所需要的氮和磷营养元素,因此控制了蓝藻水华的发展,具有重要的应用价值。     

太湖藻源性"湖泛"形成机制的气象因素分析

将蓝藻水华引发的太湖水域黑臭水团现象称为藻源性"湖泛",并将其形成过程分为藻源形成、厌氧反应产物"泛"起、黑臭水团聚积3个阶段.针对2007年5月和2008年5月2次藻源性"湖泛"形成过程中气象要素演变的共同特征,结合水动力模型研究发现,适宜的气象条件提供了必要的热力与动力环境,是诱发"湖泛"形成的必要因素之一.第1阶...     

太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

高效液相色谱-串联质谱法测定五种微囊藻毒素

近几十年由于水体富营养化程度的日益加剧,涉及范围不断扩大,包括水源水库水在内的淡水水体经常发生蓝藻水华.有害藻类水华的频繁发生已成为国内外普遍关注的环境问题.据2004年资料,已从不同藻株中分离、     

风场对太湖梅梁湾水华及营养盐空间分布的影响

为了解风场对湖泊表层蓝藻水华及营养盐空间分布的影响,以太湖梅梁湾为例,在蓝藻水华期间开展表层粒子漂流实验,研究风场对水体表层物质的推移规律,并开展全水域水体表、中、底层密集布点采样,测定水体藻类叶绿素a、氮、磷、高锰酸盐指数、溶解性有机碳、溶解氧等水质指标,探讨风场驱动下大型浅水湖泊蓝藻水华及营养盐时空分布特征.结果表明,在平均风速1. 9 m·s~(-1)和2. 3 m·s~(-1)的情况下,表层粒子的平均漂移速度分别为3. 0 cm·s~(-1)和5. 0 cm·s~(-1);风场对表层水体蓝藻水华的空间分布具有决定性影响,能够引起蓝藻水华在空间上较高的异质性;蓝藻水华物质的空间变化对水体颗粒态氮、磷、有机质和溶解氧等水质指标产生较大影响,表、中、底层颗粒态氮和磷、高锰酸盐指数与叶绿素a浓度的空间分布一致,而溶解态氮、磷浓度及溶解性有机碳的分布与叶绿素a浓度分布不尽相同;蓝藻水华物质在风场作用下的再分配对水体溶解氧产生复杂的影响,底层溶解氧平均值低于表层与中层,可能对沉积物营养盐释放产生影响;依据高密度布点调查估算,仅表层20 cm,梅梁湾水域的蓝藻干物质赋存量约396 t,远大于蓝藻打捞工程的清除量.研究表明,鉴于水华期间风场作用下对蓝藻水华漂移的巨大影响,在湖泊水质调查采样方法及数据分析时应充分考虑蓝藻水华漂移的影响因素;防控湖泛灾害的蓝藻打捞作业对湖体蓝藻水华赋存量的清除能力有限,只能对岸边带湖泛的预防产生影响.     

基于环境一号卫星数据的太湖叶绿素a浓度反演

环境一号卫星在大型水体水环境监测与评价中具有独特的优势。为探求遥感影像在水体叶绿素a浓度反演中的应用,基于环境一号卫星CCD数据和同步实测叶绿素a浓度值,通过影像辐射定标、大气校正和几何精校正等预处理获取水体反射率,分别将单波段和不同特征波段组合的反射率与实测叶绿素a值进行皮尔逊相关分析,选取R20.8的波段组合进行建模,通过对3种波段组合反演结果对比和精度验证,发现基于CCD数据第4波段与第3波段反射率比值的二次模型具有良好的反演效果,模型预测值与实测值的最小相对误差为0.76%,平均相对误差10.99%,均方根误差为0.007 6 mg/L,明显低于实测叶绿素a浓度的平均值;最后基于该模型实现了太湖叶绿素a浓度反演,并对叶绿素a的时空分布进行了初步分析。     

高外源性藻类输入的城市河道嗅味物质分布特征及影响因素

利用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱联用（HS-SPME-GC/MS）技术测定梁溪河干流及支浜8个点位水体及沉积物中6种嗅味物质浓度（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、2-甲基异茨醇、土臭素、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮）,结合环境因子分析了6种嗅味物质的空间分布特征及其主要影响因素.研究结果表明,梁溪河水体及沉积物中嗅味物质以β-环柠檬醛和2-甲基异茨醇为主,其浓度最高值分别为342.70 ng·L^-1和2664.58 ng·kg^-1.梁溪河水体及沉积物中嗅味物质浓度在干流和支浜中的分布不一致,干流水体高于支浜水体,支浜沉积物高于干流沉积物.影响嗅味物质分布的主要原因可能是蓝藻水华大量输入引起的水体及沉积物营养物质增加及微环境的改变,表现为多种嗅味物质浓度与叶绿素浓度及TOC、TN和N/P呈正相关.由此,本研究为高外源性藻类输入城市河道的治理及异味问题防范提供理论支持.