基于EOS/MODIS资料的太湖藻类动态模拟

建立了太湖藻类生长的动态模型,并将其与水动力模型和水质模型相耦合,利用2001年7～8月太湖的实测资料对模型进行了率定。借助该模型,对2004年8月太湖水体中TN、TP的变化以及藻类生长过程进行了模拟。利用中分辨率成像光谱仪EOS/MODIS的数据对太湖叶绿素a浓度进行遥感定量,将遥感监测数据和模型计算结果进行了比较。结果表明:该模型可进行风生湖流、TN、TP的模拟,以叶绿素a浓度描述的藻类浓度的模拟值能较好地拟合遥感监测值,且遥感监测图和模型模拟图所反映的全太湖叶绿素浓度分布基本一致。最后根据遥感和模拟对太湖全区的藻类分布作了具体的分析。     

基于水动力学的中小水库藻类生长模型及蓝藻暴发的模拟

应用PHREEQC软件建立了基于水动力学作用的温岭市太湖水库藻类生长模型。选用2007年度温岭市太湖水库总磷、总氮、水温、叶绿素a的实测值,采用三次样条插值的方法估计出每一天的总磷、总氮、水温、叶绿素a的数值,对模型参数进行了率定和验证。将建立的模型应用于2009年温岭市桐岭水库水华暴发的模拟预测中,结果表明本文所建立的模型进行模拟运算精度较高,可以应用于中小型水库水华暴发的模拟预测方面。     

基于MODIS数据的乌梁素海水体遥感监测

近年来,内蒙古乌梁素海水体富营养化日益严重,致使藻类"黄苔"频繁暴发,对该湖泊的生态系统及湖泊周围地区饮用水安全造成了严重影响。利用遥感技术监测湖泊水体具有时效性强、监测范围广、成本低等优点。本文基于高时间分辨率MODIS数据,对乌梁素海水体进行了遥感监测。利用各个采样点的经纬度提取了各个采样点的反射率,建立了叶绿素浓度的对数反演模型、总氮浓度的多项式反演模型、总磷浓度的多项式反演模型,并将反演出的叶绿素、总氮、总磷值与实测值进行了相关性分析。结果表明,乌梁素海叶绿素、总氮、总磷值的反演值与实测值的相关系数均在0.6以上,说明所建立的反演模型可以较好的反演相应的水质参数。     

生态动力学模型在太湖水质模拟中的应用

考察了西澳大利亚大学水研究中心开发的生态动力学模型CAEDYM与三维水动力模型ELCOM的耦合模型在太湖的应用效果,用该模型模拟了2005年5月~6月太湖的水温、总氮、硝氮、氨氮、总磷、磷酸盐、叶绿素a,通过实测数据进行参数率定。并用2005年8月的实测资料作为初始条件,9月的模拟资料与实测资料进行对比,对模型进行了验证。结果显示模型较好地模拟了太湖的水质变化和分布。     

上海某饮用水源地富营养化及防治建议研究

在2010年至2012年进行的上海某水源地水质监测资料的基础上,着重分析了该水源地2011年1月至10月总磷、总氮等多个分析因子的季节变化规律及点位分布状况,得出该水源地水库水体总磷及溶解氧浓度均符合国家相关标准,但总氮超过相应类别的标准;水体中的总磷、总氮、水温、光照条件、叶绿素a、溶解氧、透明度等是影响水体富营养化的重要环境因子;水源地的水质在温度低于20℃的春、秋、冬三季藻类爆发的可能性较低,但温度较高的夏季,具有藻类爆发的可能性等结论。从而反映了该水源地的富营养化现状及对市民饮用水影响的重大意义,并提出了防治建议。     

城市湖泊富营养化的影响探讨——以金山湖为实例

以金山湖为研究对象,建立了金山湖二维水流水质耦合模型,利用有限差分法离解方程,模拟了金山湖在东风作用下的流场,在此基础上模拟了水温、营养盐（总磷、总氮）、流速与浮游藻类生长的关系以及湖水水质变化趋势。     

太湖各功能分区水质及营养状态变化分析

分析了现状2017年及近10年来太湖各功能分区水质及营养状态方面的年内及年际变化趋势,结果表明:年内全湖区及各功能分区的主要超标项目为总磷和总氮,总磷浓度以及营养化指数大多在第三季度达到峰值,第四季度有明显下降,总氮大多在第二季度达到峰值后开始下降;近年来太湖全湖区及各功能分区的总磷浓度整体呈缓慢上升趋势,水质类别基本为Ⅳ类,总氮浓度则在一个较稳定的水平附近波动,水质类别以Ⅴ类为主,营养化指数较为稳定,整体呈轻度富营养状态。     

太原市汾河景区浮游藻类细胞密度对氮磷的影响

为了研究太原汾河景区的水质状况并为其水质保护和水华暴发预警及防治提供依据,2012年6月至10月,对该区域8个采样点的浮游藻类细胞密度、氨氮、总氮和总磷及它们之间的关系进行了调查分析。结果表明,多数样点总氮超标,总磷相对稳定,均不超标,氮磷比变化较明显,多数采样点以7月份的细胞密度较高,下游端较上游端浮游藻类生长旺盛,污染情况也较为严重。多数采样点浮游藻类细胞密度与总氮和氮磷比呈负相关,与总磷呈正相关。     

北京动物园水体水华发生的生态学机理

20 0 1年 7～ 10月间通过对北京动物园水体的水质监测 ,从生态学角度探讨各环境因子对水华过程的影响。同时 ,通过建立浮游植物生态模型 ,模拟了浮游植物的生物量变化。水质监测结果揭示 ,水体中叶绿素浓度与总磷浓度之间有明显的正相关关系。浮游植物生态模型的模拟结果和实测数据基本符合。浮游藻类的生物量的变化趋势主要受水温、光照和总磷浓度的影响 ,而总磷浓度和光照的影响大于温度的影响。夏季藻类增长对光照的影响比其它季节更为敏感。浮游动物的捕食作用在藻类的衰减率中占有的比例明显小于其它因子 ,浮游动物对藻类的影响不大。     

一种确定湖泊水质基准参照状态浓度的新方法

在确立湖泊营养物基准的过程中,湖泊水体参照状态的确定是十分重要的一个步骤.本文基于广义极值分布理论,发展提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法克服了频率分析法等描述性统计方法存在的数据分组可能造成人为误差和不便于统计推断,难以进行可信度评价的缺陷,能有效地推断给出参数和物质浓度置信区间.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过对太湖湖心两个站点1995～2006年总氮(total nitrogen,TN),总磷(total phosphorus,TP)和叶绿素a(chlorophyll a,Chl-a)的数据进行分析,其年最小值的相反数符合广义极值分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.71 mg·L-1,总磷0.025 mg·L-1,叶绿素a为1.81μg·L-1,并分别得出了它们各自的95%置信区间.     

河流氮磷和水量输入对太湖富营养化的影响机理研究

针对河湖氮磷控制标准不衔接问题,以大型浅水湖泊太湖为例,基于2013—2018年环太湖主要入湖河流和湖体总氮浓度〔ρ(TN)〕、总磷浓度〔ρ(TP)〕、叶绿素a浓度〔ρ(Chla)〕、水量等监测数据资料,采用湖盆模型(Bathtub模型),构建太湖主要入湖河流与湖体ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)的响应关系,分析了主要入湖河流ρ(TN)、ρ(TP)和水量对湖体富营养化的影响,探讨了太湖主要入湖河流水量及其与湖体氮磷协同控制限值. 结果表明:①太湖主要入湖河流氮磷的输入仍显著影响湖体ρ(TN)、ρ(TP),尤其是对西北部湖区的富营养化水平产生了显著影响;②在入湖水量方面,湖西区入湖水量增加可导致太湖富营养化程度增加,而“引江济太”水量输入在一定程度上改善了太湖水质. 建议分区域控制直接入湖河流水量,其中,湖西区直接入湖水量控制在60×108~70×108 m3之间,望虞河“引江济太”水量控制在15×108~20×108 m3之间;③针对太湖流域而言,现行《地表水质量标准》(GB 3838—2002)在协同控制河、湖氮磷方面存在一定的不足,仅通过控制入湖河流ρ(TN)、ρ(TP),太湖ρ(TN)、ρ(TP)难以达到Ⅲ类水质标准;④与全湖平均值相比,湖西区要达到同一标准限值,入湖河流协同控制限值要更为严格. 在河湖氮磷衔接目标制定上,建议湖西区单独设定协同控制目标浓度值. 另外,建议结合《地表水质量标准》(GB 3838—2002),开展太湖流域水质、水量协同控制,有效约束入湖通量,达到河湖氮磷协同控制目的.      

太湖水体Chl-a预测模型ARIMA的构建及应用优化

叶绿素a（Chl-a）是湖泊浮游植物生物量的重要指标,其含量能反映水中浮游植物的丰度和变化规律.以1999年12月~2019年8月太湖水体Chl-a和环境因子的逐月监测数据为基础,运用主成分分析方法探讨了Chl-a与环境因子的关系,据此建立了Chl-a与主要环境因素之间的多元线性逐步回归模型及自回归综合移动平均模型（ARIMA）.结果表明：①太湖Chl-a浓度存在着明显的季节变化,且总体处于上升趋势.总磷（TP）、高锰酸盐指数、月均气温（MAT）和月度降雨量（MR）与Chl-a浓度存在较好的变化同步性,总氮（TN）和氨氮（NH₄⁺-N）则表现出明显的滞后性.②主成分分析结果表明,太湖水体藻类暴发条件不仅仅是基于N和P等限制性因素,而是发展为TN、NH₄⁺-N、TP和高锰酸盐指数、MR和MAT等多元因素的综合影响.③两种模型经验证比较,基于1999~2019年逐月资料建立的Chl-a浓度的ARIMA模型模拟效果和预测精度明显优于所建立的多元线性逐步回归模型,特别是在考虑主要环境因素作为自变量及优化自变量取值情况下其预测效果得到进一步提升.建立的ARIMA（0,1,1）（0,1,1）模型将有助于太湖藻类暴发的预报和预警,并为及时有效地安排水资源调度及调控等水环境管理措施提供依据.     

低通时序滤波轨线法在太湖营养过程识别中的应用

环境背景条件变化会导致湖泊ρ（Chla）与环境因子响应关系发生变化.采用低通时序滤波轨线方法可以方便地识别ρ（Chla）与环境因子响应关系的时间转折点,将长时间序列数据进行分段,从而建立分段回归函数,为研究环境因子与湖泊ρ（Chla）的因果关系提供了一种新的思路.以太湖为研究对象,采用低通时序滤波轨线方法,评估了2001—2018年太湖的ρ（Chla）与营养盐〔ρ（TN）、ρ（TP）〕以及氮磷比〔ρ（TN）/ρ（TP）〕的变化过程,研究了年均气温、滞留时间对产藻效率〔ρ（Chla）/ρ（TP）〕的影响过程.结果表明:①2006年、2011年为太湖营养过程轨线的两个时间转折点,将太湖的营养过程轨线分为3段.第1段为污染阶段（2001—2006年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步升高,于2006年达到第一个峰值;第2段为修复阶段（2006—2011年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步降低,于2011年达到谷值;第3段为富营养化加剧阶段（2011—2018年）,太湖的ρ（TN）呈下降趋势,ρ（TP）与ρ（Chla）同步升高,至今未出现转折点.②太湖藻类生长的限值因子为ρ（TP）,2011年之后氮磷比进入浮游藻类适宜生长区,为蓝藻暴发提供了条件.③2011—2018年产藻效率增长了51%,且目前仍在升高未出现转折点,气温升高可能是主要原因.④依据2011—2018年的滤波值建立ρ（Chla）-ρ（TP）的函数预测,为控制蓝藻暴发〔ρ（Chla） < 10 mg/m3〕,太湖的ρ（TP）需要控制在52 μg/L以下.⑤2006年后,太湖的滞留时间呈现缩短趋势,对藻类的繁殖形成抑制,但滞留时间不是影响产藻效率的关键因子.研究显示:自2006年太湖流域实施一系列生态修复工程后,湖泊氮浓度明显降低,但由于流域氮磷排放量较大而且湖体沉积物中累积磷含量较高,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平;目前气温升高趋势仍在持续,太湖的控藻形势严峻,为摆脱气候变暖对蓝藻水华趋势的决定作用,应当在控氮基础上加大控磷的力度,同时更多考虑水文调节、生物修复、加强打捞等措施.      

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系. 结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108 L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高. 太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO₃--N)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46mg/L ,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73mg/L,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高. 太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸. 偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD_Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关. 在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.      

太湖东部湖湾大型水生植物分布对水质的影响

调查了太湖东部湖湾(贡湖湾、光福湾、渔洋湾)秋季沉水与浮叶植物的种类组成、覆盖度及水体理化性质,分析了大型水生植物的生长与分布对湖水总氮、总磷、透明度与叶绿素(Chl-a)等水质因子的影响.结果表明,太湖东部不同湖湾大型水生植物的分布状况具有明显差异,其分布频度在4.8%~95.2%,并以马来眼子菜分布频度最高.大型水生植物的生长对水体营养盐含量、理化因子等具有较为明显的影响,水生植物生长区湖水不同形态营养盐含量均低于无水生植物生长区,其总氮与总磷平均含量分别低约39%与51%.此外,蓝藻水华首先会在有水生植物生长的区域堆积,且沉水植物生长优势区蓝藻水华堆积程度要高于浮叶植物生长优势区,表现为该区域Chl-a平均浓度最高,达11.15mg/L,而浮叶植物区Chl-a平均浓度为9.98μg/L,无水生植物区的水华堆积程度最低,其Chl-a平均浓度为7.19mg/L.因此,针对不同水生植物生长区,其水体富营养化治理策略亦不同.     

基于RepastS平台的太湖水环境系统承载力研究

运用计算实验方法,以计算机为工具,构造太湖水环境系统承载力模型,通过研究水和人类的各主体行为得出太湖水环境系统的整体特征,并通过人口、TP、TN、CODMn承载度来反映。研究结果表明太湖目前点源污染得到了有效控制,但面源污染和城镇生活用水污染尚需要重点治理。实验显示:通过系统参数的调整,将大大改善太湖现有水环境系统。     

丰水期环太湖河流与湖区水质比较研究

鉴于环湖河流水质在汛期对太湖的关键性影响,以藻类对不同形态营养盐的利用程度为标准,2008年丰水期对太湖周边32条主要河流的水质进行了细化研究,旨在为太湖的外源河流综合整治提供依据.结果表明,采样河流中望虞河水体的营养盐和悬浮物（SS）浓度都居于最高,水质为劣Ⅴ类;太湖北部河流水体除了营养盐浓度为劣Ⅴ类外,有机质污染在...     

基于GAM模型的太湖叶绿素a与营养盐相关性研究

通过分析2013年1月—2015年7月的太湖水体叶绿素a(Chl-a)以及其他指标数据,发现太湖水质存在区域性差异,据此将太湖分为梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和主湖区四大区域,引入广义加性模型(GAM模型)对营养盐、环境因子与Chl-a的关系进行分析。结果表明:梅梁湾只有TP与Chl-a浓度的相关性较强,且呈显著的非线性相关;贡湖湾TP浓度对Chl-a浓度的影响是线性的,TN浓度为非线性的,且TN浓度的影响可能更大;竺山湾COD_Mn和TP与Chl-a浓度均呈显著非线性相关,其中以COD_Mn的影响更为显著,可能原因是竺山湾历年来一直是有机污染排放重灾区;主湖区TN和TP对Chl-a浓度的影响均较大,呈显著非线性相关。太湖各区域富营养化爆发的条件不一致,不同的环境因素导致富营养化的条件也不相同。     

引江济太前后太湖水质变化研究

根据1998年-2003年每月对太湖9个区域的水质监测数据以及水质和富营养化评价结果表明,20世纪90年代中期开始的各项太湖水环境治理工程明显地改善了TP、TN、CODMn等主要污染指标,但,IP还是超过地面水环境3类标准,TN、CODMn单项指标指示水体为中一富营养化状态。引江济太对太湖局部水域（主要是贡湖）有一定的改善作用,水质由4类水体上升至3类水体,并对富营养化状态也有一定的改善作用。研究表明,治理同时引入清水,流域水生态系统才能最终得到恢复。