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RDALR模型分析气象条件对太湖蓝藻水华发生的影响及预报

近年来,太湖水体出现多次严重的蓝藻水华过程,所以探索气象条件引发蓝藻水华的暴发机制及预报方法有着重要的理论意义及实际价值。由于chl-a含量的动态变化可反映水华与否,可利用粗糙集决策调节回归模型（rough decision-adjusted logistic regression model,RDALR）将粗糙集理论与二元逻辑回归（binary logistic regression,BLR）结合起来,用来建立气象条件和太湖chl-a含量二者之间的联系,为蓝藻暴发期水华预报提供一可行方法,且该方法具有一定可移植性。2012年5月1日-9月5日,对东山24项气象数据和东太湖6个取水口水质监测数据分析表明：RDALR模型解释了东太湖128 d水华监测日71.6%的chl-a动态变化,与BLR模型相比,将39次水华暴发的预报精度提高15%。对RDALR模型分析得出,当模型显著性水平小于0.05时,东太湖水域水华强度与平均风速、平均相对湿度呈显著正相关,与日降水量（P）呈显著负相关,同时水华强度与气温（T）、日照时数（SD）及最大风速风向（WD）等其他气象条件相关不显著。     

3S技术在太湖富营养化和蓝藻水华分布规律中的应用研究

应用3S技术,采用营养状态指数法、蓝藻水华分级评价方法以及蓝藻水华发生频率分析方法,对2010—2013年太湖富营养化状况和太湖蓝藻水华时空分布规律进行分析和研究,以期为太湖富营养化控制和蓝藻水华预警、监控工作提供技术支持,同时为太湖水环境治理提供科学依据。实践证明,3S技术能快速、全面、直观地反映太湖富营养化状况和蓝藻水华时空分布规律。结果表明:(1)2010—2013年太湖处于轻度富营养状态,太湖富营养化呈现西北高、东南低的分布规律;(2)2010—2013年,全太湖小型蓝藻水华发生次数最多,蓝藻水华级别越高,发生次数越少;(3)年际变化上,蓝藻水华发生次数总体趋于平稳,蓝藻水华发生呈现"小型多发、中大型少发、重大型偶发"趋势,蓝藻水华发生规模呈显著缩小趋势;(4)月际变化上,8月和9月是太湖蓝藻水华的高发月份,9月蓝藻水华发生规模最大;(5)空间变化上,太湖西部沿岸是太湖蓝藻水华首次爆发最频繁的水域,太湖西部沿岸区尤其宜兴沿岸是蓝藻水华爆发频率最高的水域。     

红枫湖水体中叶绿素a的遥感监测

以地处贵州中部的红枫湖水库为研究区,2010年的ALOS影像为基础,利用B3、B4(三波段和四波段)的乘积影像研究红枫湖水库库区表面的叶绿素a分布情况。结果表明,库区水体叶绿素a浓度在空间分布上呈现自三岔河入水口到北湖逐渐降低,沿岸边向湖中心逐渐降低的态势。探讨了适宜该库区的水体叶绿素a的提取方法,并引入基于费歇尔准则的最优分割算法,利用计算机编程实现了该库区叶绿素a分布水平的最优分划。这一系列针对该库区水体叶绿素a提取、分析和监测的优化方法,对该水源地的污染监测和库区的生态治理有一定的参考价值。     

浙江省蓝藻水华应急与预警监测

蓝藻水华污染可产生多种藻毒素,其中以微囊藻毒素的危害最为严重.通过对近年来国内外关于水体中微囊藻毒素检测技术的系统介绍以及优缺点分析,结合浙江省实情,提出了在浙江省开展蓝藻水华应急与预警监测的初步方案,以有效防范微囊藻毒素给水环境及人类健康带来的威胁.     

壳聚糖改性硅藻土对太湖含藻水体处理效果的研究

研究了壳聚糖改性硅藻土对太湖含藻水体中浊度和蓝藻的去除效果。结果表明:(1)在室内模拟实验中,综合叶绿素a的去除率和去除速率来看,较适宜的改性硅藻土投加量为50mg/L。在此投加量下,室内模拟实验中浊度去除率达到91.50%,叶绿素a去除率达到98.10%;(2)在原位实验中,投加改性硅藻土也能有效去除浊度和叶绿素a,表、中、下层3层水体的最终浊度去除率分别达到82.41%、79.09%、72.82%,叶绿素a去除率分别为92.43%、87.17%、65.62%。(3)无论在室内模拟实验还是原位实验中,投加改性硅藻土后水体的浊度去除和叶绿素a去除均呈现出显著的相关性(p0.01),即两者的去除具有一定的同步性。     

除藻剂应急治理玄武湖蓝藻水华实验研究

湖泊富营养化是中国目前及今后相当长一段时期内的重大水环境问题,研究蓝藻水华治理的关键技术具有重要的生态和环境意义.2005年9月在南京玄武湖开展了化学除藻剂治理蓝藻水华的实验研究,除藻剂平均用量为26.87 g/m2,治理后实验区藻类总量下降了82.8%;水体各项理化指标得到一定改善,但停止洒药后部分指标回升;浮游动物未出现显著变化.实验结果表明,除藻剂可能在短时间内除抑蓝藻,但不能从根本上解决湖泊富营养化问题.     

浙江省环境监测中心启动太湖藻类监测快报工作

为加强对太湖蓝藻水华的动态监测,提高环境监控时效,浙江省环境监测中心于2008年1月建成了EOS／MODIS数据DVB—s接收系统,每天接收处理EOS／MODIS数据,对太湖水域蓝藻水华进行大范围实时监控。根据环境保护部《关于加强太湖巢湖流域环境监测和执法监察工作的紧急通知》（环办[2008]11号）精神,浙江省环境监测中心已于2008年4月25日启动太湖藻类监测快报工作,按照要求上报监测结果。     

基于视频监控的湖泊滨岸带蓝藻水华实时定量监测方法及应用研究

湖泊作为我国主要饮用水源地,其滨岸带蓝藻水华过度堆积,对用水安全以及生态环境造成严重影响。因此,实时定量监测湖泊滨岸带蓝藻水华,是湖泊蓝藻水华防控的关键举措。基于环湖实时视频监控所捕获的水域图像,采用深度学习方法识别蓝藻水华像素,并根据摄像头成像原理及内外参数准确计算每个蓝藻水华像素对应实际蓝藻水华面积,最后统计分析湖泊滨岸带水域的蓝藻水华总面积。实验结果表明,基于VGG16-UNet模型的蓝藻水华像素识别方法的平均交并比与总体精度分别达到了88.74%与94.10%,优于同类方法;且蓝藻水华面积计算值与实测值具有良好的拟合度 (R²=0.97) 。该方法能够及时获取湖泊滨岸带蓝藻水华的覆盖面积及其动态变化过程,对于湖泊水环境治理起着重要作用。     

湖泊蓝藻水华预警监测技术的应用研究

湖泊蓝藻水华已经成为社会公众和政府共同关注的重要环境问题之一。为确保湖泊生态安全以及其周边地区饮用水安全,提高政府应对蓝藻水华的能力,对湖泊蓝藻进行预警监测是判断蓝藻水华发展趋势以及制定相应对策的重要手段。文中从简单的人工观测到实验室分析技术,发展到综合运用多种现代科学技术进行卫星遥感、视频监控、在线监测和水质垂直剖面自动监测系统（无线浮标监测系统）等,全面阐述了蓝藻水华监测技术中的宏观观测和微观分析技术,初步研究了目前湖泊蓝藻预警监测技术的应用。     

厌氧发酵产挥发性脂肪酸实现太湖蓝藻泥的减量与资源化

采用热碱预处理及厌氧发酵技术实现了太湖蓝藻生产挥发性脂肪酸(VFAs)。结果表明,热碱预处理(T=90 ℃,pH=12)可以促进蓝藻中的固相有机质溶于液相中,溶解性的化学需氧量(SCOD)、碳水化合物和蛋白质相比未预处理分别提高了10.3、12.3和4.8倍。三维荧光光谱(3D-EEM)分析表明,热碱预处理能提高蓝藻可生物利用性,同时降低腐殖酸的含量,有利于后续生物转化。在序批式厌氧发酵产酸运行模式下,平均总挥发性脂肪酸(TVFAs)浓度达到18.64 g·L⁻¹,产酸效率(1 g VSS中VFAs的占比)为46%。半连续运行模式下,平均TVFAs可以达到15.56 g·L⁻¹,产酸效率为26%。蓝藻中溶解性碳水化合物和蛋白质降解率分别为50.43%和47.04%。同时,蓝藻中总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的降解率分别为24.5%和43.4%,达到了很好的减量化效果,但残留物中还存在大量有机物未生物转化。     

不同存放时间太湖蓝藻产沼气潜力

对不同存放时间蓝藻(新鲜蓝藻、存放3个月、6个月和9个月)进行厌氧消化处置,分析反应过程中沼气量、代谢产物和酶活等变化,获得各自的产沼气潜力。研究结果表明,存放6个月蓝藻组的产沼气率最大,为120.5 mL/g TS,是新鲜蓝藻组的1.29倍。Gompertz模型拟合表明,随着存放时间的延长,最大产沼气量(Pmax)先增大后减小,最大比产气率一直增加。存放3个月蓝藻组的VFA在第6天达到最大,为1 575.4 mg/L,而存放9个月蓝藻组的VFA在第2天达到最大,为1 116.5 mg/L。存放3个月蓝藻组的最大中性蛋白酶酶活为1 203.4μg/(g TS.h),比新鲜蓝藻组提高212.8μg/(gTS.h)。脱氢酶酶活随着蓝藻存放时间的增加呈现先增加后减小的趋势。     

Biosorption of antimony(V) by freshwater cyanobacteria Microcystis from Lake Taihu,China: effects of pH and competitive ions

There is limited knowledge available on metalloid biosorption by freshwater algae. In this study, biosorption properties of anionic Sb(OH) ₆ ^? by naturally occurring cyanobacteria Microcystis were investigated as a function of initial pH, biosorbent dosage, contact time, and addition sequences of competitive ions, and their binding mechanisms were discussed. The biosorption process was fast and equilibrium was reached at 2 h. Sb(V) biosorption decreased with the increase of pH and the optimum pH range was 2.5–3.0, which corresponded with the changes of surface charges of the cell wall of Microcystis. The biosorption data satisfactorily followed the Freundlich model. The simultaneous addition of H₂PO₄ ^? and Ca²⁺ enhanced Sb(V) biosorption, while NO₃ ^? greatly inhibited the biosorption, compared with single Sb(V) addition. The initial addition of the competitive ions reduced Sb(V) biosorption at higher Sb(V) concentrations, compared with simultaneous addition. A fraction of biosorbed Sb(V) was replaced by the competitive ions which were added subsequently, and the exchange only occurred at higher concentrations of Sb(V). 1.0 mol/L HCl demonstrated the highest desorption efficiency. Speciation analyses indicated that no reduction of Sb(V) into Sb(III) occurred. Based on the results of zeta potential and attenuated total reflection infrared spectroscopy spectra, Sb(OH) ₆ ^? bound to the biomass through electrostatic attraction and surface complexation, and amino, carboxyl, and hydroxyl groups were involved in the biosorption process. The study suggest that Microcystis from cyanobacteria blooms could be used as a potential biosorbent to remove Sb(V) from effluents at environmentally relevant concentrations (≤10.0 mg/L).     

巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究

对巢湖蓝藻进行机械清除以及藻水分离实验研究,实验采用的浮式围栏引导一机械清除．投加剥离液辅助机械清除工艺处理量大,除藻效率高,筛网过滤-浓缩-卧螺离心机脱水成藻泥的藻水分离工艺较为理想,藻泥含水率仅为89％。2011年5-10月在巢湖运用上述方法清除湖面水华蓝藻,共处理富藻水1．6万m3,得到藻泥970t,累计清除蓝藻106．7t（干重）。按照所清除蓝藻的总氮、总磷的平均含量计算,相当于从湖中移除了氮6．25t,磷2．1t。表明在富营养湖泊中水华蓝藻大量暴发时,采用上述方法除藻,对控制蓝藻水华污染,有效降低内源氮、磷等污染物负荷具有十分重要的作用。     

巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究简

对巢湖蓝藻进行机械清除以及藻水分离实验研究,实验采用的浮式围栏引导-机械清除-投加剥离液辅助机械清除工艺处理量大,除藻效率高,筛网过滤-浓缩-卧螺离心机脱水成藻泥的藻水分离工艺较为理想,藻泥含水率仅为89%。2011年5—10月在巢湖运用上述方法清除湖面水华蓝藻,共处理富藻水1.6万m³,得到藻泥970 t,累计清除蓝藻106.7 t（干重）。按照所清除蓝藻的总氮、总磷的平均含量计算,相当于从湖中移除了氮6.25 t,磷2.1 t。表明在富营养湖泊中水华蓝藻大量暴发时,采用上述方法除藻,对控制蓝藻水华污染,有效降低内源氮、磷等污染物负荷具有十分重要的作用。     

A modified cyanobacteria prediction model based on cellular automata model using N and P concentration reverse data: a case study in Taihu Lake

The problem of algal bloom caused by eutrophication has attracted global attention. Many scholars have studied the problem associated with algae bloom, but few have carried out dynamic monitoring, instead focusing on the formation mechanism of cyanobacteria. For our study of the Taihu Lake in China, we used Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Landsat remote sensing image data from 2017 to establish a prediction model. First, we used MODIS data to retrieve the concentration of N, P, and chlorophyll a in water. Then, we applied the analytic hierarchy process (AHP) model to the inversion results to construct the diffusion potential index. Finally, we used C# to compile the cellular automata (CA) model. We found that the distribution of cyanobacteria predicted by our method was consistent with the algal bloom situation of Taihu Lake in 2017. The results showed that the method effectively predicts the dynamic transfer of cyanobacteria from outbreak to diffusion in a short period of time, which can help decision-makers monitor lake health.

     

太湖湖滨带的缓冲效果

在以农田．防护林．鱼塘为主的农业缓冲带一宜兴周铁太湖湖滨带内,比较和分析了不同降水时期和不同鱼塘排水时期湖滨带的缓冲效果。结果显示湖滨带的主要污染物是有机污染物、TN和Chla,尤其是有机污染物;TP污染相对较轻,NH4＋-N和BOD5污染很少。太湖湖滨带对N、P、COD等指标均有一定的缓冲效果,但对不同指标的缓冲能力不同,其中对N的缓冲效果更为明显。除COD外,湖滨带出水口基本可以达到IV类水水平。同时,强降雨导致大量污染物进入水体,导致水体污染物输出浓度显著增高,最为突出的是TN、TP和有机污染物。在垂直于太湖段,除NO3--N和NO2--N浓度略微下降外,其他水质指标均呈上升趋势。因此,该湖滨带的缓冲能力不足以净化来自地表和鱼塘的污染物质。在平行于太湖段。除NO3--N和NO2--N浓度逐步增高外,其他水质指标均呈下降趋势,说明包括河流在内的整个湖滨带的缓冲能力较高,净化作用大于湖滨带纳入的污染物质,缓冲效果好。鱼塘排水对水体的影响非常明显,这种影响大概可以持续2周左右。通过对不同时期的采样结果进行显著性分析,发现COD差异性不显著,且含量高,即有机污染物在各时期都是主要污染物。在鱼塘放水时期（已进入冬季）,各指标下的采样点之间均不显著,湖滨带的缓冲作用较低。     

酶联免疫快速检测技术在太湖流域微囊藻毒素污染调查中的应用研究

采用酶联免疫(ELISA)法对2008年5～11月环太湖水域及太湖下游嘉兴河网水体中微囊藻毒素(MC)的污染状况进行了调查.结果表明,ELISA法对环太湖水样的加标回收率为(98.0±6.5)%,相对标准偏差≤10.0%,准确性和再现性均良好,且具有通量高、检测速度快的特点,适于太湖流域MC污染的普查和初筛.环太湖水样中的MC-LR在2008年8、10月较高;太湖下游嘉兴河网水样中的MC-LR自2008年7月开始有检出,最高质量浓度出现在9月,为0.772μg/L;各饮用水源地水样中的MC-LR亦有检出,但未超过<地表水环境质量标准>(GB 3838-2002)规定的限值(1.0μg/L).