水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长影响的数值模拟

为研究水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长繁殖和富营养化的影响,通过对现有藻类生长率计算式中的流速影响函数进行改进,引入表征藻类生长最佳流速与流速范围的参数,构建了二维非稳态藻类生长动力学模型,并用实测数据以及现有的实验成果对其参数进行率定与优化.针对三峡水库水华高发时段的气候条件和研究河段现有的营养盐状况,就不同水位下的叶绿素a浓度的时空分布进行数值仿真、对可能发生水华的位置和范围进行分析和预测.结果表明,对于嘉陵江重庆主城段,流速在0.04m·s-1左右最有利于藻类的生长繁殖.     

应用三维粒子轨迹跟踪模型模拟香溪河水藻增殖过程

三峡工程建成后将改变库区的水动力条件,会对库区及支流的水生态环境产生重要影响.因此,本文应用三维非结构海洋动力学模型ELcirc,以及考虑营养物质浓度、水温、水下光照强度和流速等因素影响水藻增殖的粒子轨迹跟踪模型模拟三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移.同时,采用室内弯道水槽试验资料对模型进行了验证,计算结果表明,验证后的模型可以较为精确地模拟弯道水流运动特性和弯道水流中的物质输移现象.采用验证后的模型研究了2007年9—10月三峡水库蓄水期香溪库湾的水流及藻类颗粒物质输移,结果表明,长江干流水体倒灌入香溪库湾产生回流,藻类颗粒向上游运动,考虑水藻生长过程的三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水藻颗粒的垂向分布及水藻生长的水华过程.     

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

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。     

藻类生长的水动力学因素影响与数值仿真

为了定量研究水动力条件对藻类生长影响,选择微囊藻进行了室内扰动实验.通过维持光照、温度、营养盐等生境因子的一致性,调整振荡器转速,研究了不同扰动强度对藻类生长规律的影响;提出了"水动力影响参数a"对藻类生长公式进行了修正,以内江为例建立了二维非稳态藻类生长模型.对不同方案下内江藻类暴发特征进行了预测分析.结果表明,水动力条件对藻类生长影响明显,低流速有利于藻类生长,而在静止与高流速条件下,藻类生长受到抑制;内江引航道节制闸关闭后,流速减缓,藻类易于暴发,可能发生水华的水域面积约2.5 km2,占总面积的36.8%;完全静止状态以及节制闸开启后内江水动力条件改善条件下,藻类暴发程度有所减小,可能发生水华面积分别为0.78 km2和0.18 km2.     

西丽水库叶绿素a时空分布特征及其影响因素

以典型亚热带供水型水库--西丽水库为研究对象,对其2013年4月-2014年6月藻类ρ（Chla）及其相关环境因子进行监测,分析了藻类ρ（Chla）时空演变规律及其与环境因子的关系.结果显示:西丽水库ρ（TChla）（TChla为总叶绿素a）为2.65~60.35μg/L,其中蓝藻ρ（Chla）为0.77~30.58μg/L,硅藻ρ（Chla）为0.77~31.62μg/L,绿藻ρ（Chla）为0.77~12.71μg/L.汛期（6-9月）优势藻为蓝藻,其他时期硅藻占优势,绿藻全年处于较低水平.藻类分布具有明显的空间异质性,ρ（Chla）整体呈西北库区高东南库区低的特点,汛期白芒河入库区域ρ（Chla）偏高,存在一定的藻华风险.汛期盛行西南风,平均风速为2.7 m/s,有利于藻类自高浓度的西部库区向东迁移,一定程度上降低了藻华风险.水库流场空间差异较大,水体流速为0.005~0.025 m/s,水库主导流向为东北-西南,对西北库区的高浓度藻类起到稀释作用.Pearson相关分析和典范对应分析（CCA）显示,温度、有机物以及径流量是影响藻类生长和分布的前三位因子,磷是藻类生长的限制性营养盐.      

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_mix)来影响藻类群落结构的时空演替.     

新立城水库藻类水华环境因子分析及其预警监测

调查研究表明长春市新立城水库发生小范围藻类水华期间浮游植物藻类群落结构变化不明显,种群丰度增加。对监测数据进行了分析并与该地区非水华期间的监测数据相比较;同时对水质进行了环境因子相关性及对藻类水华的影响分析。结果显示溶解氧和温度是影响水库叶绿素a值变化的主要环境因子,且可以作为北方湖泊藻类水华预警的主要监测指标。     

太湖富营养化控制机理模拟

建立了一个将三维风生湖流模型,水质模型和富营养化模型耦合的数学模型,该模型不仅可以对太湖的风生湖流,总磷、总氮、COD等水质要素进行模拟,还可以模拟藻类在太湖中的生长和消亡情况以及其随风生湖流迁移的规律;在模型中,还考虑了水温、总氮、总磷和太阳辐射等环境生态因子对藻类生长率的影响,并且将模拟结果与1998年太湖的实测资料进行了对比,结果表明:该模型对风生湖流、总磷、总氮的模拟都是切合实际的,以叶绿素a浓度描述的藻类浓度的模拟值也能较好的拟合实测值。     

湖面亮温对巢湖水华影响的遥感监测分析

利用2002～2007年NOAA气象卫星搭载的先进甚高光谱分辨率辐射计(NOAA/AVHRR)资料,对巢湖蓝藻水华发生频次和湖面亮温的时空分布规律进行统计分析,得到巢湖水体表面亮温的时空分布规律,并探讨其与气温、降水等气象因子以及水华之间的关系和可能存在的机制.从结果来看,湖面亮温与水华发生频次的空间分布规律相近,而在时间分布上存在着较大的差别.一方面,空间分布的相似性表明,湖面亮温高的区域容易发生水华现象;另一方面;时间分布的不一致性表明还有其它的因素会影响水华的发生.通过讨论,得出以下结论:①以5月为分界线,巢湖水华总体上可以分为春季和夏季两大暴发期,春季藻类在较低的水温条件下就能生长繁殖,并暴发水华,但难以形成较大的规模.②受降水量增加的影响,在气温达到最高值的7月不仅湖面亮温所有降低,而且水华发生频次也有所减少.     

基于NOAA/AVHRR卫星资料的巢湖水华规律分析

以卫星遥感2002~2007年NOAA/AVHRR为信息源,统计这一时段内巢湖发生水华的资料,对水华的时空变化规律进行了分析.同时,结合相应的气象要素资料,对水华发生的气象条件进行分析.结果表明,巢湖水华的发生具有明显的时空规律,春、夏季多发,4,8月份的发生概率分别为19%和39%;西半湖多发,年均发生概率最大值均超过8%;气温、日照和风是影响巢湖水华的主要气象因子.     

鄱阳湖浮游植物时空变化特征及影响因素分析

在5月、9月、11月对鄱阳湖浮游植物开展野外调查,分析鄱阳湖浮游植物的时空分布特征及原因.结果表明:在群落结构上,鄱阳湖浮游植物样品中共发现8门107属,其中绿藻门54属,占浮游植物总数的50%.3次调查平均生物量最高的为硅藻门(蓝藻门藻细胞密度最高),生物量为0.29 mg·L-1,占浮游植物总生物量的28%,是鄱阳湖的优势藻门;其次分别为隐藻门、甲藻门和绿藻门,分别占26%、21%和17%.空间分布上,南部湖区浮游植物生物量最高,中部区次之,北部湖口水道区最低;时间分布上,5月份浮游植物生物量最高,11月份最低.温度、悬浮物和透明度是影响藻类时空分布的主要影响因素.鄱阳湖总体水动力较好,水华暴发总体风险小,但中部和南部水动力弱的湖区,藻量高,仍有水华风险.     

基于NARX神经网络的千岛湖藻类短期预测模型构建

局部水域的藻类异常增殖现象逐渐成为千岛湖面临的水环境保护难题. 构建以数据驱动的水华预测模型,实现对重点水域叶绿素a (Chla)浓度短期动态变化的预测,是快速应对潜在水华风险的有效手段之一. 鉴于NARX神经网络在预测非平稳时间序列动态特征方面的优势,以千岛湖国控监测断面小金山2016—2019年Chla的高频时间序列作为研究对象,对Chla剖面数据进行沿深平均、缺失值插补后,分别以连续3 d和连续7 d的Chla浓度作为输入,构建了基于NARX神经网络的藻类预测模型,用于预测未来0.5~7 d Chla浓度的变化,探讨了相关参数设置、训练及评价方法,并针对不同的预见期分析了模型性能. 结果表明:① 模型预测性能稳定,预测值与实测值相关系数保持在0.8~0.9之间,均方误差在15~30之间. ②随着预见期的变化,模型性能不同. 其中,在未来0.5~4 d的预测中,使用连续3 d的 Chla浓度作为输入的预测效果较好;在未来4.5~7 d的预测中,使用连续7 d的Chla浓度作为输入的预测效果较好. 研究显示,该模型可以较为准确地预测未来0.5~7 d的Chla浓度,可为构建以数据驱动的千岛湖水华监测预警系统提供科学依据.      

再生水补给水体中丝状藻爆发成因分析:以华南某水体为例

利用再生水作为河流、湖泊补给水已成为城市水环境治理的重要措施,但是再生水的汇入也为一些水体带来了"藻华"爆发的风险.针对再生水补给水体中易出现的丝状藻"藻华"现象,以华南地区某再生水补给的河流水体为例,通过现场调研和实验室实验,分析了丝状藻的生长模式及爆发成因.研究结果表明:丝状藻生长过程分为休眠、萌发、扩增和爆发4个...     

三峡水域氮磷污染对水华暴发/消涨行为的协同影响

藻类生长/消退与藻类对氮、磷的吸收比率ω₁和ω₂相关,ω_i正/负增长分别对应藻类生长时从水体中吸收氮磷的加速阶段和藻类分解时向水体释放氮磷的消退阶段,在特定磷氮比(P/N)范围出现ω₁和ω₂同时突变有可能从理论上解释水华的暴发/消退.根据三峡流域实测数据和藻类吸收氮磷的关联函数,在三维空间表征了随氮磷浓度协同作用导致的ω₁和ω₂在特定P/N区域同时突变所揭示出的水华暴发/消退现象,从而直观、合理地解释了:①适当的P/N范围才可能暴发水华;②如果P/N区间同时满足ω₁和ω₂正向急剧增长的要求,藻类疯长,而ω₁和ω₂同时朝负值方向急剧降低,水华消退;③水华暴发/消退的速率为同一数量级,且水华暴发/消退在氮、磷浓度达到某一敏感范围时将表现出明显的周期性振荡.这些性态可能更真实地反映出水华暴发/消退时藻类对营养盐的吸收/释放机理.     

基于多重优化灰色模型的三峡库区香溪河支流回水区水华变化趋势预测研究

三峡水库蓄水后,支流香溪河夏季水体富营养化严重,水华现象暴发频繁,水质污染严重.为预知香溪河库湾水华暴发程度与分布区域,以叶绿素-a为指标,引入灰色伯努利模型,并运用参数优化、含参马尔科夫误差修正、子序列独立优化等多重优化理论对模型进行改进,验证模型的优化效果.同时,利用该优化模型对2015年夏季香溪河近10个点位的叶绿素-a平均浓度变化趋势进行短期预测,结果表明,预测值与实际值相差较小,该模型能够基本反映香溪河近几年的水华变化趋势,目前香溪河库湾XX06~XX08和XX02点位区域分别为水华暴发高危区和局部次高危区,叶绿素-a浓度远高于水华阈值,有较高的水华暴发风险.与传统灰色预测相比,该预测方法的精确度和对波动序列的适应性更好.     

南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响及对策研究(Ⅰ)——汉江水华发生的关键因子分析

为了评估南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响,在广泛现场监测、资料收集、调查论证工作的基础上,应用水动力学模型和富营养化动力学模型对汉江水华发生的成因和关键因子进行了分析。汉江水华发生的主要原因有3个:汉江中游进入城区的排污量日趋增大,藻类等生物所需的氮、磷等营养物质严重过量(此乃根本原因);汉江水枯同时长江水位增高使汉江流速变缓,产生类似于湖泊的水流特性;春季气温偏高。在已满足藻类生长需求的营养条件下,流量和流速是制约汉江水华发生的关键(敏感)因子,南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响将主要体现在水文因子上。     

巢湖流域氮磷面源污染与水华空间分布遥感解析

基于遥感监测手段,分别应用DPeRS模型和MODIS水华提取方法对巢湖流域氮磷面源污染特征和巢湖水体水华爆发规律进行遥感像元尺度解析,结果表明: 2010年巢湖流域总氮产生量为1900.3t,入河量为846.5t;总磷为244.1t,入河量为76t.巢湖流域农业面源污染对氮素污染贡献最大,而水土流失则对磷面源污染贡献最大;综合巢湖流域氮磷面源污染和水华爆发的时空特征分析,明确氮磷面源污染与巢湖水华具有相关性,并且时间上水华爆发频率较氮磷面源污染具有先滞后后同步的特征,且面源污染负荷与水华爆发面积的相关系数为0.45;在空间上,面源污染负荷较大区域与水华爆发频度较高区域也有较好的匹配性;基于这种相关性,应用DPeRS模型对巢湖流域进行氮磷减排情景分析,结果表明在施肥量减少30%,农村生活垃圾处理率提高到60%,畜禽粪便处理率和城市垃圾处理率提高到80%的情况下,氮磷面源污染平均削减率可以达到50%.     

超声对蓝藻细胞生理影响的研究

蓝藻水华会使水体水质恶化,破坏水生生态系统,同时会增加水处理成本,产生臭味并释放藻毒素。蓝藻水华问题成为社会各界的关注热点。超声由于具有反应速度快,操作简便,在处理过程中不引入其他化学物质等优点,已被广泛应用于水处理领域,包括用于蓝藻水华的控制。总结了超声作用参数对蓝藻生长效果的影响,从藻细胞的光合活性、酯酶活性和抗氧化酶系统等方面探讨了超声对蓝藻生理方面产生的影响,分析了超声对藻细胞的作用机理,并对后续的研究进行了展望,以期为超声控制蓝藻水华的相关研究提供参考。