不同溶解氧条件下沉积物-水体系磷循环

磷是控制富营养化水平和水环境演变的关键元素.沉积物-间隙水体系是影响近海水体磷循环的主要界面,而上覆水溶解氧（DO）则是影响这一界面磷转化行为和界面通量的控制因子.针对近海环境特征,利用沉积物多管培养装置进行室内实验和动力学过程研究,探讨了DO变化对沉积物-间隙水体系磷的赋存形态、转化和释放的影响.结果表明,上覆水DO变化对沉积物-水界面溶解态活性磷酸盐（DRP）交换通量有显著的影响,低氧条件下沉积物具有较富氧和无氧更高的DRP交换通量;富氧条件下沉积物中总磷在表层富集量最高,具有较高的保存能力,低氧和无氧状态下沉积物对磷的保存能力降低;低氧条件下沉积物中铁结合磷的还原溶解和有机质的矿化是水体的主要磷源.在不同DO条件下,磷的转换呈现出差异化的特征,其中低氧状态下沉积物-水界面的变化和理想的早期成岩模式最为接近.可见,溶解氧对沉积物-间隙水体系磷的释放和转化有着显著的影响,是控制磷循环的重要因素.     

低溶解氧下生物膜反应器的亚硝化研究

采用生物膜反应器处理人工合成高氨氮废水,研究了低溶解氧(DO)条件反应器亚硝化反应的启动和稳定运行,并考察了不同DO浓度对硝化过程中亚硝态氮积累的影响。结果表明:在30±2℃,进水氨氮为300mg/L左右,当DO=2.0±0.1mg/L,亚硝态氮累积率在80%以上;当DO为1.2～1.5mg/L时,亚硝态氮累积率在90%以上;当DO为2.5～2.8mg/L时,亚硝态氮累积率在50%左右。因此,反应器中通过控制DO实现稳定亚硝化是可行的。     

城市再生水景观利用水华识别和预警方法探讨

城市再生水景观回用的主要问题是水体富营养化导致水华的暴发。为了抑制藻类的大规模生长,需要提前采取预防措施,以便将有可能爆发水华的藻类及时杀死或除去。目前,人们已经对景观水体中常见藻类的生长规律做了深入的研究,发现水体中藻数量(藻密度)的多少与水体的pH值和DO值的变化有密切而相对稳定的关系。通过在线实时监控pH值和DO值,找到△pH、△DO与藻类生长之间的关系,并结合pH、DO、温度、正磷酸盐和总氮等指标,实现实时识别和预测水华爆发的目的。     

复合微生物菌剂在近海污水中的修复作用研究

采用直接投加复合微生物菌剂原位修复深圳湾污染水体,去除水体中的有机物、氮和磷等污染物,15天检测分析微生物处理对水体溶解氧（DO）、氨态氮（NH4-N）、悬浮物（SS）、总氮（TN）、总磷（TP）变化的影响。结果表明：采用微生物技术修复深圳湾近海污染水环境具有显著效果,试验期间水体中DO明显提高,最佳复配硝化茵（B2）与枯草芽孢杆菌（B6）对NH4-N降低了53．9％,悬浮物（ss）降低了56．9％,总氮（TN）降低52．1％,总磷（TP）降低57．6％。有害弧菌单一菌落数降低了64．9％     

千岛湖湖泊区水体季节性分层特征研究

千岛湖是典型的亚热带人工深水水库.为了解水库的物理特征,于2011年对水库温度、溶解氧(DO)、pH值、浊度、有效光合作用辐照强度(PAR)和叶绿素a的季节动态和垂直分层结构进行分析,探讨水库水体季节性分层特征.结果表明,千岛湖水库表层水温在10.4～32.7℃,在4～12月间出现水体分层现象,在夏季形成明显分层,是典型的亚热带单混合水体.水温分层结构对DO、pH值、浊度、PAR和叶绿素a的垂直剖面变化有一定的影响作用.水体溶解氧出现显著的分层现象,且温跃层内DO浓度较低,冬季底层溶解氧出现暂时周期性缺氧;浊度在温跃层内达到最大值,其表层大小主要受降水的影响;叶绿素a含量表层含量较高,且温跃层以下水深维持较低水平,这说明水体分层对水库水质的变化起重要作用.此外,水体光合作用最强处在5～10 m左右,此深度适合藻类生长,这为分析千岛湖水体蓝藻暴发取样和分析提供了依据.     

模糊控制技术在污水处理中的应用

针对污水处理过程中采用传统的流量程序控制和时间程序控制的不足,提出了一种基于单片机的模糊控制方法。该方法以污水流量、溶解氧(DO)浓度和污泥回流比为主要被控对象,以DO浓度为主要控制参数,通过离散计算和在线查表的模糊推理方法可得到最佳的风机转速,使污水处理生化池内DO浓度保持在最佳状态,同时还通过控制曲线展示了当输入污水流量发生扰动时对DO浓度的控制精度,使污水处理质量保持稳定。通过实际应用表明,该控制方法不但能确保出口净化水水质达标,还可以节约15%的电能。     

沉降除藻协同沉积物覆盖对藻华水体甲烷释放的影响

本研究以藻华水体甲烷释放为对象,利用模拟柱培养实验,探究了沉降除藻和沉积物覆盖复合技术对富营养化甲烷释放的影响.结果表明,沉降除藻结合沉积物覆盖处理可有效改善水环境,实现对甲烷释放的控制,但不同覆盖材料的效果存在差异;活性炭效果要优于土壤和沸石.相比于对照体系水体溶解氧(DO)2. 5 mg·L-1和氧化还原电位(ORP)100 m V,沉积物界面ORP -125 m V,沉降除藻协同活性炭覆盖体系中水体DO和ORP分别升高至3. 1 mg·L-1和174 m V,沉积物界面ORP逆转为168 m V,实验期间甲烷释放量相对于对照组减少90. 2%.研究结果在富营养水体甲烷减排方面具有指导性意义.     

A3钢在污染淡水体中腐蚀行为的初步研究

通过现场腐蚀挂片、室内模拟实验和电化学测量研究了A3钢在富营养化淡水环境中和洁净淡水环境中的腐蚀行为及影响因素。结果表明,在淡水环境中,水体的溶解氧量(DO)是决定A3钢腐蚀速度的重要影响因素,在富营养化的东湖水体中,因溶解氧量(DO)低,A3钢的腐蚀速度反而比洁净的梁子湖水体中要低,此外,富营养化水体中的磷的存在对A3钢起到缓蚀的作用。     

湖滨带氧化还原环境的时空变化及其环境效应

在太湖梅梁湾,沿开阔水体至湖滨带方向,对植被型湖滨带(A区)、裸露型湖滨带(B区)和开阔水体(D区)水体中DO和水/沉积物Eh进行为期1a的现场观测.结果发现,梅梁湾水体DO时空变化明显.B区和D区水体中DO常年饱和,而A区DO浓度较低(年均(5.5±1.7)mg·L-1).在植物生长季,从开阔水体至湖滨植被区溶解氧浓度从12.7 mg·L-1降到4.5 mg·L-1;在非植物生长季则从9.7 mg·L-1降到6.2mg·L-1.湖滨带水体Eh在150 mV左右波动,空间变化趋势与溶解氧变化同步.沉积物Eh也表现出明显的时空变化,在植物生长季,各区沉积物均处于较强的还原状态(-158～-101 mV);而在非植物生长季,由开阔水体向植被型湖滨带Eh逐渐升高.在沉积物的垂直剖面上,开阔水体Eh自表层沉积物向下逐渐降低,而在A区的植被覆盖区则是先降低,大概在5 cm深处开始逐渐升高,于20 cm深左右达到峰值.根据上述植被型湖滨带氧化还原环境的特点,可以推知进行湖滨带生态修复,有利于去除湖泊氮污染.     

辽东湾海域水体富营养化的模糊综合评价

基于2007年夏季辽东湾海域的水质监测资料,以高锰酸盐指数(COD_Mn)、溶解无机氮(DIN)、磷酸盐(PO₄3--P)和溶解氧(DO)为海水富营养化评价指标,运用模糊综合评价方法并对其中的评价等级确定方法加以改进,评价了辽东湾海域水体富营养化状况,分析了水体富营养化的关键因子和控制性因素. 结果表明:对评价方法的改进,取得了较好的效果;辽东湾沿岸和河口口门附近海域已达到富营养化程度,而海湾中部则处于贫营养状态,富营养化程度从海湾中部向近岸逐渐增加;影响辽东湾海域水体富营养化的关键因子为无机氮;辽东湾海域的富营养化水平主要受入海河流冲淡水影响范围的控制.      

基于注意力机制优化的LSTM河流溶解氧预测模型研究

溶解氧(DO)是水体中的重要水质指标,构建数据驱动模型,实现对溶解氧的准确预测,将为水环境管理提供科学有效的技术手段. 考虑到溶解氧序列数据非线性强、非平稳性突出的特点,提出一种基于双阶段注意力权重优化机制的长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)的河流溶解氧预测模型(DAIW-LSTM模型),该模型的编码器包含双阶段权重优化的空间注意力机制,而解码器包含双阶段权重优化的时间注意力机制. 将该模型应用于流溪河流域白云李溪坝、流溪河山庄、从化街口等水质监测站溶解氧日均值预测的研究,开展了该模型与DA-LSTM、LSTM、Bi-LSTM等基线模型的预测效果对比分析,探讨了特征权重优化机制及上游站点水质数据输入对模型预测性能的影响. 结果表明:①通过与基线模型的预测效果对比,验证了DAIW-LSTM模型的精准性,其对白云李溪坝站溶解氧预测的对称平均绝对百分比误差(SMAPE)、平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)分别为0.075、0.611、0.712,在所有模型中最优. ②对于新的注意力权重优化机制,第二阶段会对第一阶段的初步权重进行优化修正;针对pH、电导率、水温、气温等影响溶解氧预测的重要特征,DAIW-LSTM模型会自适应调整其权重在时间序列上的分布,从而提高该模型的预测精度. ③加入上游水质特征的输入影响,通过9个组合试验对比可知,DAIW-LSTM模型仍然为表现最佳的模型,该系列组合试验也证明上游站点及其特征变量选取的重要性. 研究显示,注意力权重优化机制的引入使得该模型相较其他基线模型展现出更好的适用性和精准性,可为地表水水质预测研究提供新思路.      

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.     

长江口入海通道水质综合分析与模型预测

以中国最大河口地区为例,2004—2018年对包括徐六泾、启东港、南港、北港在内的4个长江口主要入海通道断面进行定期监测。对水样中的高锰酸盐指数、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)等水质参数进行测定,运用综合水质标识指数法(WQII)对入海通道断面水质进行综合分析。选择溶解氧(DO)作为响应变量,建立各断面逐步回归方程、季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA),并对2018年10—12月进行预测以检验模型精度,比较2种模型在各断面的适用性。结果显示:1)长江口各入海通道断面DO浓度在空间上呈现徐六泾最高、北支其次、南支最低的规律,平均值为8.73 mg/L;2)各断面综合水质标识指数从相对最优开始排列依次为启东港(3.110)>徐六泾(3.120)>北港(3.220)>南港(3.420);3)除南港断面外,SARIMA模型相较逐步回归方程对长江口断面DO浓度预测的相对偏差更小。     

马鞍列岛保护区海域水环境质量分区评价

根据2012~2013年马鞍列岛保护区丰水期、平水期、枯水期3季的水质监测结果,利用富营养化指数(E)、营养状态质量指数(NQI)、有机污染指数(A),对水质富营养化程度和有机污染状况进行了分析。结果表明:水质COD、DO含量符合第一类水质标准,DIP含量基本符合第二类水质标准,而DIN含量超标严重;在丰、平两水期,各评价因子含量差异性比较明显,而枯水期则基本接近。该海域富营养化和有机污染较严重,不同季节均呈现富营养化,有机污染在平、枯两水期为中度污染状态,而丰水期则为严重污染状态,污染程度均为丰水期 枯水期 平水期;从分区上看,B、C、D 3个功能分区所处的中西部海域水质富营养化和有机污染最严重,A区(石斑鱼资源保护区)所处的北部海域居中,而E区(生态养殖区)所处的东南部海域相对最轻。     

沿海景观复杂度与水体生态环境的相关性研究

沿海潮间带湿地是生态敏感区,依靠沿岸不同形态的景观地貌与潮汐水动力作用,维系着近海水域的自然过程与生态平衡。通过调查、收集国内典型海湾的水体生态环境状况资料,运用分形几何学的分维模型和形状指数等景观特征量化方法,结合最小二乘法原理和SPSS统计分析软件,研究海湾近海水域的景观结构与水体生态环境（如赤潮、底栖生物多样性）之间的相关性,建立了底栖生物多样性与沿海地貌复杂度指标间的综合模型。研究结果表明,沿海岸线的曲折度及空间格局的复杂度对近海水域生物多样性及水体净化功能起到重要作用,其中岸线分维数是关键影响因素。研究结果对今后量化调控与管理沿海围垦开发建设提供新的理论依据和设计参考。     

渤海湾天津段海岸带水环境质量灰色关联度评价

以渤海湾天津段海岸带为例,对海岸带水环境质量评价指标和评价方法进行研究,在系统分析各种绝对灰色关联度计算方法的基础上,采用变权重的加权绝对灰色关联度计算方法,提出了基于灰色关联度的海岸带水环境质量评价方法.评价指标体系包括海岸带的物理、化学和生物指标,其中,化学指标可以选择COD_Mn,BOD₅,无机氮,磷酸盐和DO等,生物指标包括浮游植物多样性指数和叶绿素a浓度、浮游动物的多样性指数和均匀度指数、底栖生物多样性指数和丰富度指数.对渤海湾天津段海岸带的水环境评价结果表明:北部主要排污口———大沽口附近水环境质量面临威胁,水质呈Ⅲ~Ⅳ级;而中南部水质为Ⅱ级,远岸水环境质量良好,属于Ⅰ级.说明陆源活动影响是使水环境质量受损的主要原因.      

海洋牧场多水层溶解氧在线监测系统的构建及应用

为满足海洋牧场养殖区域多水层溶解氧（dissolved oxygen,DO）含量实时、在线、连续监测的需求,本文设计了一种剖面DO在线监测系统,系统集成自主研发的光学DO传感器,设计了链式DO剖面测量结构,开发了基于STM32单片机的数据采集与控制系统,通过无线传输模块与远程监控中心通信对接,实现了海洋牧场多水层DO监测数据的实时传输与可视化显示,方便用户查看当前海水DO及温度变化状况、历史数据及变化趋势。性能测试表明,本系统DO探头漂移可控制在3%范围内,整套系统的稳定性好、可靠性高。2016年至2018年,本系统在山东烟台的东方海洋云溪牧场进行了应用示范。观测数据显示:DO与温度表现出相似的变化规律,即表层>中层>底层;表层水DO浓度较高且变化幅度较小,中层海水DO变化幅度明显高于表层和底层,底层海水在未有明显的垂直混合作用下,DO呈持续走低趋势。观测期间,2016年和2017年海洋牧场底层海水均出现了长达18 d以上的低氧现象,且测试数据的时间序列变化趋势与天气变化相吻合,为海洋牧场的养殖企业提供了预警预报,减少了低氧灾害所带来的经济损失。     

2020年夏季渤海中部底层水体低氧现象成因分析

在气候变化和人类活动的双重作用下,海湾富营养化及其导致的季节性低氧成为近海生态安全风险评估的核心指标之一。本文根据2020年夏季渤海中部现场调查的结果,分析了渤海中部夏季DO的分布状况及其影响因素。监测结果表明,2020年夏季在黄河口东北部底层海域(38°N)出现约1300 km²的低氧区,DO最低浓度为2.18 mg/L。分析结果表明,2020年夏季渤海中部底层低氧区的形成受水体层化和富营养化的共同影响,富营养化导致了底层有机物的累积,有机物分解消耗了大量DO,而夏季层化作用阻碍水体的垂直混合,导致底部消耗的DO得不到及时补充,从而产生低氧区。本文对2020年夏季渤海中部底层水体低氧现象的研究,可为将来渤海生态环境监测和生态安全风险评估提供资料,具有一定的科学意义。