面向对象的湖泊污染控制智能工程设计方法

针对传统湖泊污染治理在工程设计上存在的不足,在分析传统方法与面向对象的智能设计方法差异性的基础上,提出面向对象的智能设计方法的关键特征,即:对象视角、因果为基、集点成面、时空优化.以蓝藻控制为对象,基于垂向水动力扰动机和抽水除藻回灌技术,对蓝藻控制和水质改善的效果进行了面向对象的智能设计分析.主要的研究结论如下:传统的工程设计范式无法科学指导切实有效的湖泊污染工程设计与决策;在案例中,智能设计方法基于对象视角和定量因果分析,确定扰动机技术对于实现低到中等的水质改善目标(如在本试验水体中设置Chla浓度峰值控制目标为70μg·L-1)具有比抽水技术高得多的效率,但如果水质目标高于一定值(如在本试验水体中设置Chla浓度峰值控制目标>100μg·L-1)时,扰动机不能实现,抽水技术可以实现,但单独使用抽水技术成本太高;结合两种技术比单独使用其中一项都更有效率,且两种技术的定量规模控制对实际工程效益和成本具有显著影响.本研究显示了应用面向对象的智能设计方法的重要性与潜力,为促进湖泊污染的有效治理、有效改善湖泊水质以及相关决策提供一种新的方法学和思路.     

滇池流域宝象河暴雨径流初始冲刷效应

为了有效理解滇池非点源入湖过程,选择滇池流域宝象河开展暴雨径流初始冲刷效应的初步研究.2009年雨季,在其干流沿程上、中、下游设置3个断面进行了初期3场暴雨及河道水量、水质同步观测,并提出降雨净冲刷量、负荷净冲刷量以及净冲刷径流平均浓度EMCn的定义与计算方法.结果表明,宝象河TSS、TN、TP、高锰酸盐指数的EMCn、累积曲线M(V)随着河道沿程不透水地面比例和人口规模的增加而提高,TSS、TP负荷贡献率及其M(V)与降雨强度的变化趋势一致,而TN和高锰酸盐指数负荷贡献率则与降雨量表现正相关,其中TN中NO3--N所占比例随着降雨事件次数增加而逐渐降低;此外,提出的EMCn也被证实能有效消除各点位的基流及其负荷影响,相对冲刷径流平均浓度,更为真实反映且能放大沿程断面间、不同降雨事件间的暴雨初始冲刷效应的差异.     

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.     

太湖氮、磷自净能力的实验与模型模拟

于2011年9月对太湖竺山湖开展了1次湖区实验,根据质量平衡原理,通过进出竺山湖湖区河道以及竺山湖湾心、湾口水量、水质测量,弄清了竺山湖湖区营养物质进出以及消纳规律,从而为完善水量-水质模型参数提供依据,也为进一步研究太湖水体自净能力提供了基础资料.采用EcoTaihu模型模拟了太湖营养物质的循环以及自净能力,根据竺山湖湖区实测结果对模型进行了验证,实验得到竺山湖湖区总氮年自净能力为1 979 t,总磷年自净能力为119 t,通过EcoTaihu模型计算得到竺山湖总氮年自净能力为1 911 t,总磷年自净能力为116 t,实测数据和模型较为吻合.模型计算结果表明,2006、2008、2010年太湖氮元素自净能力分别为4.00、4.27、4.11万t.2006、2008、2010年太湖磷元素自净能力分别为1 566、1 798、1 712 t.     

天目湖沙河水库浮游植物群落结构的时空异质性

为揭示水库浮游植物群落结构的时空异质性,以江苏省溧阳市天目湖沙河水库为例,基于8年逐月浮游植物群落结构及相关环境因子的连续监测结果,分析了水库河流区、过渡区及湖泊区浮游植物群落结构的季节差异及影响因素.结果表明,空间上营养盐、浊度和悬浮颗粒物等关键水质指标及浮游植物叶绿素a含量均呈现河流区过渡区湖泊区的现象,透明度呈现河流区过渡区湖泊区的现象,其中河流区的各环境因子与过渡区和湖泊区的空间差异显著(ANOVA,P0.05),而过渡区与湖泊区之间仅在透明度、浊度、悬浮颗粒物等物理参数方面差异显著;同样,浮游植物生物量上也呈现河流区过渡区湖泊区的现象,其中河流区与过渡区、湖泊区之间差异显著(ANOVA,P0.05),而过渡区与湖泊区之间则无显著性差异;但在浮游植物的优势属方面,河流区、过渡区、湖泊区基本一致,仅隐藻门生物量在河流区、过渡区、湖泊区具有显著性差异(ANOVA,P0.05),呈现河流区过渡区湖泊区的特征.不同季节之间浮游植物群落结构差异较大:生物量在夏季最高,冬季最低;优势属在春季以针杆藻(Synedra)、小环藻(Cyclotella)、隐藻(Cryptomonas)和曲壳藻(Achnanthes)为主,夏季以针杆藻、隐藻、尖头藻(Raphidiopsis)、席藻(Phormidium)为主,秋季以隐藻、针杆藻、尖头藻、束丝藻(Aphanizomenon)为主,冬季以隐藻、针杆藻、曲壳藻和小环藻为主;其中针杆藻、隐藻为全年优势属.统计分析表明,水温、总磷、透明度是浮游植物时空差异的主要影响因子.研究表明,对于沙河水库这种换水周期为4个月的大(Ⅱ)型水库,虽然浮游植物总生物量在空间上有显著性差异,但群落组成上仅隐藻属的空间差异显著,多数浮游植物群落结构在空间分布差异较小,当浮游植物群落结构调查时可以适当减少观测点位,提高采样频次,以提高水库环境监测的样品代表性.     

湖泊水面温度遥感定量反演研究综述

湖泊水面温度与藻类生长密切相关,通过获取水体表层温度信息来监测湖泊水面温度时空动态变化,对于蓝藻水华预警监控具有重要意义。湖泊水面温度遥感定量反演的理论方法与反演地表、海洋表面温度基本相同。本文在介绍遥感反演地表温度原理的基础上,总结了国内外基于热红外波段反演水体表面温度的单窗算法、劈窗算法、多通道算法等几种常用方法,重点分析了各算法的优缺点和反演的主要难点,并对今后在内陆水体藻华预测顸警等方面的应用趋势进行了展望。     

于桥水库富营养化特征分析及应对措施研究

选取于桥水库上游控制断面——天津果河桥断面1999-2007年的水质监测资料为研究对象,统计该断面6项主要污染项目的超标情况,采用Kendall趋势检验方法对此6项监测指标的月序列进行趋势分析,研究这6项指标在丰水期、平水期、枯水期及年均值的变化趋势.通过分析果河桥断面水质超标情况及该断面主要污染物的变化趋势,得到于桥水库的富营养化特征,结合污染源调查,提出富营养化控制措施.结果表明:于桥水库富营养化的限制因子是磷元素,7-9月蓝藻暴发事件主要是由库区底泥中磷元素的释放所引起的,并且底泥中磷元素的释放受铁氧化-还原控制,上游来水中的铁元素对于桥水库蓝藻暴发有着重要的影响作用.为了防止于桥水库出现藻类暴发的水质恶化事故,需要采取两种关键措施,一是严格控制上游选矿企业富含铁元素尾水的排放,以降低入库水流中铁元素的含量,二是采取底泥氧化或人工曝气等原位技术抑制底泥中磷的释放.     

湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展

湖泊的内源氮磷污染已成为湖泊富营养化治理的一大难题.本文总结了沉积物中氮磷赋存形态、沉积物-水界面氮磷迁移释放行为和沉积物中氮磷的生物有效性三方面的研究进展,提出了目前研究存在的问题,并对未来发展趋势和研究方向进行了展望,以期为湖泊内源氮磷污染机理分析和湖泊富营养化治理控制技术提供参考.     

论有机质在湖泊水环境中的作用

国内外学者在湖泊水环境方面开展了大量的研究,然而主要集中在各种形态氮、磷等营养盐上,对有机质的来源、循环及生态学效应的研究比较缺乏。近期研究表明：有机质是水体及沉积物中的重要组分,沉积物中有机质可经分解、矿化,释放到上覆水体,重新进入营养循环;同时,有机质对重金属及有机污染物的迁移转化有着重要影响。本文简要分析了湖泊有机质已有的研究进展,论述了有机质在湖泊水环境中的重要作用、主要技术突破及难点,指出有机质研究对水环境质量评价、污染控制和生态修复都具有重要意义。研究表明,开展有机质在水环境中循环转化、生物有效性及其与富营养化之间关系的研究,将是湖泊水环境研究领域未来的主要研究方向之一。     

湿润区与干旱区典型湖泊湿地对比案例研究

选取东部湿润区与西北干早区典型湖泊湿地--洞庭湖湿地与艾比湖湿地,对其湿地资源特征、湿地生态服务功能及价值、湿地退化的表征和退化湿地生态恢复对策等方面进行了比较研究.通过研究发现,湿润区湖泊湿地资源禀赋优于干早区湖泊湿地,湿润区湖泊湿地与干旱区湖泊湿地均具有较强的生态服务功能和较高的价值,在湿地退化表征方面有共性也有差异,针对不同气候区域的退化湖泊湿地应采取不同的恢复对策.