基于水华风险控制的再生水景观水体水力停留时间阈值研究

再生水景观利用是解决城市景观用水短缺的有效途径之一。但较高氮磷浓度的再生水进入流动性较差的景观水体中极易发生水华现象。在现有再生水排放标准下,水力停留时间的调控是控制景观水体中微藻生物量的有效手段。根据微藻生长模型和水质动力学模型,提出了基于水力停留时间调控的景观水体水华控制方法及其阈值确定方法。通过计算,得到再生水氮、磷浓度执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》A标准(总氮15 mg/L,总磷0.5 mg/L)对应的水力停留时间阈值为2.477 d;执行DB11/890—2012北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》A(总氮10 mg/L,总磷0.2 mg/L)对应的水力停留时间阈值为5.034 d;执行昆明市地方标准DB5301/T43—2020《城镇污水处理厂主要污染物排放限值》A级(总氮5 mg/L,总磷0.05 mg/L)对应的水力停留时间阈值为21.659 d, B级(总氮10 mg/L,总磷0.3 mg/L)对应的水力停留时间阈值为3.783 d, C级(总氮15 mg/L,总磷0.4 mg/L)对应的水力停留时间阈值为2.811 d;执行91/...     

流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响

为讨论流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响,本文研究了铜绿微囊藻在0.0,0.3,0.6,0.9Pa切应力作用下的生长情况,并分析了藻细胞生理指标以及藻液指标的变化情况.结果显示,低于0.6Pa的切应力能使藻细胞密度和光合色素含量不断增加,从而促进铜绿微囊藻的生长繁殖.其中0.6Pa对藻细胞生长最有利,此条件既能提高藻细胞光合作用强度和营养盐利用率,又未过度破坏细胞结构.但0.9Pa高切应力将通过对藻细胞结构的破坏来影响膜渗透性,进而抑制铜绿微囊藻生长与代谢.研究表明,流体切应力对铜绿微囊藻细胞的影响体现为“低促高抑”,即适度切应力能够增强铜绿微囊藻细胞的活性,而高切应力会抑制其生长.本文结果将为湖泊水库等水体铜绿微囊藻水华的预防和治理提供了新的思路和方案.     

2013~2021年邢台PM2.5重污染过程输送和增长特性

利用河北邢台2013~2021年的PM_2.5、气象要素和模拟资料,着重针对重度及以上污染过程（SAAP）中PM_2.5增长速率、来源及其与大气环流和风场的关联性进行分析.结果表明,2013~2021年邢台共发生PM_2.5污染过程164次,SAAP 103次.地面环流中倒槽型出现概率较低,但出现污染概率最高（61.1%）,其次为高压控制型;500 hPa为平直西风带控制时重度及以上污染概率最高（20.7%）,槽后型次之（16.1%）.SAAP中PM_2.5小时变化率（ΔPM_2.5）主要在±150 μg ·（m³ ·h）^-1,PM_2.5小时变化率为正（+ΔPM_2.5）贡献约61.7%,其中暴发增长占比约13.9%.北偏东风为与重度及以上污染关联最为紧密的风向.中等风速条件下SAAP中ΔPM_2.5平均值大多低于静小风,但东偏北和南偏西部分风向区间中,中等风速ΔPM_2.5平均值显著高于静小风（与污染传输有关）;较大风速对ΔPM_2.5影响复杂.后向轨迹表明,SAAP中缓慢、快速和暴发增长的后向轨迹可分为北偏西、北偏东和偏南3个主要路径,随增长速度加快,北偏西气团来向占比增大.缓慢增长气团相对湿度（RH）较大（80%以上RH>50%）,快速增长气团RH分布较集中（主要为35%~55%）,暴发增长中的低RH （RH<50%）气团占比明显增加（约63%）.模拟表明SAAP可分为本地累积、北部偏东输送、北部偏西输送、混合输送型和偏南输送这5类,其中混合输送型占比最高,其次为北部偏西输送型.偏南输送、本地累积和北部偏东输送型中出现概率最高的高低空配置均为高空槽后配合地面均压场;北部偏西输送型中地面高压配合高空槽后出现概率最高;混合输送中多种环流配比相对均衡.     

基于复杂网络的城市湖库藻类水华形成识别研究

在对城市湖库藻类水华形成机理深入研究的基础上,将提取的影响水华暴发的关键因子总磷(TP)、总氮(TN)、温度(T)、pH值、溶解氧(DO)、光照(I)、叶绿素a浓度(chl_a)作为网络节点,将影响因素间的关系抽象成网络的边,构建了藻类水华形成的有向网络模型.同时,计算了复杂网络的统计特征参数,构建了节点的关键度模型,并进行修正,进而构建了水华形成的复杂网络统计特征参数模型G,对其进行半定量分级,从而实现对水华暴发的有效识别,最后采用北京城市河湖水质的实验数据对模型进行了验证.结果表明,复杂网络统计特征参数G与叶绿素a浓度有显著的相关性,能够较好地表征水华形成过程.     

栅藻生物膜与水体浮游栅藻的耦合作用研究

通过构建的光反应器研究了水体与藻垫的关系。结果为:1)培养基加入栅藻后,在温度为19.22~25.27℃周期性变化条件下,电导率呈现周期性的波动,变化幅度为1 904~1 939μS/cm,pH变化幅度为8.88~9.58,溶解氧为7.22~9.3 mg/L,叶绿素a保持周期性的波动,为6.16~77.59μg/L,浊度与叶绿素呈正比例关系,y=9.295 2x(R2=0.916 2)。2)水体扰动后,水体中叶绿素含量急剧升高到461.1μg/L,然后逐渐降低到40.95μg/L;温度在27.69℃时,叶绿素周期性波动消失。浊度与叶绿素呈正比例关系y=13.418x(R2=0.784 6)。3)静置培养,在周期性温度和光照变化条件下,水体生物量在一定范围内呈现周期性变化。在水体受到剧烈扰动后,水体中的生物量急剧升高;恒定温度,叶绿素周期性变化消失。不同过程浊度和叶绿素浓度呈正比例关系,比例系数不同。     

数据缺失条件下基于MLP神经网络的水华风险预警方法研究

针对水华风险预警过程中相关监测指标数据缺失的问题,借鉴多元统计和随机分析构建了一种缺失数据插补方法,用于弥补现场调查数据的不足.基于主成分分析,对水华相关影响指标进行降维,确定水体水华风险预警模型的输入层变量.同时,采用多层感知器(MLP)人工神经网络模型对水华表征指标叶绿素a的浓度进行预测,并引入风险概率的概念,提出了水华风险概率计算公式,完善了水华预警的风险表达.最后以三峡库区典型支流大宁河为案例的研究证明了上述方法的可操作性.研究结果显示,插补数据条件下和未插补数据条件下的大宁河水华风险预警模型决定系数分别为0.9711和0.7769,前者的模型准确性更高,叶绿素a浓度预测效果更好;预测时段内大宁河11 d为水华蓝色预警(无警)级别,水华发生的风险概率为1.99%~18.61%;1 d达到水华橙色预警(中警)级别,水华发生概率为90.48%.     

三峡库区支流澎溪河水华高发期环境因子和浮游藻类的时空特征及其关系

分别在2014年春季和夏季三峡库区水华高发期,在库区北岸最大支流澎溪河流域从其河口处逆流而上至回水末端共布置8个采样点,对浮游藻类和环境因子进行了监测,运用数理统计分析手段,对浮游藻类的群落结构及其与环境因子的关系进行了分析.结果表明在4月中旬,除河口样点外,其他采样点水体出现分层,但断面多只有温跃层和滞温层,而没有混合层;上游水体层次间温差高于下游水体;各采样点的水深以及表层水体(水面向下至0.5 m深的水层)的水温、浊度、p H、电导率、溶解氧、叶绿素a、总氮和总磷的空间分布差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类25种(属),丰度在(2.76~145.8)×10~4cell·L~(-1)之间,以角甲藻(Ceratium hirundinella)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;上游接近支流来水的样点S7(63.4×10~4cell·L~(-1))和S8(145.8×10~4cell·L~(-1))水华最为严重;硝酸盐氮、水温、p H、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.在7月下旬,水体分层,趋势与春季相似;各采样点深度和0~0.5 m水层的水温、浊度、氧化还原电位、p H、电导率、叶绿素a、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的空间分布仍然差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类46种(属),丰度在(9.56~278.88)×10~4cell·L~(-1)之间,总体以席藻(Phormidium sp.)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;下游接近澎溪河河口的样点S2(216.44×10~4cell·L~(-1))、S3(278.88×10~4cell·L~(-1))和S4(108.12×10~4cell·L~(-1))水华严重;浊度、水深、总氮、氧化还原电位、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.水体分层与水华形成有重要关系.     

薄荷提取物对3株微藻生长特性的影响

薄荷中含有不同的化感物质,其化感作用可能抑制或促进微藻生长,达到对水华微藻或商业微藻的调控作用。该研究以铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻为受试藻种,探究了薄荷提取物对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和栅藻生长特性的影响。发现薄荷提取物对铜绿微囊藻(蓝藻)的生长具有抑制作用,其抑制率最大可达97%,而对蛋白核小球藻和栅藻(均为绿藻)的生长具有一定的促进作用,最大促进率可分别达552%和176%,两株受试绿藻的干重最大增加0.60 g/L和0.62 g/L。可见,薄荷提取物对不同藻种的生长特性影响不同,通过添加薄荷提取物控制微藻生长,达到对不同藻种的调控作用。     

河口水华区溶解有机碳行为与机制初探

浮游植物生长与固碳之间存在紧密的联系,相关机制的研究有助于更好了解海洋碳循环的过程。一般认为,水华发生时由于浮游植物大量繁殖,溶解有机碳（dissolved organic carbon,DOC,采用高温燃烧法测定）相应增加,然而,现场调查发现,长江口和珠江口夏季中高盐度（盐度10~30）水华区DOC浓度与非水华区相近,水华区总有机碳（total organic carbon,TOC）浓度较非水华区显著增加,其中,长江口水华区TOC比DOC增加60~140 μmol/L,珠江口水华区TOC较DOC高出~110 μmol/L以上,显示固碳主要以颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）存在。培养结果表明藻菌混合培养条件下DOC增加只占固碳~10%（即固碳的~90%为POC）,相反,无菌培养条件下DOC增量可占固碳的~80%（即固碳的~20%为POC）,两个河口水华区DOC未显著增加的机制可能是由于浮游植物产生的DOC易被细菌降解所致。     

三峡库首回水区水华期间污染因子变化趋势及相关性分析

摘要：2011年3月，三峡库区夷陵区段回水区发生水华，水体呈红棕色。在水华爆发期间，水体中溶解氧、pH值、高锰酸盐指数、总氮、总磷均出现异常偏高现象。通过对水华期间污染因子跟踪监测，对该水域水体中污染因子变化趋势进行分析，同时对各污染因子之间相关性进行讨论，最后分析了相关原因。