水库藻类暴发特征与预警指标探讨

近些年来,水库水源地藻类暴发频繁,对水库的水生态环境造成了严重的破坏,因此构建一套水库藻类暴发预警指标体系对监控水库生态环境有着重要的意义。文章以浙江省6座水库为研究对象,通过分析研究水库藻类暴发时各理化指标的监测数据,得到以下研究结果:(1)确定了水温、透明度、pH值、总氮、总磷、溶解氧、藻类数量和叶绿素a含量8个理化指标作为水库藻类暴发的预警指标;(2)预警指标的警戒值分别为水温25℃、透明度低于1 m、pH值8、总氮1.0 mg/L、总磷0.5 mg/L、溶解氧8 mg/L、藻类数量100万个/L、叶绿素a含量20μg/L;(3)以藻类数量、叶绿素a含量为控制指标,将浙江省水库藻类暴发预警划分为4级。     

基于神经网络的水库藻类预警模型研究

针对水环境水体富营养化现象日渐严重导致控制水质难度和成本增高情况,对华南地区S水库进行藻类水质监测及风险预警研究。根据水库藻类水华产生的特点,通过对近一年水库气象、水质数据的整理与分析,建立基于神经网络的S水库藻类水华短期智能预警模型。预警模型选取水库水温、pH、叶绿素总浓度、总磷、总氮、溶解氧6种水质指标作为神经网络预警模型的输入量,分别采用BP神经网络、广义回归网络对S水库藻类建立预警模型并对两种预警模型的特点进行分析与总结,并通过对预测精度和泛化能力等因素的综合比较推荐最优预警模型结构和参数值。     

水华暴发叶绿素-a与表征指标溶解氧和pH的关系

在连续监测的条件下,测量并记录叶绿素、溶解氧、pH、蓝绿藻数量等表征指标,通过各指标的相互关系分析,找出内在的规律,从而为水华的暴发提供预测.叶绿素与溶解氧叶绿素和pH、pH和溶解氧(DO)之间存在明显的正相关,相关系数R分别为0.83、0.80和0.94.同时发现可利用△pH、△DO预测水华的暴发.     

基于随机森林算法的水华预警模型

针对湖泊水华预警模型中的数据具有噪声较复杂和非线性的特点,而传统预警方法难以解决稳健性差和过度拟合等问题,采用机器学习分类算法——随机森林,根据叶绿素a的浓度判断水华是否发生,选取水温(T)、p H值、氮磷比(TN∶TP)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)作为影响因子,构建基于随机森林分类算法的稳健性较好、泛化性能强、实用性强的水华预警模型。选取太湖西半湖作为研究区域进行实例分析,结果表明:该模型预测精度达到91.67%,泛化误差小,能够有效进行短期预测;在水华发生的各个影响因子中,总磷和总氮是相对重要的影响因子。     

滇池叶绿素a的时空分布及其影响因子的相关分析

为了解滇池的叶绿素a的时空分布格局及其与主要环境因子的相关性,从2009年1月至2010年12月对滇池叶绿素a及其水质理化指标进行定期采样及监测.结果表明:滇池叶绿素a含量存在明显的季节变化.叶绿素a含量与水温、pH、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、总磷呈显著正相关,与透明度呈明显的负相关.     

水华监测预警在官厅水库的研究与应用

以北京官厅水库为研究区域,对影响叶绿素时空分布的因素进行监测、分析,发现水体温度和光照与叶绿素浓度有显著相关关系,在垂直方向上,叶绿素浓度峰值的变化与水温跃层的变化具有一致性,叶绿素浓度峰值出现在1~3 m处,并受光照、水温、水深等因素影响,白昼期间叶绿素浓度峰值的位置要高于黑夜期间叶绿素浓度峰值位置。基于以上分析,提出采用决策树网络及多元非线性回归算法对水华暴发进行监测预警。     

三峡水库香溪河库湾水体富营养化演化监测分析

三峡水库蓄水后,香溪河平邑口水域成为库区支流水体富营养化演化和水华发生的典型水域。通过对该水域表层水体叶绿素a与各种环境因子持续1 a的高密度监测结果的分析表明,叶绿素a与TP、温度、溶解氧,pH值和浊度正相关性明显,与PO4-P/TP和透明度负相关性明显。虽然叶绿素a与TN的全年监测结果的相关性较差,但水华发生时,TN、TP和叶绿素a存在明显的正相关性,说明水华期间藻类增殖对氮磷有明显富集作用。     

水华前后叶绿素a变化及其与水质因子的关系

针对目前关于叶绿素a(Chl-a)与水质因子关系的研究成果多是基于分析水华发生后水质资料的现状,以我国南方某水库2003年2月—2009年12月的水质资料为基础,分析水华(2006年)前后水库Chl-a随时间的变化特征和Chl-a与总氮(TN)、总磷(TP)、pH值、透明度(SD)和溶解氧(DO)的相关关系。结果表明:水华发生前(2003—2005年)叶绿素a峰值主要出现在夏季,水华发生后(2007—2009年)叶绿素a峰值集中在冬季出现,冬季发生水华的可能性增加;水华发生前Chl-a与TN、TP、SD、pH值、DO均无显著的相关关系,水华发生后Chl-a与TP、SD、pH值、DO的相关关系显著增强,表现为直接或间接的线性关系。     

基于GPU和数据同化的深水湖库水温与溶解氧中短期预报

深水水库通常存在季节性温度分层,由温度分层引起溶解氧等水质指标的分层还会诱发库区水环境水生态问题。当前在中短期时间尺度上对水库水温和溶解氧进行预报的研究相对较少,提高数学模型的模拟效率与精度对提升中短期预报效果至关重要。本文采用集合卡尔曼滤波算法作为同化方法,基于CE-QUAL-W2模型建立水库水动力水质数学模型,基于OpenACC的GPU并行方法提升模型计算效率,构建大黑汀水库水温与溶解氧的数据同化系统,在中短期时间尺度上开展水库水温与溶解氧高精度、高效率预报。预报结果符合水库水温与溶解氧的中短期变化规律,能够为大黑汀水库的供水与生态安全提供技术支撑。     

三峡水库近坝支流水华预警及处置策略初探

以三峡水库近坝支流香溪河为例,基于水华暴发特征规律,通过数值模拟手段,研究不同调度启动时间和执行周期下调度对水华暴发过程的影响,得到以下水华预警规则及处置策略:第一,水华易发时段,在香溪河上游河段(距河口25 km)设置叶绿素浓度连续监测站点;第二,在叶绿素浓度从较低水平连续上升至10μg/L时,保持日调峰泄流过程的条件下启动升水位调度,叶绿素浓度连续下降时可终止;第三,库水位在受上游来流或下泄流量限制而必须下降时,尽可能控制在叶绿素浓度连续下降以后。     

水体pH值对蓝藻水华生消的影响

蓝藻是河湖水华中常见优势种群,其生命活动、物质代谢与水体pH值密切相关,针对该问题,利用物理模型研究pH值对蓝藻水华生消的影响.结果表明:水体pH值与水华生消密切相关,当营养物质及其他条件适宜时,pH值为8左右可促进水华发生;当pH值不利于藻类生长,藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围.在试验研究阶段,不同处理组水体总磷含量均急剧降低,且与叶绿素a之间存在较好的相关性;水温变化较小,水体溶解氧与叶绿素a含量变化趋势一致,电导率受调节pH值所用盐类的影响.     

基于EFDC模型的南方某水库富营养化三维数值模拟

针对目前南方某水库存在“水华”风险问题,利用2010年实测水文、水质数据,基于EFDC富营养化模块,构建了南方某水库三维富营养化模型,并利用2011—2012年和2016年实测数据进行了模型参数率定和验证。结果显示水温和总磷模拟效果最好,模拟值与实测值高度吻合,年均总误差分别为0. 5%和-1. 4%; COD次之,模拟值与实测值基本吻合,年均总误差为-4. 4%;总氮和叶绿素模拟值与实测值有一定偏差,但仍能很好模拟变化趋势,氨氮和溶解氧稍差。该模型可为该水库后续开展水质和水生态预测预警提供技术支持。     

水环境中硅藻水华预警和控制技术研究

我国长江以南地区近年来出现了日益严重的硅藻水华污染,对城市水环境生态安全产生了重大影响。本文采用先进的浮游植物分类荧光仪、荧光显微镜和紫外线准平行光束仪,研究了硅藻生长规律,探讨了光合活性、叶绿素含量和藻细胞数量之间的变化规律,识别了其机理性的逻辑关系。结果表明,硅藻细胞数量能够达到108个/L,具有形成硅藻水华的风险。"光合活性"适合作为硅藻预警指标,预警时间能够提前5 d左右。紫外线UV-C能够有效控制硅藻的生长,辐照时间1~16min,有效辐照剂量为100 m J/cm2,应急处理辐照剂量为200 m J/cm2以上。紫外线辐照技术需要周期性地实施,以防止藻类复活。     

洋河水库富营养化限制性因子分析

以洋河水库2001~2005年的监测资料为基础,运用回归统计方法,选择水温等8项环境理化指标与藻类叶绿素a进行回归分析。结果显示,总磷、水温、pH值和透明度与藻类叶绿素a呈显著相关,其中总磷和水温是洋河水库富营养化限制性因子。根据2003~2005年水库监测资料,建立多元逐步回归方程,预测水库藻类叶绿素a的变化情况。运用该回归方程,计算水库2001~2002年藻类叶绿素a变化情况并与实测值作比较,结果表明,该方程能基本预测洋河水库藻类叶绿素a的变化趋势。     

辽宁大伙房水库水质变化与安全预警

于1979～2005年调查了大伙房水库理化指标、水生生物群落、藻类叶绿素a、初级生产力,对水质安全预警进行了系统研究.结果表明,水库水质安全预警,总磷为轻-中警,总氮为轻-重警,生态综合预警为轻-中警.大伙房水库水体只受到轻度污染,水质等级为近Ⅱ级,属浮游植物响应型中营养水体.     

河道型水库富营养化及水华调控方法和关键技术

本文提出了河道型水库富营养化及水华调控的系统研究方法,重点探讨了水利水电工程影响下的河道型水库富营养化及水华监测、模拟及调控方法及关键技术,包括流域水环境监测评估与水华预警系列技术,大型水库多维、多场耦合富营养化模拟系统,以及改善河道型水库支流库湾水温层化进而抑制水华暴发的调控方法等,以期为抑制河道型水库支流库湾水华暴发、改善水库水质提供参考和依据。     

韶关市赤石迳水库水华预警预报

近年来水库水华爆发频繁,针对赤石迳水库的实际情况,设立了赤石迳水库水华预警预报,确保及时掌握赤石迳水库发生水华情况,以便更好地采取应对措施,减少水华产生的危害。     

苏烟水库藻类暴发机理分析

以2009、2010年苏烟水库藻类暴发期的监测数据为基础,分析水体浮游藻类参数(藻类种群结构、优势种类、藻细胞密度)以及水体水质物化参数(水温、总氮、总磷、叶绿素a)等有关参数对藻类繁殖的影响,从而研究苏烟水库藻类水华暴发机理。     

基于水质现场监测参数的于桥水库水体分层特征初步研究

于桥水库是跨流域供水的水库,研究各项水体现场监测参数随水深变化规律,结果表明:于桥水库表层(0~4 m)是水体交换活动频繁的区域,水下(4~10 m)为于桥水库的温跃层,水下(10 m)为下层水体。在温跃层,水温、p H值、电导率、溶解氧等指标发生了剧烈的变化,氧化还原电位受水体深度影响较明显,叶绿素a受水体深度影响也较明显。     

局部降温对输水渠道水华抑制的影响分析

南水北调中线工程自通水以来,发挥着巨大的社会和经济效益,已成为京津地区的主力水源。中线工程输水的水质理化指标相对稳定,但局部渠段存在藻类异常增殖现象,有水华爆发的风险。针对出现的藻类异常增殖问题,在通冷风这一改变局部气象条件的工程措施基础上,建立了澎河—沙河渡槽段平面二维水动力和水质模型,研究了通风位置、通风温度和通风时长等因素对输水渠道水温和藻类的影响。研究表明：水温和叶绿素a<>/i浓度均与通风位置、通风温度和通风时长有关,通风温度越低、通风时长越长,平均水温和叶绿素a浓度下降幅度越大,平均水温最高可下降约2 ℃,叶绿素a浓度最大可降低约54.5%,且仅上游和全渠段通风均可有效降低水温和抑制藻类生长,仅下游通风对水温和藻类的影响较小。因此,采取局部降温的方式可以起到一定的降低叶绿素a浓度的作用,综合考虑藻类抑制效果和工程成本,在水华易爆发渠段的上游通冷风是行之有效的工程措施。