太湖水深变化对氮磷浓度和叶绿素a浓度的影响

水深作为重要的湖泊水文因子,对湖泊水动力过程、化学过程和生态过程具有重要的影响。通过对1993-2002年太湖水深水质实测资料的回归分析,建立了太湖7个分区的水深与总氮、总磷、叶绿素a浓度的回归方程。结果表明,叶绿素a浓度对水深变化的响应并不显著。一般情况下,水深变化对营养盐浓度的影响不显著,但在特定的湖区,如梅梁湾,水深变化对营养盐浓度的影响显著。鉴于水深变化可以对太湖局部区域的水环境具有显著的影响,因此存在通过太湖流域水利工程的联合运行,人为调控特定湖区水深,在一定程度上改善水质的可能性。     

水体交换年龄模型研究

采用剖开算子法,把水体年龄控制方程分成几个连续的初值问题。在任意三角形网格中,分别对不同性质的算子采用各自适合的算法,即采用特征线法求解对流分步,采用半隐式有限元法求解扩散分步和传播分步。利用水体交换模型试验结果和水体年龄对称特性解析解对所建立的年龄模型进行了验证计算,结果表明,建立的水体年龄模型计算结果与试验结果、解析解结果吻合,可较好地预测水体交换年龄。     

总磷运移二维模型的有限元法

水库中总磷的浓度是水库富营养化的重要指标，根据水库水环境条件，给出污染质总磷运移的二维数学模型；采用Galerlom有限元法进行求解，并给制了等值线图，得到水库中总磷的时空变化规律，为防治水库污染、选择最佳处理方案提供科学理论依据。     

通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

二维水动力学模型在鞍山地区河道整治工程流态评估中的应用研究

结合二维水动力学模型对鞍山地区某河道整治工程前后的流态进行分析。分析结果表明:二维水动力学模型可较好的表征河道整治前后的流态影响。断面计算流速与实测流速之间的误差绝对值在0. 27～2. 07m³/s之间,水位计算误差在之间0. 03～0. 41 m之间,可满足流态计算规范精度。河道整治后,断面平均流速得到有效控制,过流能力显著提升,利用区域防洪安全。研究成果为河道整治前后流态评估提供一种新方法。     

长春市南湖叶绿素a浓度高光谱估测模型研究

利用野外高光谱仪(ASD Field Spec radiometer)在长春南湖进行了反射光谱测量和同步水质采样分析,通过研究水体藻类叶绿素a浓度与其高光谱反射特征之间的相关关系,采用单波段反射率、反射率比值法和一阶微分法分别建立了叶绿素a的高光谱定量模型。结果表明:三者与叶绿素a线性相关程度都比较高,决定系数在0.70左右,而且其显著水平P<0.01,都可以用于叶绿素a的定量遥感,其中单波段模型效果最好。为今后利用高光谱传感器在南湖进行叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础。     

二维水动力模型的并行计算研究

建立了二维水动力并行模型;针对MPI不能实现进程迁移现状,自主开发了并行通讯平台,平台机群负载平衡采用基于蚁群算法的人工智能算法,并根据模型需要制定了相关通讯协议;对长江内江段进行数值模拟,结果表明当网格数一定时,存在一最优客户端数,当客户端数小于最优客户端数时,并行算法所需时间小于串行算法时间,并随着客户端数增加,所需时间也逐渐减少;反之,所需时间则逐渐增大。     

含沙水体污染物生物降解反应动力学研究

以含多组分的生活污水为模拟污染物,通过实验方法对含沙水体中污染物生物降解规律进行了研究,得出了污染物生物降解速率常数与含沙量的关系式。研究结果表明:(1)低浓度污染物在含沙水体中的生物降解过程符合一级反应动力学过程;(2)对同一粒径组泥沙而言,含沙量越大,污染物生物降解速度越快。即泥沙的存在促进了污染物的降解;(3)污染物生物降解速率常数随着含沙量的增大而增大,两者存在非线性的函数关系。含沙量增大到一定值时,降解速率常数趋于最大值。     

二维最平模型的大地电磁快速反演

在已有原理的基础上，本文给出了一种新的大地电磁二维快速反演方法，该方法在合理的模型网格下，求模型的纵向和横向一阶偏导数平方最小，反演得到最平滑模型，有效地消除了二维近似反演中易出现的多构造和数据过拟合现象。同时，引入总体控制函数以及用牛顿单变量寻根法求拉格朗日因子，使反演快速、稳定地收敛。理论模型试算表明，该方法比近来发展的同类反演方法效果更好，另外，野外资料的反演也取得了比较满意的结果。     

用生态环境再改变理论研究湖泊富营养化治理方法

湖泊的生态环境,由于大量有机污染物排入而发生变化,结果破坏了生态系统食物链,形成藻类优势物种,产生富营养化.研究一种局部、小的生态环境再改变的方法,采用大量培养轮虫(类)吃掉藻类,使生态系统食物链恢复.恢复一小块再移动恢复另一小块,最终可根治湖泊富营养化.     

中国北方某湖泊底泥污染分析及重金属潜在生态风险评价

以中国北方某湖泊(以下称A湖)为例,开展了底泥中氮磷污染及重金属生态风险评价研究,探讨多种评价方法的相关性,并分析底泥中氮磷元素向上覆水迁移造成水体富营养化的风险.选取A湖中心区域的10个底泥监测点位数据,对其总氮、总磷及重金属(Pb、Cr、As、Cd、Ni)含量进行分析,并采用有机污染指数法评价总氮污染,单因子指数法...     

WASP 水质模型在河流富营养化问题中的应用

生态系统动力学模型可以真实地刻画河流富营养化问题。基于这一模型,运用WASP 水质模型对浑河支流细河2007 年污染质运移问题进行数值模拟,并对模拟的效果进行分析与解释。结果显示, 7 月份在靠近工业园区和居民区附近河段,BOD 浓度＞ 140 mg·L － 1,污染严重,其主要原因为工业废水和居民污水的大量排放,表明基于生态系统动力学模型的WASP 较以往的经验回归等统计模型更能反映河流富营养化问题的动态变化规律。     

水体富营养化状态对城市河道底泥吸附/释放P的影响——以江苏省苏州市河道试验研究为例

以苏州古城区内的河道为研究对象,采用静态培养的方式,研究了上覆水体不同富营养化程度对底泥中P释放/吸附的影响。研究结果表明：截断外源污染后,苏州河道底泥对水体中营养盐P呈现吸收状态;随着上覆水体磷酸盐浓度的增大,单位面积底泥累积吸收的磷酸盐就越多;上覆水与底泥比值越大,底泥对P的吸附率有减小的趋势。     

水体富营养化状态对城市河道底泥吸附/释放P的影响 ——以江苏省苏州市河道试验研究为例

以苏州古城区内的河道为研究对象,采用静态培养的方式,研究了上覆水体不同富营养化程度对底泥中P释放/吸附的影响。研究结果表明：截断外源污染后,苏州河道底泥对水体中营养盐P呈现吸收状态;随着上覆水体磷酸盐浓度的增大,单位面积底泥累积吸收的磷酸盐就越多;上覆水与底泥比值越大,底泥对P的吸附率有减小的趋势。     

颗粒态氮磷负荷模型研究

为研究妫水河流域的颗粒态氮磷非点源污染来源,以控制非点源污染,在官厅水库周围进行了野外人工降雨试验。试验数据表明,氮磷输移率与产沙率具有很好的相关性,颗粒态氮、磷的平均相关系数分别为0.9594和0.9772。建立了新的颗粒态氮磷负荷模型,其中富集系数等于泥沙中总氮总磷百分含量与土壤中百分含量之比。根据妫水河流域的土壤图、土地利用图及数字高程模型,应用新的模型研究了妫水河流域颗粒态氮磷污染负荷的空间分布。结果表明,颗粒态氮磷主要来自地表植被覆盖差的丘陵和山地。     

建三江地区土壤氮磷生态化学计量空间异质性特征及其影响因素分析

土壤全氮(TN)、全磷(TP)及氮磷比(N/P)是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标,研究其空间异质性特征对土壤养分管理以及生态环境监测等政策的制订具有重要意义。本文通过土样采集和室内实验分析,结合地统计分析及地理信息系统(GIS)等方法,对建三江地区表层(0~20 cm)土壤中的氮、磷生态化学计量空间变异及影响因素进行研究。结果表明:土壤全氮、全磷以及氮磷比的均值分别为2.49×10-3、0.81×10-3和3.20。土壤全氮和氮磷比空间自相关性很强,而土壤全磷空间自相关性处于中等程度,且均符合指数模型。从空间分布来看,土壤全氮高值区主要呈斑块零星分散在东部、南部和西北地区,而低值区主要在西北和中西部地区零星分布;土壤全磷高值区主要分布在东部和西北地区,中部地区则为低值地区;土壤氮磷比分布则呈镶嵌状,高值区以斑块状分散于中部、南部和东北部地区,而低值区主要位于西北地区。研究区土壤类型、第四系类型和土地利用类型是影响土壤氮、磷生态化学计量特征的重要结构性和随机性因素,而土壤母质和地貌类型则对土壤氮、磷生态化学计量特征影响不大。     

反复动载下土体的动应力累积效应及量化模型研究

土体受到反复动载作用时,土中产生的动应力在一个周期荷载结束后不会立刻释放,而是需要一定的扩散时间,其中部分应力将逐次叠加到下一次荷载产生的动应力之中,随着动载次数的增加而逐渐积累,形成动应力"累积效应"。试验结果表明,动应力累积总量与土体性质、荷载产生的动应力强度、动载频率及动载次数等因素有关,在反复动载作用下,土中产生的动应力包括单次动载产生的动应力与反复动载产生的动应力累积两部分。     

随机扩散水质模型研究

考虑湖泊中影响总磷沉积过程的众多生态因子的变化过程,假定湖泊中总磷沉积过程由标准布朗运动驱动,建立了一个总磷浓度的随机扩散方程,推广确定性富营养化Vollenweider水质模型为随机扩散模型,获得了总磷浓度过程的解析解,进而求出了总磷浓度过程的均值和方差,指出了一种依据沉积系数调控湖泊中总磷浓度的方法。模型被应用于巢湖总磷浓度过程的模拟。     

突变模型势函数的一般表示式及用于富营养化评价

通常的初等突变评价模型仅给出控制变量维数n≤4的突变模型的势函数及相应的归一化公式,对高维(n≥5)的复杂系统需将其分解为若干维数小于4的多层子系统后再递归进行,且一般只给出各评价结果的相对排序.通过对初等突变模型势函数形式和相应的归一化公式的观察、比较和分析归纳,推演出包括任意维的突变模型的势函数形式及其相应的归一化公式.将推导出的突变评价归一化公式和分层递阶降维突变评价模型相结合,实现对指标众多的复杂系统的评价和分类.将突变评价公式应用于北京市21个湖泊的富营养化评价,并与多种评价方法进行了比较.结果表明,除1个湖泊的评价结果有相邻一级之差外,其余20个湖泊的评价结果完全一致,表明推演出的高维突变势函数形式和归一化公式是合理的.将其用于湖泊富营养化评价具有简单、实用的特点.