2006-2017年乌梁素海夏季水体营养状态及影响因子

为探明草型湖泊乌梁素海水体营养状态及演变趋势,明确水体富营养化的关键影响因子,本文采用2006-2017年每年7月份湖泊水质监测数据,利用综合营养指数法评价了湖泊不同区域监测点的水体营养状态,模拟分析了湖泊水体营养状态的演变过程及趋势特征,定性分析了湖泊富营养的关键影响因子.研究结果表明：乌梁素海湖区北部、西部和南部监测点处于轻度富营养状态的极限概率分别为0.588、0.633和0.329,而湖泊的中部和东部监测点处于中营养状态的极限概率分别为0.810和0.536,说明乌梁素海湖区北部、西部和南部区域夏季水体营养状态将呈现向轻度富营养化演变的趋势,而湖区中部和东部区域则呈现向中营养化演变的趋势.水环境因子中水体理化指标对湖泊富营养化起决定性作用,且盐度指标响应概率高达55%,是水体理化指标中第1位影响因子,同时pH值与水深指标也是影响乌梁素海水体富营养化程度的重要因子.     

基于色度角的岱海水体营养状态遥感评估

湖泊富营养化已经成为水资源领域的研究焦点,是水环境领域面临的长期严峻挑战.为探明干旱半干旱区域湖泊营养状态,以典型岱海水体为例,利用2019—2020年6次野外实测数据为基础,针对Sentinel_2A和Landsat_8 OLI遥感数据,基于营养状态指数TSI_SDD与色度角之间的相关关系,建立了岱海水体营养状态评估模型,并利用1986—2020年遥感影像数据,得到了长时间序列的水体营养状态.结果表明:(1)本文建立的营养状态评估模型,根据精度检验结果显示模型精度较好,决定系数(R²)为0.74,均方根误差(RMSE)为3.66,平均绝对百分比误差(MAPE)为4.84%.(2)将算法应用到时间序列MSI、TM、ETM+和OLI数据,得到了岱海水体1986—2020年的营养状态动态特征.结果表明,岱海水体面积逐年减少,且多数时间处在轻度富营养化状态.水体富营养化现象大体上从边缘逐渐向湖中心趋于缓和,离岸边越近富营养化现象越严重,通常趋向湖中心以中营养为主,整体上贫营养化现象极少.(3)岱海营养状态时空变化与气温、风速和降水量等气候因子的相关性并不显著,对其解释率为13%.气候因子对营养状态的月变化影响显著,对其解释率为93%.     

人类活动对乌梁素海湿地环境演变的影响分析

乌梁素海是我国半荒漠地区具有很高生态价值和社会效益的大型多功能湖泊湿地[1],是黄河流域最大的淡水湖泊,也是内蒙古河套灌区唯一的承泄途径.乌梁素海的补给水源主要包括含高N,P的农田退水,工业废水以及生活污水,这些退水及废污水的排入使得湿地环境发生着重大的变化.本文在收集1986-2004年19年间Landsat TM/ETM遥感影像数据的基础上,结合乌梁素海历史资料,分析了80年代以来人类活动对湿地环境的影响,这种影响主要体现在人工芦苇面积不断扩大,富营养化程度逐年增高,水生资源迅速减少等方面,尽管2003年以来"引黄入海"工程的实施某种程度上缓解了湿地环境恶化的进程,但湿地环境仍然面临严重的威胁.     

基于MODIS数据的全国144个重点湖库营养状态监测:以2018年夏季为例

随着经济社会的快速发展和进步,我国湖库水体富营养化情况越来越严重.卫星遥感在水体营养状态监测方面具有重要潜力,但基于卫星遥感的全国范围内湖库水体营养状态监测和分析方面还鲜有研究.本文基于2018夏季的MO-DIS卫星遥感数据生产FUI指数产品,构建基于FUI水色指数的湖库营养状态评价方法,监测全国范围内144个重点湖库...     

环境因子及生态补水对乌梁素海“黄苔”年际暴发面积的影响(1986—2021年)

“黄苔”是丝状绿藻大量增殖并漂浮聚集在水面的一种藻类水华,是乌梁素海面临的重大水环境问题之一。本研究基于文献数据整合和Landsat TM/OLI系列卫星影像反演,追溯了乌梁素海近35年(1986—2021年)的水质变化和“黄苔”暴发历程,通过相关性分析和多元线性回归等方法,分析了乌梁素海“黄苔”暴发的年际影响因子。乌梁素海水体化学需氧量、总氮(TN)、总磷(TP)浓度在年尺度上呈下降趋势,但仍处于富营养状态(TLI(∑)>50)。相关性分析结果表明,乌梁素海“黄苔”暴发面积与TP、TN、氨氮、气温呈显著正相关,与出水量、风速、沉水植被面积、入水量呈显著负相关;多元线性回归结果表明,沉水植被面积和出水量是影响乌梁素海“黄苔”暴发面积的主要因子。生态补水工程的实施增加了乌梁素海出入水量,降低了水体TP、TN浓度,也造成沉水植被退化,使“黄苔”暴发的扩张趋势得以遏制。然而,乌梁素海现有营养条件、基质条件仍适宜附着藻生长和“黄苔”暴发。在全球气候变化背景下,气温升高和风力减弱可能会加剧这一现象。建议采取多种措施以防控乌梁素海“黄苔”暴发,如生态补水、外源营养盐管控、沉水植被调控、引水活...     

水体富营养化改善过程中浮游植物群落对非生物环境因子的响应:以武汉东湖为例

针对武汉东湖存在营养状态梯度的5个子湖（郭郑湖、汤菱湖、团湖、庙湖、水果湖）,结合"空间换时间"理论,研究湖泊富营养状况改善过程中浮游植物群落对环境因子的响应.全年调查期间,各子湖综合营养状态指数分布范围为45.4~76.8,浮游植物密度及生物量变化范围分别为2.03×10⁶~245×10⁶ cells/L和0.819~19.9 mg/L.冗余分析结果显示,浮游植物的物种分布与水温、总氮、透明度、总溶解性固体、氨氮呈显著相关.采用多元逐步回归分析构建浮游植物密度、生物量与环境因子之间的最优响应方程,结果显示,总氮、水温是影响浮游植物密度的主要因子;对于浮游植物生物量而言,总磷、总氮浓度降低能够降低浮游植物生物量.通过对富营养程度改善进程中浮游植物群落组成的动态变化进行分析,发现浮游植物密度及生物量显著下降,但物种组成及生物多样性并未发生明显转变.此外,浮游植物物种多样性与水体富营养水平梯度并不呈现简单的线性相关.因此,在对富营养化湖泊进行修复时,应制定短期修复与长期维护双重措施,同时应重视生物多样性的重建,进而达到理想的修复效果.     

土层参数的随机性对场地放大因子的影响分析

以Turkey Flat标准试验场为基准场地,以Toro剪切波速模型为基础,进行Monte Carlo模拟,生成剪切波速、层厚和密度随机样本各200条,将各土层随机参数组成4个工况作为不确定分析的基础。采用常用的四分之一波长法和传递函数法计算场地放大因子,分析放大因子以及特征周期对4种工况的敏感度。结果表明:土层剪切波速、层厚和密度的随机性对2种方法计算得到场地放大因子有相同的影响;剪切波速的随机性对放大因子和特征频率的影响比其他参数大;四分之一波长法得到的放大因子和特征频率对土层各参数的敏感性弱于传递函数方法。     

太湖水体交换周期变化(1986-2018年)及对水质空间格局的影响

针对太湖水体交换周期近十余年发生的变化,本文收集整理了1986-2018年太湖水文巡测、汛期水文巡测数据以及太湖流域沿江城市引水量、流域降雨量变化数据,基于太湖出入湖水量的变化研究了太湖水体交换周期的变化及原因,并对交换周期变化对水质空间格局的影响进行分析.结果 表明:太湖入湖水量有显著上升,2007年以来平均每年入湖...     

基于速率-状态摩擦定律研究剪切应力扰动对地震断层演化的影响

本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发, 结合1D弹簧-滑块模型, 采用Runge-Kutta算法, 对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟, 探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果显示, 与无扰动情形相比, 正向静态扰动使断层失稳时刻提早, 且时间提前量与扰动量的指数成正比; 负向静态扰动使断层失稳时刻推后, 且时间推迟量正比于扰动量.在周期性扰动下, 断层失稳的发生总早于无扰动情形, 且扰动幅值越大, 失稳提前量越大; 但是, 扰动频率对失稳时刻没有明显的影响.这也进一步表明, 地震应力波总是会导致断层失稳提前发生.同时, 对于相同的扰动量, 正向静态扰动下的失稳时间提前量比周期性扰动情形更大.周期演化过程的数值模拟结果表明, 当远场加载速率给定且为常量时, 若无应力扰动, 则断层演化过程具有确定的周期性; 但在周期性应力扰动下, 断层失稳时间间隔出现明显的非周期性, 断层在时间域上的演化变得更为复杂.

     

结冰对乌梁素海水体富营养化的影响

为研究结冰对湖泊富营养化状态的影响,以内蒙古乌梁素海为研究对象,用"注射器"式采水器和冰钻分别采集水样和冰样,并测定总氮、总磷、COD_(Cr)、叶绿素a浓度、冰厚、水深和透明度等指标,运用分形理论评价模型对湖泊结冰前、后的富营养化等级进行综合评价.结果表明:乌梁素海湖泊结冰厚度与水深存在较好的负相关性,其相关系数为0.54;湖泊结冰后,水体的富营养化等级由富营养变为重富营养,表明结冰过程中,氮、磷等营养元素被排斥至冰下水体,即结冰过程对湖泊水体中的营养元素具有浓缩效应,导致冰下环境质量恶化,并促进营养元素向沉积物转移;但也可以利用该浓缩效应,从湖泊冰封期富营养化污染的特殊性入手,运用底泥疏浚和冰体-水体分离等工程技术手段,实现湖泊富营养化污染的治理.     

内蒙古乌梁素海“黄苔”暴发卫星遥感动态监测

通过综合分析"黄苔"、芦苇、明水体和陆地等地物在EOS/MODIS图像上不同波段的光谱特征,提出了利用EOS/MODIS可见光、近红外波段数据提取"黄苔"信息的方法.结合乌梁素海"黄苔"实地考察资料和高空间分辨率的中巴资源卫星CBERS/CCD数据对MODIS数据监测"黄苔"的结果进行了比对验证.研究结果表明,本文提出的方法可以对"黄苔"进行有效的监测.同时提出了简单可行的去除程辐射影响的大气校正方法,利用MODIS 2008年5-10月的数据对内蒙古乌梁素海的"黄苔"灾情进行了动态监测,获得了乌梁素海"黄苔"灾情发生发展的特征信息,乌梁素海在2008年5月初开始出现"黄苔",6-7月份发生大面积"黄苔"暴发,进入8月以后"黄苔"开始逐渐消退,10月份基本消失,并初步分析了"黄苔"暴发的原因.     

乌梁素海沉水植物群落光谱特征及冠层水深影响分析

沉水植物对于改善富营养化水体和重建水生生态系统起着至关重要的作用.应用遥感技术可以实时、大面积监测沉水植物的分布和生长情况,而冠层水深直接影响沉水植物在湖泊、河流中的准确遥感解译.本研究基于实测光谱数据,分析了乌梁素海沉水植物光谱特征,并研究了冠层水深对乌梁素海沉水植物反射光谱的影响,建立了乌梁素海沉水植物冠层水深反演模型.结果表明:1)挺水植物在短波红外1662 nm和2223 nm附近分别有一个反射峰,这是挺水植物区别于沉水植物和漂浮藻类的重要波段; 0深度沉水植物(WDC=0)与漂浮藻类的光谱反射率非常接近,但是在绿波段(550～690 nm)有明显差异,因此,可以利用绿波段和短波红外波段的光谱特征来区分挺水植物、沉水植物和漂浮藻类.2)沉水植物群落的光谱反射率随冠层水深的增加而降低,在700～900 nm波段范围内变化最为明显,且在700～735 nm波段附近,沉水植物群落光谱反射率与冠层水深呈显著负相关.3)在建立的单波段/波段比沉水植物冠层水深反演模型中,波段比反演模型要优于单波段反演模型,波段比反演模型的决定系数R2> 0.70,均方根误差<13.70 cm,...     

基于长时间序列乌梁素海水环境变化趋势及生态补水等关键驱动因子分析(2011—2020年)

基于2011—2020年乌梁素海水质监测数据,将综合营养指数法、PCA排序法和ArcGIS克里金插值法有机结合,综合评价2011—2020年乌梁素海水体富营养化程度年际时空变化特征,厘清引起水体富营养化发生变化的关键性驱动因子。研究结果表明:(1)乌梁素海水体总磷和总氮的峰值出现在平水期,氨氮的峰值在枯水期,COD_Mn的峰值在丰水期,水质整体以地表Ⅲ类水为主。(2)2011—2020年湖体水质经历了由轻度富营养-中营养-轻度富营养-中营养的变化过程,综合营养状态指数在60～70(中度富营养)的湖区面积占比由21.49%逐渐消失,综合营养状态指数在30～50(中营养)的湖区面积占比由23.84%扩增到44.87%。(3)乌梁素海生态补水量与总氮、总磷、COD_Mn和综合营养状态指数呈负相关,是影响湖泊水体营养化的另一个关键性驱动因子。     

修复对湖北洋澜湖富营养化与生态状况的影响:基于大型无脊椎底栖动物的评价

大型无脊椎底栖动物是水生态系统的重要组成部分,也是评价生态系统状态的重要指标.本文比较了洋澜湖修复示范工程实施水域(修复区)和未实施水域(未修复区)水质和大型无脊椎底栖动物群落差异,并对湖泊生态状态进行了评价.结果表明,治理后修复区总氮、总磷和叶绿素a浓度显著低于未修复区,修复区透明度显著高于未修复区.共发现底栖动物30种,隶属于3门4纲12科,其中修复区29种,未修复区19种.修复区与未修复区软体动物的平均密度分别为369.3和34.7 ind./m2,平均生物量(湿重)分别为102.9和37.2 g/m2.耐污值指数和多度量指数评价结果显示,修复区生态系统状态优于未修复区.结果表明,结合透明度改善、鱼类控制与沉水植物重建等手段为主的湖泊修复能改善水质和生态状态.     

乌梁素海冰封期湖泊冰盖组构特征对污染物分布的影响

为探究富营养化浅水湖泊季节性冰盖污染物分布规律,于2013-2014年冰封期,钻取乌梁素海湖泊冰盖冰芯试样,观测冰厚并对冰芯晶体结构、气泡含量、污染物浓度(总氮、总磷和COD_(Cr))进行分析.结果表明:冰盖可分为4层,中间2层冰晶体粒径较大且气泡含量较少,为冰盖热力生长区.冰盖以柱状晶体居多,粒径随深度增加而增加,气泡含量随冰盖密度增加而减少.冰盖结构特征与污染物分布具有相关关系,冰芯密度及气泡分布与总氮、总磷和COD_(Cr)相关关系分别为0.8965、0.8718、0.8184,并建立多元回归模型揭示冰封期湖泊水质特征,为季节性湖泊冰盖研究及冰封期湖泊水资源规划和管理提供理论依据.     

基于富营养化阈值的松花湖水环境容量分析

通过对松花湖水体中浮游植物的绝对优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)单藻株生长与磷、氮定量关系的室内模拟研究,得出松花湖富营养化发生的阈值为：总磷浓度0．065 mg/L,总氮浓度0．843 mg/L．利用风险分析理论和蒙特卡罗随机模拟方法,在分析2002-2004年松花湖水体中总磷和总氮浓度实际分布规律的基础上,提出了计算湖、库总磷和总氮水环境容量的不确定性方法．通过对松花湖磷、氮水环境容量的计算,得出松花湖流域总磷和总氮的最大允许排放量为2123．78 t/a和7018．82 t/a,为了使松花湖富营养化发生的概率在0．001以下,总磷和总氮需要分别削减3208．34 t/a和18648．91 t/a．     

2006-2015年内蒙古呼伦湖富营养化趋势及分析

以内蒙古呼伦湖为研究对象,20062015年水质数据为基础,分析呼伦湖的富营养化变化趋势及其影响因素.结果表明,20062015年呼伦湖各水质指标都有不同程度的变幅,其中盐度变化范围为0.75~1.71 ng/L,均值为1.32 ng/L,2010年达到峰值1.71 ng/L,随后呈现逐年递减趋势;pH的变化范围为8.78~9.40,水体偏碱性;透明度的变化范围为0.17~0.26 m,近三年来透明度持续下降;溶解氧浓度变化范围为4.05~10.62 mg/L,均值为7.12 mg/L.总氮浓度的变化范围为1.16~3.53 mg/L,总磷浓度的变化范围为0.13~0.25 mg/L,叶绿素a浓度的变化范围为3.31~10.36 mg/m³,N/P比变化范围为4.92~15.35,水质已经达到地表水环境质量Ⅳ~Ⅴ类水体标准,是磷限制性湖泊.利用综合营养状态指数法对呼伦湖水体富营养化进行评价,2006-2015年呼伦湖水体表现出中度—重度—中度—轻度的变化趋势.通过分析呼伦湖富营养化的影响因素,结果表明,影响呼伦湖富营养化的可能因素为外源输入和入湖径流量,同时水深和水温也是呼伦湖发生富营养化的驱动因素,pH、透明度和溶解氧是呼伦湖富营养化影响水质的最主要表现指标.