基于多源卫星数据的小型水体蓝藻水华联合监测——以天津于桥水库为例

近年来水体富营养化呈扩张趋势,蓝藻水华不仅在太湖等大型湖泊频发,水面面积较小的天津于桥水库等也形势严峻,亟需加强卫星遥感监测.但是,以往在太湖等业务化使用非常成功的MODIS等卫星数据(约500 m),由于空间分辨率较低,难以满足小型水体的监测要求;而Landsat-8等空间分辨率较高的卫星数据(30 m),通常重返周期较长,无法满足水华高频监测需求.本文以天津市于桥水库(面积约80 km2)为研究区,针对常用的卫星数据,从空间、时间、光谱范围和数据可获取性共4个方面,评价不同卫星数据蓝藻水华监测能力和算法,同时对不同卫星监测结果一致性进行评估.结果表明:(1)筛选出国产HJ-1A\B CCD、GF-1 WFV和美国Landsat-8 OLI这3种卫星波段合适,空间分辨率较高,适用于桥水库蓝藻水华监测,但考虑到其重返周期较长,建议多星联合观测;(2)各个卫星监测结果与卫星影像目视解译结果基本一致,均方根误差和相对误差均分别控制在0.78 km2和4.9%以内;(3)不同卫星监测结果一致性良好,一致性精度达到99.5%;(4)根据历史影像结果,发现于桥水库2016年水质开始呈富营养化,藻华现象在夏、秋两季最为严重.研究表明,针对小型水面水体蓝藻水华监测,利用较高分辨率数据联合监测,是一种有效的替代策略,今后可在更多小型水域推广.     

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用     

热分层对水库水质的季节性影响——以西安黑河水库为例

深水水库作为城市的重要供水水源,通常由于热量在垂向水体上的不均匀分配形成热分层.热分层会阻碍垂向上水体交换引发水质分层现象,在冬季水库发生“翻库”之后,水体混合导致水库的整体水质下降.结合热分层指数可以客观、直接地表达水库热分层的稳定程度.综合水库的气温、水体更新率和水质参数(溶解氧、pH、总磷、氨氮)的年度变化,对陕西黑河水库2008-2010年的热分层状况进行研究.研究表明:水库的热分层形成会直接恶化底部水质尤其会加速底部水体中溶解氧的消耗;热分层的年度变化主要受气温控制,但在特定时期较大的水体更新率可以在一定程度上弱化水体热分层,减缓底部水质恶化.该结果可使水库管理者在水库分层最稳定、水质恶化最严重时期以人工调节水体更新率的方式弱化热分层,为保证水质安全提供参考.     

基于走航高频监测的水库冬季水体溶解甲烷浓度分布:以湖北西北口水库为例

水库是大气甲烷(CH4)的重要来源之一,但目前对水库(尤其是河道型水库)中溶解CH_4浓度及释放潜力的空间异质性的认识仍不足.为揭示河道型水库冬季溶解CH_4浓度的分布规律,于2020年1月在湖北宜昌黄柏河流域内西北口水库采用自主研发的新型快速水—气平衡装置(FaRAGE)连接便携式温室气体分析仪,开展了水体溶解CH4浓度的连续走航式监测及断面垂向监测.根据溶解CH4从库尾至库首的浓度变化可以将水库分为3段:距回水末端1 km内为快速降低段,溶解CH4浓度范围为0.117～0.233 μmol/L;1～6 km内为缓慢降低段,CH4浓度范围为0.055～0.117 μmol/L;6～13km范围内为浓度平稳段,CH4浓度范围为0.039～0.080 μmd/L.整体上,水库表层水体溶解CH_4浓度与表层水温、水深及距回水末端的距离呈显著负相关关系(r=-0.77、-0.89、-0.81;P0.01),与叶绿素a浓度、溶解氧浓度呈显著正相关性(r=0.95、0.97;P0.01).基于当月平均风速,采用薄边界层法估算了上述3段区域的DH_4扩散通量,分别为(0.023±0.004)、(0.012±0.003)、(0.007±0.001) mg/(m~2·h).西北口水库在冬季表现为向大气释放CH_4的"源",且由于溶解CH_4浓度分布不均而表现出较强的空间差异性.     

水源水库季节性分层及悬浮物行为对铁锰迁移的影响——以辽宁省碧流河水库为例

铁和锰是氧化还原敏感的元素,水源水库热分层引起的底层水体缺氧造成了沉积物中铁和锰的释放,对城市供水造成了极大的影响.以往鲜有悬浮物行为对铁和锰在水库水-沉积物界面迁移影响的研究,于2014年2月-2015年2月对碧流河水库深水区的水、悬浮物以及沉积物铁和锰的垂向分布特征进行综合调查分析,并进一步分析铁和锰的季节性变化规律及悬浮物行为对其的影响.Spearman相关分析结果表明铁浓度与总悬浮固体、总氮和总磷的相关性较大;锰浓度与总悬浮固体、溶解氧、pH和总氮的相关性较大.进一步讨论分析表明碧流河水库的热分层、底层缺氧以及沉积物再悬浮是影响铁和锰浓度的重要因素,水库铁和锰的季节变化规律存在差异.分层期溶解态的锰在底层累积,平均浓度达到0.18 mg/L,而沉积物中溶解态的铁释放很少.混合期水库的中上层锰浓度升高,达到了0.07 mg/L.沉积物的再悬浮是水库底层水体中铁的主要来源,底层颗粒态铁的平均浓度约为0.3 mg/L.絮凝的颗粒物以及其吸附的锰在水库长期悬浮,难以沉积到水库底部,使得悬浮物中Mn的含量显著高于表层沉积物,约为沉积物的7倍.建议应在碧流河水库采用分层取水、水库曝气以及联合供水等措施,以减少铁和锰的浓度升高对供水产生的影响,保障大连市城市供水安全.     

太湖流域上游水源性水库水体脱氮潜力时空变化特征及其管理意义——以天目湖沙河水库为例

氮是湖库富营养化的重要影响因子,水体溶解性氮气饱和度在一定程度上指征着水体的脱氮潜力。为探究太湖流域上游水源型水库脱氮潜力的时空变化特征,该研究选择天目湖沙河水库为研究对象,于2021年2月-2022年1月进行了为期一周年的逐月监测,采集不同点位分层水样,利用膜接口质谱仪结合氮氩比法测定水体溶解性氮气浓度,并计算氮气饱和度。结果显示,沙河水库年均氮气饱和度为0.997,总体处于氮饱和状态(氮气饱和度为1),从季节上看,除冬季外,水体氮气饱和度几乎均>1,且随着温度的升高氮气饱和度也升高;空间上,表现为下游＞中游＞上游,底层>表层,即下游以及底层沉积物表现出更强的脱氮能力。线性回归分析表明,潜在脱氮速率与氮气饱和度拟合效果较好,表明氮气饱和度在一定程度上可以反映沙河水库的脱氮速率;相关性分析与逐步多元线性回归分析显示,氮气饱和度与总氮呈显著正相关,与溶解氧浓度呈显著负相关,说明合适的环境条件有利于脱氮作用的进行,进而使得水体溶解性氮气过饱和。7月极端的降雨与采样前连续的高温天气使得该月成为夏秋季溶解氮气均过饱和的例外,氮气饱和度与水温也失去统计上的相关。在溶解氮气普遍过饱和的夏秋季节,脱氮过程使得水体氮浓度较低,藻类生长受到氮限制,在该期间应积极控氮以限制藻类生长,抑制水华的发生。     

深水型水库环保疏浚对水质的影响及敏感参数研究——以通济桥水库为例

国内对于作为饮用水水源地并具有水温分层特征的深水型水库环保疏浚,缺乏长期实测评价工程前后水质变化规律以及易于发生变化的水质参数的实例.因此,对于这种类型的环保疏浚,如何进行效果评价并在工程实施中控制敏感参数成为一个没有解决的问题.本文以典型的饮用水水源地、深水型的通济桥水库为对象,通过长期水质监测,研究了环保疏浚的影响.结果发现环保疏浚对总氮（TN）削减起到较好的效果,但是疏浚期间总磷（TP）浓度明显上升,完工半年后TP浓度仍略高于往年同期水平.其中,坝前库区TN浓度降低至疏浚前多年同期均值的56%~87%,而TP浓度却为疏浚前的1.87倍以上.并发现浊度、TN、TP和锰（Mn）对于环保疏浚敏感响应.其中,TP波动与底泥扰动引起的浊度变化有密切的关系;坝前库区疏浚新生底泥Mn含量较高（1251.25 mg/kg）,夏季水温分层加剧了库底水体的厌氧状态,是Mn出现异常的主要原因.以通济桥水库为鉴,建议深水型环保疏浚重点考虑底泥扰动及后续季节性水温分层对水质控制效果产生的影响.     

内陆核电厂对水库环境的影响——以咸宁核电厂为例

随着我国核电产业的迅速发展,内陆核电厂的建没成为必然趋势.本文以成宁核电厂为例,从辐射影响、余氯影响和冷却系统影响等方面,评价核电厂对富水水库可能造成的环境影响.评价结果显示,核电厂放射性释放对于水库中参考鱼类产生的总辐射剂量率为2.06×10~(-4)mGy/d,低于背景辐射本底值和国际组织推荐限值;核电厂造成的库区和下游饮水口处水体中的总β放射性,叠加本底值后仍满足1Bq/L的生活饮用水质要求;核电厂运行的化学排放和冷却系统对于水库环境的影响也很小.同时,在与美国North Anna核电厂环境影响进行比较的基础上,分析了在我国滨湖厂址建设核电厂的适宜性,并对减缓内陆核电厂对湖库环境的影响给出建议.     

热带水库浮游植物形态性状的季节变化及影响因子分析——以高州水库为例

体积、比表面积和最大轴性长度是浮游植物主要的形态性状,反映浮游植物资源竞争和反牧食能力.群落中物种的性状分布会随着环境条件的季节改变而变化,热带水库环境条件的季节性变化小,可能导致群落形态性状变化不显著.本文以热带大型水库——高州水库为研究对象,分析浮游植物形态性状季节动态及关键影响因子.高州水库浮游植物以丝状和单细胞藻类为主,群落水平的平均细胞体积在108.52~753.25 μm³之间,平均比表面积在0.93~2.08 μm^-1之间,平均最大轴性长度在5.21~17.44 μm之间,均有明显的季节特征.浮游植物群落平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关;平均比表面积与硝态氮浓度呈负相关.粘质长孢藻（Dolichospermum mucosa）和光角星鼓藻（Staurastrum muticum）是高州水库浮游植物优势种,其形态性状均具有明显的时空差异,表现出明显的形态可塑性.粘质长孢藻的平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈正相关,与水温呈负相关;平均比表面积与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关.光角星鼓藻的平均细胞体积、最大轴性长度与正磷酸盐浓度呈正相关.总体上高州水库浮游植物在群落和种群水平形态性状均有明显的季节差异,夏季以大细胞为主,其他季节以小细胞种类为主,水温、氮和磷的可利用性是导致浮游植物形态性状季节差异的关键因子.     

水库诱发地震时空演化与库水加卸载及渗透过程的关系——以紫坪铺水库为例

为了解水库蓄水过程中,水库诱发地震活动的动态响应机制,本文建立了针对水库诱发地震(Reservoir-induced seismicity,RIS)定量化研究的数理模型,并以紫坪铺水库为例,对库区地质构造及水文地质结构条件、水库蓄水后库区小震活动时空演化特征进行了详细的研究.在此基础上,利用有限元方法计算了水库蓄水过程中弹性附加应力场、有效附加应力场、孔隙压力和断层稳定性的动态变化,讨论了RIS时空演化与库水加卸载及渗透过程的动态响应关系.结果表明:(1) RIS诱发机制的定量化模型可分为2个层次:一是以孔隙介质为载体的流体渗流对岩体变形和稳定性的影响,由流-固耦合形式的岩体变形与孔隙渗流模型进行描述;二是对断层相关的RIS定量研究可将水库附加水头压力沿断层面(区)的扩散与断层库仑应力变化联系起来.两种形式模型方法的结合能为RIS定量研究提供一个相对宏观的力学框架;(2) 断裂渗透结构对孔隙压力变化下断裂的力学响应具有重要的影响,研究区主干断裂可能属于一种上盘破碎带导水、下盘地层及断层核阻水的下阻上导型的渗透结构类型,不同程度的具有使地表水体向深部渗流的通道性.库区深部岩体渗透稳定性的差异在很大程度上导致了诱发地震活动对岩性条件的依赖.(3) 紫坪铺水库蓄水后,小震活动在空间分布上呈现出条带状分布、丛集分布和地震迁移的特点,小震震源深度优势分布在地下4~10 km范围内,在通济场断裂与安县—灌县断裂的深部汇聚区域震源分布最为密集.同时,小震活动主要集中发生在脆性程度高、渗透稳定性低的碳酸盐岩地层中,而在岩性较软弱、渗透稳定性高的三叠系须家河组砂泥岩和煤系地层中很少有地震发生.在水库蓄水后地震活动的时间响应特征上,水库西南侧和东北侧两个丛集区的小震活动可能属于快速响应型RIS,而都江堰小震群活动可能属于滞后响应型诱发地震活动;(4) RIS的发生与库水加卸载及渗透过程中库底岩体有效应力的变化密切相关.在以挤压为主的构造应力环境中,库体荷载作用的结果一般会使库底断层更趋向稳定,而水库附加水头压力扩散的效应则是促使断层趋向失稳,正是这个矛盾双方相互制约与平衡的动态过程,控制了断层库仑应力变化的取向,从而决定了RIS时空演化的规律.     

丹江口水库的饵料生物资源及水体营养状态评价

根据1992年12月至1993年9月的调查,丹江口水库的饵料生物资源量为1．845×10~6t．其产鱼潜力为1．615×10~4t．是现有鱼产量（包括捕捞产量和不投饵网箱产量）的5倍左右．就水体营养状态而言,汉江库区为中营养型,丹江库区属贫一中营养型．文中还对丹江口水库的渔业发展和水质保护进行了讨论．     

太湖蓝藻水华的扩张与驱动因素

蓝藻水华表征指标及驱动因子的多样性增加了研究人员、湖泊管理部门对于蓝藻水华扩张驱动因素的困惑,本研究通过整合太湖蓝藻水华长尺度研究的成果,将蓝藻水华扩张区分为时间扩张、空间扩张和生物量扩张3个方面,分析各自的驱动因子,系统阐述了当下太湖蓝藻水华的扩张和驱动因素.太湖蓝藻水华的时间扩张呈现由夏季集中发生向春季和秋冬季节扩张的趋势,导致春季蓝藻水华发生的提前,以及年度峰值的推迟;空间扩张呈现由西北太湖向湖心和东部湖区、乃至全湖扩张的趋势;太湖蓝藻生物量自2003年以后一直呈现缓慢增加的趋势.蓝藻水华时间扩张的驱动因素相对独立,主要受气象因子的影响,风速和日照时间是主要驱动因子,风速降低和日照时间延长均有助于蓝藻水华时间的扩张;空间扩张和生物量扩张则受气象因子和富营养化的双重影响,其中影响水华空间扩张的因子较多,富营养化和气象因素的主次难以确定,一般偶发性大面积蓝藻水华受气象因子驱动,而频发性大面积蓝藻水华主要受营养盐空间分布影响;影响蓝藻生物量扩张的主要驱动因素为总磷,另外氮磷比、水下可利用光和风速的变化也在一定程度上驱动了太湖蓝藻生物量的扩张.目前表征蓝藻水华强度通常利用空间扩张或生物量扩张指标,但是均具有一定局限性,相互间也缺乏可比性,各指标用于长尺度趋势研究更为可靠,短尺度比较受方法缺陷影响较大,应进一步开发表征水华蓝藻总存量的指标以统一空间扩张和生物量扩张.     

Association between trophic state,watershed use,and blooms of cyanobacteria in south-central Chile

An increase in the distribution and frequency of cyanobacterial blooms has been reported for many regions worldwide. Due to this fact, we studied the variables that influence the abundance of natural populations of planktonic cyanobacteria in temperate lakes of central and southern Chile. These lakes differed in trophic state and watershed use. Cyanobacteria dominated in meso- and eutrophic systems and their occurrence correlated to watershed use (tree plantations and urban). Ochrophyta and Bacillariophyta were dominant in oligotrophic lakes, where native forest dominated land usage. In these lakes, the maximum depth of the euphotic zone influenced the community structure and the genera of cyanobacteria. Dolichospermum was the most abundant, frequent, and widely distributed genus, found in oligotrophic and eutrophic lakes, forming blooms in eutrophic systems.The concentration of total phosphorus and total nitrogen positively influenced cyanobacterial abundance and bloom formation, mainly by Aphanizomenon, Aphanocapsa, Aphanothece, and Dolichospermum, and Microcystis.In contrast to many reports on their occurrence in the northern hemisphere, these genera occurred widely at less than 20 °C, forming dispersive blooms, at low temperatures in autumn and winter (10.8–15.6 °C). This shows that eutrophication is the main factor for bloom formation and these genera can form blooms independent of temperature. However, some genera, such as Microcystis, increased their abundance and presented more intense blooms (scums) at high temperatures. Our study provides baseline data to document long-term changes in lentic systems of the western south-central area of South America, including genera that could respond by increasing their abundance with eutrophication and projected climatic changes.     

2012-2018年巢湖水质变化趋势分析和蓝藻防控建议

巢湖自1990s中期至2012年间水质明显改善,但是近年来水质改善效果变缓,2018年蓝藻水华面积显著增加,为有效评估巢湖水体环境的变化,通过对2012-2018年巢湖17个点位的逐月调查数据分析阐述了近年来巢湖水质和藻情的变化特征,并在流域空间尺度上分析了巢湖流域水污染治理的进展和不足,为后续治理方向的调整和确定提供支撑.2012-2018年湖区调查数据显示:巢湖湖体总磷和总氮浓度显著升高,铵态氮浓度显著下降,水华蓝藻总量显著升高.在空间上,各污染指标水平呈现由西向东呈逐渐降低的趋势,但是各指标在不同湖区随时间的变化趋势差异明显,西部湖区的总磷、总氮和水华蓝藻指标近年来略有下降或持平,中部和东部湖区则显著升高,所以巢湖湖体总氮和总磷浓度的升高主要源于中、东部湖区的升高,这也是这两个湖区水华蓝藻变动的主要驱动因素.主要入湖河口数据显示:西部4条主要入湖污染河流(南淝河、十五里河、塘西河和派河)水质明显改善,但仍处于较高污染水平,中东部入湖河流(兆河、双桥河和柘皋河)总磷浓度明显升高,是中东部湖区水体营养盐升高的主要原因.中东部河流入湖污染的增加加剧了该区域湖体的富营养化水平,尤其是总磷...     

陆水水库的浮游生物及营养类型

报道了１９９１￣１９９５年对面积为１６９３ｈｍ＾２的黑龙滩水库渔业利用优化模式研究的结果,主要内容有：水生生物种类组成和现存量调查、浮游植物初级生产力测定、渔获物统计和鱼产力估算;水体理化性状和水位变化对鱼产量和浮游生物群落结构的影响,网箱养殖鲤、草鱼的高产试验结果;多功能水库生态系统的渔业利用优化模式初步探讨。经三年努力,水库鱼产量由６２２ｔ上升到１２５５．１ｔ,平均单产７５０ｋｇ／ｈｍ＾２。为     

三峡库区支流底栖硅藻功能群特征及其驱动因子分析——以汝溪河为例

以三峡库区重要支流汝溪河为研究区域,分析汝溪河中底栖硅藻功能群季节演替特征,并探讨影响其季节演替的驱动因子.结果表明,3个水情期(平水期、枯水期及丰水期)共鉴定出底栖硅藻168种,隶属8科27属,共划分为B、C、D、L_O、MP、P、X3和T_B8个功能群,其中MP在3个水情期中均占主导地位.通过冗余分析(RDA)发现,汝溪河中底栖硅藻功能群季节演替的主要驱动环境因子为亚硝酸盐浓度、电导率、溶解性磷酸盐浓度、高锰酸钾指数和温度.     

2002-2017年千岛湖浮游植物群落结构变化及其影响因素

为认识大型水库中浮游植物群落结构的演替特征及其驱动机制,以钱塘江流域新安江水库（下称"千岛湖"）为例,基于2002-2017年16年的水库浮游植物数据,结合同期千岛湖水质与水文气象资料,分析了千岛湖浮游植物结构及优势属的长期变化特征,探讨了影响浮游植物群落结构变化的主要因素.结果表明：2002-2017年千岛湖共鉴定出浮游植物7门93属,主要由硅藻门、绿藻门、蓝藻门及隐藻门种类组成.16年间,浮游植物年均丰度和群落结构经历了4个阶段：2008年前丰度持续低值且蓝藻不是主要类群,2009-2012年丰度较高且蓝藻成为主要类群,及2013-2015丰度降低且蓝藻占比降低,2016-2017年丰度增加且蓝藻再次成为主要类群.浮游植物门类变化的同时伴随着优势属的变化：浮游植物年优势属从2002-2008年的小环藻属（Cyclotella）、隐藻属（Cryptomonas）和蓝隐藻属（Chroomonas）转变为2009-2012年的颤藻属（Oscillatoria）、小球藻属（Chlorella）、小环藻属和蓝隐藻属,2013-2017年又转变为鱼腥藻属（Anabaena）、束丝藻属（Aphanizomenon）、小环藻属、针杆藻属（Synedra）、直链藻属（Melosira）、栅藻属（Scenedesmus）和蓝隐藻属.冗余分析表明,气温、风速、水位、入库流量等气象水文因子和总氮浓度、电导率、氮磷比、透明度等水质因子与浮游植物群落结构变化关系密切.研究结果表明,在千岛湖这种大型贫-中营养水库,浮游植物群落结构不仅受来水营养盐负荷的影响,还在很大程度上受水文、气象条件的影响,给水库藻类水华等生态风险的预测以及水库水质管理带来了挑战.     

三峡水库主要支流碱性磷酸酶活性的比较

为进一步认识和理解三峡水库中磷的迁移、转化规律及其与富营养化之间的关系,于2014年7月至2015年7月对三峡水库12条典型支流的水体碱性磷酸酶活性进行跟踪观测与比较分析,同步监测各样点水体的理化指标.结果发现,各支流水体碱性磷酸酶活性的分布呈现显著的时空异质性,该异质性与各支流水体富营养化程度密切相关.从季节上看,春季碱性磷酸酶活性呈逐渐上升的趋势,到夏季达到高峰,秋季碱性磷酸酶活性逐渐下降,冬季降到全年最低点.从空间分布上看,水体碱性磷酸酶活性在各支流的总体分布趋势为：小江 > 香溪河 > 苎溪河 > 童庄河 > 青干河 > 袁水河 > 磨刀溪 > 梅溪河 > 汤溪河 > 草堂河 > 大宁河 > 神农溪.综合营养指数较高的小江、香溪河和苎溪河,其碱性磷酸酶活性较高;综合营养指数较低的大宁河和神农溪,碱性磷酸酶活性较低.相关分析显示,各支流碱性磷酸酶活性与水温、溶解氧、电导率、pH和浊度均存在显著正相关;与透明度呈显著负相关.在营养盐方面,碱性磷酸酶活性与可溶性活性磷呈显著负相关;与高锰酸盐指数、叶绿素a浓度和综合营养状态指数均呈显著正相关.不同时期不同生物的贡献和不同环境因素的影响是导致碱性磷酸酶时空异质性的主要原因.