中国蒙新高原湖区水环境主要问题及控制对策

实施“西部大开发”战略的重大决策,对于平衡中国各区域间的发展位差以及提高整个国家的经济实力具有重要的战略意义.而西部脆弱的生态环境决定了西部大开发中要以生态保护优先的环境保护政策为切入点和立足点,坚持经济大开发与可持续发展有机结合.本文系统地阐述了中国蒙新湖区在气候变化和人类活动的影响下水环境的主要问题及控制对策,并以...     

群体大小对微囊藻细胞昼夜垂向迁移的影响

针对群体形态对微囊藻昼夜间上浮下沉规律的影响问题,利用柱状培养装置对室内培养的单细胞、群体细胞以及在太湖采集的群体细胞进行了昼夜间分层观测实验,探讨了细胞形态对微囊藻垂向迁移的影响.实验结果表明:单细胞表现出一定的昼夜迁移规律,但无论是室内培养群体细胞还是太湖采集的群体细胞,都未观察到显著的昼夜上浮下沉的变化规律.另一方面,太湖采集的群体细胞表现出显著的漂浮特点.由此认为,室内培养的细胞与实际湖泊细胞之间存在比重上的差异,群体的大小对于上浮有明显的影响.     

太湖典型植物氨基酸组成特征及其对水环境的影响

在太湖两个不同湖区(东太湖和贡湖)各选择了8种不同类型的典型水生植物和1种陆生植物全株作为研究对象,采用邻苯二甲醛柱前衍生-反相高效液相色谱法对其中15种氨基酸的组成特征进行了分析,并探讨了植物来源氨基酸对湖泊水环境的影响.结果表明东太湖区域植物体中总可水解氨基酸(THAAs)的平均含量为861.6±182.96μmol/g,贡湖区域植物体中THAAs平均含量为700.0±232.3μmol/g;不同类型植物体中THAAs的含量大小依次为:沉水植物、浮叶植物挺水植物陆生植物;其中天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、丙氨酸和赖氨酸是THAAs的主要组成部分,这5种氨基酸的摩尔浓度占氨基酸总量的50%以上;太湖植物中THAAs所含的氮元素对植物总氮的贡献在30.7%~94.7%之间,是植物体氮元素的主要组分,也是内源氮输入的主要来源.东太湖区域采集的植物样品中各氨基酸的浓度比例与东太湖水体氨基酸组成差异较大,但与沉积物氨基酸组成较吻合,表明东太湖植物来源的有机质和氨基酸是沉积物中有机质和氨基酸的重要来源.     

太湖叶绿素a同化系统敏感性分析

太湖叶绿素a同化系统对于不同参数的敏感性将直接影响到该系统能否精确的估算太湖叶绿素a的浓度分布.利用2009年4月21日环境一号卫星(HJ-1B CCD2)影像数据反演太湖叶绿素a浓度场信息.以此作为背景场信息,结合基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a同化系统,分析和评价了样本数目、同化时长、背景场误差、观测误差和模型误差对于同化系统性能的影响.结果表明:从计算成本、系统运行时间和同化效果等方面分析,当集合样本数目达到30~40左右时同化系统取得了较好的结果;同化系统对于背景场误差的估计变化不是很敏感,即初始场的估计是否准确对于同化系统的性能影响不是很大;同化系统对于模型误差和观测误差的变化较为敏感,不同的测试点位由于水体动力学性质不一,其敏感性的表现形式有所差异;利用数据同化方法可以有效地估算太湖叶绿素a浓度.     

太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析

为确定适合太湖水体叶绿素的反演算法,为同类卫星数据的建模和应用提供参考,本文根据太湖2007年11月、2009年4月和2011年8月实测水质参数以及同步光谱数据,结合水色遥感传感器MODIS、MERIS、GOCI及我国自主发射的HJ-1号卫星CCD传感器波段参数,基于差值模型、比值模型、三波段模型及APPEL模型,分别建立太湖水体叶绿素浓度反演模型,并分析模型的适宜性.结果显示,基于不同传感器数据APPEL模型的决定系数为0.7308~0.8107,模型相对误差为15%~24%,均方根误差为21%~32%;三波段模型基于不同传感器数据拟合的决定系数为0.6014~0.7610,相对误差为28%~36%,相对均方根误差为39%~46%;差值模型决定系数为0.4954~0.7244,相对误差为39%~53%,相对均方根误差为51%~72%;比值模型决定系数为0.4918~0.7098,相对误差为41%~55%,相对均方根误差为56%~75%.相比较而言,APPEL模型的稳定性较强,适合于不同传感器数据的太湖水体叶绿素浓度的反演.此外,相应不同传感器波段位置、波段宽度对模型反演的精度和稳定性的影响也不同,当波段位置接近叶绿素特征波长时,较窄的波宽有利于模型精度的提高,波段位置和叶绿素浓度特征波长相差较大时,合理增加波谱范围有利于叶绿素特征信息的获取.     

太湖波浪数值模拟

在太湖实际波浪观测的基础上,采用率定验证后的第三代动谱平衡方程,考虑实际水底地形、波浪折射、浅化、反射、破碎、湖流等条件下,对太湖波浪进行数值模拟,研究太湖波浪的主要影响因素.结果表明:SWAN模型可以较好地模拟风作用下太湖风浪的生成和传播过程,模型在太湖应用是合适的;波高、波长、波周期等波浪参数在太湖的分布与风速、风向、水深等因素密切相关;在相同风向、不同风速情况下,太湖波浪发展至稳定状态的时间不一样;在不同风向,相同风速持续作用下,有效波高达到稳定的时间差不多,变化趋势也比较相同.说明波浪的发展不光取决于风速的大小,还同风的持续吹的时间和风区长度有关.     

秋季太湖悬浮物高光谱估算模型

2004年10月,在太湖设置67个采样点,现场测量了水体遥感反射比、后向散射系数和辅助参数,实验室分析了水体的悬浮物浓度和水色要素吸收系数.本文在对遥感反射比光谱分析的基础上,比较了几种水体遥感反射比光谱估算悬浮物浓度的方法,结果发现广泛应用的带比值项的算法,虽然可以应用于太湖总悬浮物浓度估算,但是普遍存在相对误差较高的弱点.通过对光谱的分析,确定了750hm单波段算法的参数,并提出了利用近红外812nm波峰高度来估算水体悬浮物的方法.文中还详细阐述了为什么比值算法等在太湖水体悬浮物浓度估算中相对误差比较高,并解释了利用近红外估算精度高的原因,并指明以上算法在遥感应用中的优点和不足,以及现实水体(水质)遥感对现有遥感器配置和遥感算法的需求.     

后生浮游动物摄食对太湖夏季微囊藻水华形成的作用

为了了解后生浮游动物的摄食作用在太湖夏季微囊藻水华形成中的作用,2009年7月15日至8月14日取太湖梅梁湾湖水开展了后生浮游动物对微囊藻水华形成作用的野外模拟实验.实验期间,未过滤掉后生浮游动物的对照组出现了漂浮在水面、肉眼可见的微囊藻水华,而过滤掉后生浮游动物的实验组没有出现微囊藻水华.结果显示,对照组整个实验期间都有后生浮游动物存在,共发现了9种后生浮游动物;而实验组在实验第6 d发现有后生浮游动物出现,整个实验期间共发现了3种后生浮游动物.浮游动物生物多样性分析显示对照组显著高于实验组.实验后期(21～30 d),对照组微囊藻平均密度显著高于实验组.整个实验期间,惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)密度均显著高于实验组,且惠氏微囊藻密度占对照组微囊藻总密度的60.79%.研究结果表明,太湖夏季后生浮游动物摄食并不能控制太湖蓝藻水华,相反,后生浮游动物特别是大型浮游动物能促进蓝藻水华的形成.同时表明,后生浮游动物群落结构可能是影响微囊藻水华形成的重要因素.     

基于快速城市化的饮用水系统适应能力评估——以江苏省太湖地区为例

江苏省环太湖地区快速城市化和工业化加剧饮用水危机,整合研究水源地、供水、用水、排污处理和技术5个方面对于支撑该地区可持续发展的适应能力,对揭示饮用水供需关系、存在问题、部门协调与综合决策等具有现实意义.本文以构建5个子系统适应能力指标体系为主线,通过分指数与综合指数评价的运算,得出研究地区饮用水系统适应能力等级水平、地域分异特征及影响因素分析;针对各子系统存在问题,提出维护和提升适应能力的对策措施.研究表明,适应能力较强的地区占总面积29.1%,其5个子系统适应能力均较强.适应能力中等地区占41.2%,一类是各子系统适应能力基本均等,另一类是排污处理子系统适应能力较强,但用水子系统得分较低.适应能力较差地区占29.7%,主要是技术子系统分值低,其它子系统适应能力处于中等偏下.因此需加大对各子系统适应能力的调控与提升.     

太湖浮游植物中重金属含量的季节变化特征及湖区差异

近年来随着社会经济的发展,排入太湖的污水中重金属含量不断增加,为研究太湖浮游植物中重金属的污染状况,分别于2009年春季(4月)、夏季(7月)和冬季(12月)对太湖不同湖区展开调查,通过HCA聚类分析和Pearson相关分析探讨不同湖区浮游植物中重金属含量的季节变化,并与优势藻种进行CCA分析,对浮游植物重金属与各藻种关系进行初步探讨.结果表明:太湖浮游植物中重金属的含量大小为:ZnMnPbCuNiCrAsCdHg,其中Zn、Cu、Mn、Pb、Ni的季节变化明显,Zn和Cu、Pb、Ni、Cr之间的相关系数很高且具有同源性.通过对比不同湖区,发现北部梅梁湾的浮游植物重金属含量较高,东太湖和湖心区含量均低于沿岸湖区.CCA分析表明春季重金属与优势藻种呈正相关,而夏季和冬季二者呈负相关.三季中重金属与蓝藻和绿藻的相关性最高,与隐藻的相关性最低.蓝藻中,重金属与铜绿微囊藻的相关性高于水华微囊藻.