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太湖藻类生长模型研究 总被引：32，自引：1，他引：31
本文提出了一改进的藻类生长模型及其新颖的计算机模拟算法,该模型不但考虑了不温、总氮、总氮、总磷、浮游动物的辐射等因素对藻类生长率的影响,而且根据水量,总磷和藻类浓度等因素对藻类死亡率进行了修正和计算精度至关重要的,因此,本文建立了具有绝对稳定性和二阶精度的数值算法求解藻类生长模型中的偏微分方程组,此外,为了进一步验证该藻类生长模型的实测值进行模拟,由于实测值为每个月中某一天的测量值,为了模拟过程能正确进行,本文采用样条插值的方法估计出每用插值等方法,本文提出了一种广义拟结果与测量数据基本符合,而在有明显的差异的地方,文中作出了相应的解释,结果表明,本文提出了藻类生长模型及其算法是有效的,各采样点藻类浓度的模拟值能较好地拟合实测值。 相似文献
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大型浅水湖泊藻类模型参数敏感性分析 总被引：2，自引：1，他引：1
选取太湖作为典型湖泊在之前研究基础上建立藻类模型,对模型中与藻类有关的40个参数进行拉丁超立方抽样,并使用区域敏感性分析方法和普适似然不确定性分析方法进行敏感性分析.结果表明:在所选的40个参数中,有7个参数是敏感的参数,对模拟的结果影响较大.在藻类生长、基础代谢、牧食和沉降4个藻类变化过程中藻类生长的敏感参数最多,影响最大;在藻类生长项中,叶绿素的消光系数是藻类生长光照限制中的最敏感参数,而最低适宜生长温度及其对藻类生长的影响系数则是温度限制中的敏感参数;并且不同湖区的不确定性在不同时间差异明显,对于藻类低浓度湖区和藻类暴发期的模拟需要加以关注. 相似文献
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数据同化是提升复杂机理过程模型精度的关键技术之一,而湖泊藻类模型的敏感参数具有随时间动态变化的特征,导致数据同化过程中无法精准更新某一时段的敏感参数,影响数据同化的模型精度提升效果.针对上述问题,本研究耦合了参数敏感性分析与集合卡尔曼滤波,研发了一种能够实时识别模型敏感参数的新型数据同化算法;为验证研发算法的效率,依托巢湖的高频水质自动监测数据,测试算法对藻类动态模型的精度提升效果.测试结果表明：研发算法能够精准跟踪模型敏感参数的动态变化,并根据监测数据实时更新模型敏感参数,实现了水质高频自动监测数据与藻类动态模型的深度融合,藻类生物量模拟精度提升了55%,即纳什系数（NSE）从0.49提升到0.76,模拟精度提升效果也显著优于传统数据同化算法（NSE=0.63）.研发算法可应用于其它水生态环境模型的数据同化,为水生态环境相关要素的精准模拟预测提供关键技术支撑. 相似文献
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风场对藻类在太湖中迁移影响的动力学研究 总被引：36，自引：10，他引：26
在Ｗｅｂｓｔｅｒ等人工作的基础上,以三维湖流为背景,考虑了波浪及藻类自身浮力的影响,建立了一个太湖梅梁湾三维藻类迁多模型,以研究在不同几场作用下藻类在湖泊中的迁移过程。模拟结果表明,不同风场对于藻类在湖泊中的水平及垂直分布影响很大,并且存在着一临界风速,其范围在２－３ｍ／ｓ之间,当几速小于临床风速时,水面可以拟看作水动力学光滑,没有波浪产生,在水表面藻类顺着风向迅速的向迎风岸的边漂移,形成藻类大量 相似文献
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太湖水环境面临的主要问题、研究动态与初步进展 总被引：59，自引：15，他引：44
本文对太湖水环境研究作了一个简单的回顾,指出了这几十年工作所取得的成就,如太湖进出污染物调查和水质评估,太湖水体光辐射观测与模拟等,结合国家有关主湖治理措施与方案,提出了“九五”工作应该着重在湖泊生态管理模型,水土界面主蓝藻水华爆发机制等领域,通过对当前国际上在这些领域中研究进展情况的回顾,特别介绍了在湖泊水动力学的观测,解释,模拟和应用方面,在湖泊藻类生长以及水结出现与湖泊光照条件,营养盐水平的 相似文献
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针对兴凯湖富营养化的问题,应用生态动力学模型DELFT-3D对兴凯湖进行数值模拟,确立了一套适用于兴凯湖的特征参数,将模拟结果与实测数据对比进行准确性检验,结果显示DELFT-3D耦合模型较好地模拟了兴凯湖水质情况和藻类浓度动态,与实测数据基本吻合.在此基础上设置不同控制情景,模拟长时间序列下兴凯湖营养物投入与湖泊水质、藻类的响应关系.结果表明,小兴凯湖在惯性发展模式下TN、TP和Chl.a浓度迅速增加,Chl.a浓度的初始值为8.96 mg/m3,到2015年和2020年分别提高了32.37%和65.51%,尤其是在5月和8月的两个峰值区,小兴凯湖面临严峻的藻类水华风险;相对于TP,大、小兴凯湖Chl.a浓度随TN入湖量的变化趋势更显著.在满足Dillion模型计算的兴凯湖承载力基础上进一步加大削减力度,可以使小兴凯湖水质保持在Ⅲ类水水平,大兴凯湖保持在Ⅱ类水水平,小兴凯湖对大兴凯湖起到了缓冲带的作用,应增加Chl.a为兴凯湖富营养化控制标准,为藻类水华提供预警. 相似文献
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东巢湖湖滨农田生态拦截沟中浮游植物群落结构 总被引：1，自引：0，他引：1
在巢湖市烔炀镇西宋村农田示范基地中建立生态拦截沟来处理农业生产排放的农业面源污水,就生态拦截沟中浮游植物丰度、生物量和群落结构进行了研究.实验历时6个月,研究中共检测到浮游植物9门48属75种.研究发现尽管农田生态拦截沟中的水生植被能有效削减水体中的氮、磷营养盐,但对浮游植物群落结构产生的影响不大.生态拦截沟中主要藻类为绿藻、蓝藻和硅藻,且出水口蓝藻所占比例较进水口有显著上升.生态拦截前后浮游植物优势种类的变化不大,主要为蓝藻门的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、绿藻门的微球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)和硅藻门的孟氏小环藻(Cyclotell meneghiniana)等.藻类生物多样性研究表明生态拦截沟中的水体主要为清洁或寡污型水体,仅在夏季的7月份出现了轻微的水体污染.典型对应分析发现,TN/TP对浮游植物种类分布的解释度最高.同时,发现水体总磷的对数、总溶解磷的对数与藻类的生物量呈正比,而TN/TP与藻类的生物量呈反比.研究表明农田生态拦截沟尽管具有削减农业氮、磷营养盐面源污染的作用,但不能有效地降低水体中蓝藻的生物量.农业面源污水中的藻类营养盐限制主要为磷限制,削减农田径流中的磷含量是控制巢湖流域水体富营养化和遏制蓝藻水华的关键环节. 相似文献
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基于遥感藻总量和气象因子的巢湖不同湖区藻华预测 总被引：1，自引：0，他引：1
湖泊能为人类提供不可或缺的资源,而全球普遍存在的湖泊富营养化导致的藻华频繁暴发正不断损害湖泊生态环境服务功能.为合理保护湖泊环境和防治藻华危害,需预测藻华暴发.以我国富营养巢湖为研究区,本文构建了一种基于遥感藻总量和气象因子的不同湖区藻华暴发概率预测方法.基于MODIS/Aqua数据,研究首先反演了2003—2019年日尺度的藻华分布和考虑垂向结构的水柱藻总量.然后,统计了西、中和东巢湖的藻华面积,判别了藻华/非藻华日,并匹配日平均藻总量和气象因子.最后,筛选出藻华形成的关键影响因子——藻总量、气温和水汽压,并构建了不同湖区日藻华暴发概率的Logistic预测模型.不同湖区月平均藻总量基本一致,但藻华暴发日占比呈“西高东低”特征.对西、中和东巢湖的藻华/非藻华检验样本,模型精度分别为90%、85%和89.5%,模型也适用于2020年夏秋季和冬春季藻华预测.湖泊藻华暴发是藻类大量增殖并在一定气象条件下的产物,故基于遥感藻总量和气象因子的藻华暴发概率预测科学合理,可推广应用于太湖等其他富营养湖泊. 相似文献
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湖泊富营养化导致的水华问题严重影响了淡水资源的利用和保护,快速、全面、准确的监测水华信息对于湖泊水环境的治理具有十分重要的意义.本文以巢湖为研究区域,利用多源光学遥感影像和时空融合技术,采用波段融合的方式将NDVI指数波段加入到遥感影像当中,并通过监督分类解译水华信息,以此揭示2009-2018年10年间巢湖水华的时空变化规律.结果表明：巢湖发生的水华以零星和局部水华为主,2012年巢湖水体首次出现区域蓝藻水华;巢湖水华的季节变化性强,夏、冬半年水华变化差异大,其中2018年季节间的差异最为显著;巢湖水华后五年发生频率明显高于前五年,西半湖水华较东半湖严重,且巢湖西北部是水华的高发区域,2011年水华开始向沿岸蔓延,2014年水华首次出现在西南湖区,2016年巢湖水华高发区域新增巢湖东部和中部地区.另外,本文根据巢湖的相关气象数据,构建了Logistic水华气象风险概率预测模型,模型平均预测准确率高达87.52%.探究巢湖水华长时序的时空变化规律有助于从宏观上把握其动态趋势,为后续湖区治理以及周边生态环境建设提供理论依据,水华气象风险概率预测模型可为巢湖水华的预警和防控提供决策支持. 相似文献
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近年来随着人类的活动日益加剧,水体富营养化问题已经严重威胁到湖泊生态安全。为了快速并准确地获取藻华爆发的范围,本文提出浮游藻类指数线性拟合模型（FAI linear fitting model, FAI-L）。在以往的研究中,NDVI(normalized difference vegetation index)已经广泛应用于藻华的识别中,且采用坡度计算获取NDVI阈值的方法也得到验证,相对于NDVI,FAI对环境条件的改变敏感度较低,且由于FAI增加了短红外波段,能够有效地降低部分大气和薄云的影响,对藻华的识别有较高的精度,但是FAI识别藻华的阈值如何确定的问题没有有效的解决办法。本文通过建立NDVI与FAI的线性拟合方程,利用NDVI阈值确定FAI阈值,能够有效地解决FAI阈值确定问题。通过Landsat8和Sentinel-2的提取结果显示：（1）FAI-L相对于NDVI提取结果在精度上有较大提升。采用该方法对于Landsat8影像的藻华提取精度为97.16%,相对于NDVI的提取精度（91.72%）提高了5.44%。（2）以Sentinel-2数据为基础探究FAI-L的适用性情... 相似文献
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Reservoirs of lowland floodplain rivers with eutrophic backgrounds cause variations in the hydrological and hydraulic conditions of estuaries and low-dam reservoir areas, which can promote planktonic algae to proliferate and algal bloom outbreaks. Understanding the ecological effects of variations in hydrological and hydraulic processes in lowland rivers is important for algal bloom control. In this study, the middle and lower reaches of the Han River, China, a typical regulated lowland river with a eutrophic background, are selected. Based on the effect of hydrological and hydraulic variability on algal blooms, a hydrological management strategy for river algal bloom control is proposed. The results showed that (a) differences in river morphology and background nutrient levels cause significant differences in the critical threshold flow velocities for algal bloom outbreaks between natural river and low-dam reservoir sections; there is no uniform threshold flow velocity for algal bloom control. (b) There are significant differences in the river hydrological/hydraulic conditions between years with and without algal blooms. The average river flow, water level and velocity in years with algal blooms are significantly lower than those in years without algal blooms. (c) For different river sections where algal blooms occur and to meet the threshold flow velocities, the joint operation of cascade reservoirs and diversion projects is an effective method to prevent and control algal blooms in regulated lowland rivers. This study is expected to deepen our understanding of the ecological significance of special hydrological processes and guide algal bloom management in regulated lowland rivers. 相似文献
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太湖生态与环境若干问题的研究进展及其展望 总被引：30，自引：5，他引：25
本文着重就太湖水动力及其生态环境效应、太湖沉积物及其内源污染问题和太湖生态系统结构与功能及其蓝藻水华等热点问题近十年来的研究进展进行了回顾.在水动力及其生态环境效应方面,初步摸索出一套适合太湖这样大型浅水湖泊的研究方法,即通过沉积物悬浮过程的研究,把风浪与水体光照透明度、内源释放、水土界面的氧化还原环境等过程和要素联系起来,获得了太湖理化要素随深度变化的内部结构特征,确立了三维水动力模拟模型在太湖应用中的必要性.建立了太湖光照和透明度与悬浮物的关系,及基于悬浮物浓度的太朔初级生产力计算模型.在太湖沉积物与内源污染问题上,初步弄清了太湖沉积物分布与污染物质分布的特征,太湖沉积物悬浮的动力作用的来源与大小.太湖水动力对内源释放的影响,进一步提出了适于太湖内源污染控制的判断方法.对于太湖生态系统结构与功能及其蓝藻水华问题,在蓝藻水华爆发过程假设的基础上,进一步通过营养盐阈值、休眠孢子复苏等方面对此进行了完善.研究还发现了富营养化导致生态系统退化,生物趋于小型化且多样性下降的现象,营养盐循环速率加快,加重水体富营养化程度.进一步通过附着生物的研究,揭示了富营养化导致草型生态系统向藻型生态系统转化的原因.在此基础上,提出了生态恢复应该首先降低营养盐负荷、其次才是生态恢复的新观念,以及湖泊治理必须先控源截污、后生态恢复的新思路.最后,就这几个方面的进一步发展做出了展望. 相似文献
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Belinda Cant Ralph Mac Nally James R. Thomson John Beardall 《Aquatic Sciences - Research Across Boundaries》2010,72(2):191-202
Wetlands in south-eastern Australia and other arid regions of the world are experiencing increases in salinity due to dryland
salinization and climate change. We investigated changes in wetland ecological function, measured as phytoplankton and benthic
algal Chl a, over a large salinity gradient (0.047–226 mS cm−1) and in relation to several local water chemistry variables that may be important predictors of algal biomass. We investigated
the relative importance of landscape variables that may affect input pollution and hydrology of wetlands at four spatial scales
(100, 500, 1,000 and 5000 m). We explored the strength and form of the relationships between algal biomass and local and landscape
predictors with emphasis on the effects of local and landscape salinity. We found local variables were more important than
landscape variables in influencing algal biomass. We also found salinity of wetlands was not a good predictor of phytoplankton
biomass but it did predict benthic algal biomass. 相似文献
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《Limnologica》2015
Excessive biomass development of benthic algae is often considered undesirable, but understanding the causes is confounded by complex interactions among driving factors. Pristine rivers allow a benchmark where human interference should be limited to climate change. In this study a time series comprising >20 years of annual benthic algae surveys from two pristine, soft water, boreal stream sites is used to determine whether year-to-year variations in benthic algal assemblages and cover were related to climate (temperature, precipitation, North Atlantic Oscillation) or hydrological regime. Total benthic algal cover ranged from 6 to 100% at Atna (the outflow of the Atna River from Lake Atnasjø), and from 3 to 50% at the headwater stream Li. Climate and hydrological regime explained 18 - 74% of the variability in benthic algal assemblages and cover. Generally, more variance was explained at Li than at Atna, possibly because (i) aquatic bryophytes blurred nutrient-mediated effects of climate and hydrology at Atna, and (ii) the upstream lake buffered hydrological variation. Temperature was more important for explaining benthic algal assemblages and cover at Atna, while hydrology was more important at Li. Climate and hydrological regime had no major impact on benthic algal taxon richness. High temperatures were associated with high benthic algal cover, particularly at Atna, while high suspended particle concentrations were associated with reduced benthic algal cover at Li, possibly due to scouring. Cover of the cyanobacterium Phormidium sp. increased at Li with increasing temperature, and decreased with prolonged periods of high discharge. Current predictions of climate change would lead to a “greener” Atna (increased cover of benthic algae), while Li would become more “bluegreen” (more Phormidium sp. but less filamentous green algae). It would also lead to a slightly more “eutrophic” algal assemblage at Atna (as indicated by the PIT-index for ecological status assessment), while a possible drift of the PIT-index is less clear at Li. The differences between Atna and Li likely reflect differences among river types, and it seems possible to make some generalizations: climate will likely affect benthic algae in lake outlets primarily via temperature, while headwater streams will primarily be affected via altered hydrology and particle concentrations. 相似文献
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基于水生态改善的太湖分区分时动态水质目标制定方法 总被引：1，自引：0，他引：1
科学、合理地制定水体主要污染物浓度控制目标,即水质目标是实施河、湖"水质目标管理"的基础和前提.本文基于环境条件决定生态系统结构以及自组织适应生态学原理,提出一种可促进水生态改善的太湖分区分时动态水质目标制定方法.该方法在出入湖河道流量情景及分区污染物浓度情景设计的基础上,进行不同情境下水生态系统要素时空演化的数值试验;然后以藻类生物量减小、沉水植物生物量增加为判据,构造水质目标优化模型;最后将湖泊水生态模型与水质目标优化模型耦合,判断各污染物浓度情景下水生态系统健康状况,进而确定不同时间尺度下太湖各分区总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数等主要污染物指标的动态控制目标.结果表明：本方法制定的太湖各湖区分时水质目标相比传统的"静态"目标更能促进太湖水生态系统健康发展,并为太湖水环境的精细化管理提供了可能. 相似文献