湖库蓝藻水华控制技术发展、应用及展望

蓝藻水华暴发会引起供水系统堵塞、水体异味、水生生物死亡等一系列生态环境问题,严重时还将威胁饮用水安全,因此采取切实有效的蓝藻水华控制技术对蓝藻水华防控至关重要。通过文献调研系统梳理了国内外蓝藻水华控制技术发展历程,综述了典型蓝藻水华控制技术及其适用范围、应用情况及优缺点等。结果表明:蓝藻水华控制技术总体分为物理控藻技术、化学控藻技术和生物控藻技术。从技术文献关键词时间发展脉络看,2010年之前国外蓝藻水华控制技术关键词多集中在絮凝、混凝等化学控藻技术,2010年后向水生植物抑藻等生物控藻技术发展;我国蓝藻水华控制技术关键词2010年前主要集中在鲢鳙鱼控藻、水生植物抑藻等生物控藻技术,2010年后超声波、机械除藻等物理控藻技术和絮凝等化学控藻技术快速发展,2015年后物理控藻技术进一步发展。国外蓝藻水华控制技术于20世纪50年代起步于化学控藻技术,2000年后研发了超声波、光波等物理控藻技术,2010年后主要以生物控藻和化学控藻技术为主;国内蓝藻水华控制技术于20世纪80年代起步于针对小型水体的生物控藻技术,2000年后逐渐发展为针对大型湖库的机械除藻技术(物理控藻技术)。物理控藻、化学控藻技术的应急效果显著,但物理控藻技术存在成本高、长效性不足等缺点,化学控藻技术存在二次污染风险;而生物控藻技术存在见效慢、有外来物种入侵风险、生态系统被扰乱风险等生态安全问题,目前实际应用案例较少。未来应加快推进蓝藻水华控制技术优化筛选和示范应用,同时开展蓝藻水华控制技术与内外源污染控制、水生态修复等技术的集成应用,提高蓝藻水华控制效果。

中低分辨率卫星蓝藻水华监测面积校正研究:以GOCI-2为例

面对中低分辨率影像因监测尺度较低而导致其估算湖泊蓝藻水华面积精度较差这一问题,文章以GK 2B卫星上搭载的多光谱成像设备GOCI-2为例,选取太湖研究区,分析了GOCI-2与Sentinel-2卫星遥感影像水华面积提取结果的差异,研究了GOCI-2混合像元中NDVI值与水华面积占比的关系,并进行回归分析;以此为基础构建了面向GOCI-2的水华面积校正模型,并对该模型进行精度验证和比对分析。试验结果表明:混合像元中水华面积占比与NDVI值非线性正相关,直接用NDVI阈值法提取的蓝藻水华面积比实际值偏大;经模型校正后GOCI-2水华面积监测平均精度由67.8%提升到90.0%,且校正模型对NDVI阈值设定不敏感;与EVI、AFAI水华提取算法相比,NDVI能更好的反映出水华在混合像元中的占比。文章的研究成果可为GOCI-2影像在水华监测领域的应用提供一定参考。

滇池蓝藻水华时空变化特征及环境影响因素

[目的]明晰滇池流域水体富营养化演变特征和水体综合治理状况及其主要驱动因素,为滇池流域水污染治理和水生态修复提供科学支撑。[方法]以滇池为研究对象,采用Google Earth Engine(GEE)和遥感监测分析2002—2021年期间滇池蓝藻水华的时空变化,并探讨了蓝藻水华与环境因子之间的关系。[结果]2002—2021年,滇池蓝藻水华面积变化具有显著的年际特征,在2006年、2013年和2016年出现峰值,分别为1.952×10^(7),2.010×10^(7),1.743×10^(7) m^(2);在2005年、2010年和2014年出现谷值,分别为1.243×10^(7),1.156×10^(7),1.163×10^(7) m^(2)。2016年后蓝藻水华面积稳定波动,整体无明显变化趋势,2021年面积为1.709×10^(7) m^(2)。在月份尺度,蓝藻水华主要发生在7—12月,8月达到峰值,11—2月持续降低,2月达谷值。蓝藻水华与气温、降水量之间呈现正相关关系,与风向呈现显著负相关关系(p<0.05),与风向呈现最为密切的显著相关关系(p<0.05),受滇池地形等因素影响,4种气象因子中风向因子重要性最高,偏东的风向对滇池蓝藻水华覆盖率具有显著促进作用。[结论]滇池蓝藻整体保持稳定波动无显著演变趋势,未来滇池水生态修复应深入考量风向、风速对蓝藻爆发的重要驱动作用。

蓝藻水华防控治理方法研究进展

近年来,多地蓝藻水华暴发频繁,破坏水体环境,危害人体健康,已成为当今亟待解决的问题,防控蓝藻水华技术研究也进展迅速。本文系统总结了近年来,尤其近5年,国内外对蓝藻水华的研究进展,概括了水华的危害及暴发机制,分析了营养盐控制、湖泊稳态转化、生物调控等防控理论以及物理、化学、生物应急治理方法等,提出了未来的研究发展方向,旨在为蓝藻水华的防控与治理提供思路,推动理论研究成果尽快投入到实际应用中。

BP神经网络在水库蓝藻水华预测中的应用

水体污染会造成水中营养物质过剩,藻类大量繁殖,从而加速水体富营养化。本文对水质自动监测数据的水温(T)、pH、溶解氧(DO)、电导率(W_cond)、浊度(Turb)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH_(3)-N)、总磷(TP)、总氮(TN)9个因子进行分析,建立预测叶绿素a(Chl-a)浓度的BP神经网络预测模型,并对样本数据做主成分分析得出前5个主成分累计贡献率达83.59%,通过不同变量的网络模型筛选出pH、DO和TP是预测Chl-a浓度的3个主要影响因子。结果表明,模型预测值和实测值相关系数R2达到0.972,为Chl-a浓度预测提供了一种环保、安全、可靠的技术方法。

滇池蓝藻水华的RF-LSTM预测模型

为了监测、分析气象因子对蓝藻水华暴发的制约作用,建立蓝藻水华暴发与气象因子的响应关系,预测蓝藻生物量及分布变化。通过随机森林算法定量评估气象因子的重要性和贡献率,优选出气象因子,采用长短期记忆网络构建蓝藻水华预测模型。选择滇池2000-2021年归一化植被指数的年值和同期昆明站气象数据为研究对象,以归一化植被指数作为蓝藻水华的变化指标,探讨基于随机森林算法的长短期记忆网络RF-LSTM在蓝藻水华预测中的可行性。结果表明,与单一结构的长短期记忆网络模型和单一算法的随机森林模型相比,RF-LSTM模型的年值预测通过0.01显著性检验,模拟精确度达90.9%。随机森林算法利于理解蓝藻水华与气象因子的关系,选择有预测性能的气象因子,从而提升长短期记忆网络模型的预测能力。

影响自然水域蓝藻水华爆发的因素与防范策略

为了降低自然水域暴发蓝藻水华的频率、减少对人畜和环境的危害,许多专家从蓝藻特性、水域环境、气候等角度寻找蓝藻水华暴发原因具有一定的局限性,提出的防治措施施存在一定的片面性。为此综述蓝藻水华暴发的生理基础和危害,探索消减蓝藻水华营养基础方法和水域内外综合防控措施,弥补该领域研究不足。通过研究各行业以及城市污水等总氮(T-N)、总磷(T-P)的排放和流失对自然水域蓝藻水华的贡献,以及自然水域环境现状,提出行业污水减排、二次处理消减营养素的技术措施、构建蓝藻水华防范机制和水域生态调控措施,供社会各类环境责任主体参考借鉴。

蓝藻水华的短期监测预警与防控策略

蓝藻水华问题持续影响着中国内陆湖泊,华中地区O湖近年6-10月均会受到蓝藻水华的侵扰,造成水体生物死亡,堆积与异味影响到了湖泊的休憩功能。该研究于2022年7-10月在O湖展开,通过对该湖蓝藻水华的持续低空监测与研究,分析其湖面分布情况,结合气象数据探究其漂移方向与规律,对其发展情况展开预测,并尝试通过物理阻隔等措施,减少其扩散范围。结果表明,2022年7月初O湖蓝藻主要分布在湖区东部区域,西部与南部区域蓝绿藻数量较低,未形成水华。通过气象数据分析结合自动站水质监测数据,提前预测蓝藻水华会由东部区域突破已设置的挡藻围隔进入西部湖区。因此,研究立即在O湖大桥布设档藻围隔,将水华控制在O湖东部区域,避免了其向其他区域漂移和扩散,使得O湖西部与南部区域未出现蓝藻水华。研究表明,水质自动站数据及无人机监测能够较准确地判断蓝藻的空间分布,结合气象数据能够预测蓝藻水华期的漂移,根据预测结果建设挡藻物理阻隔,能有效限制蓝藻水华的漂移,验证了蓝藻水华监控与防治方法的可行性,为蓝藻早期控制与治理提供了新的思路。

滨岸带蓝藻水华无人机探测方法研究

蓝藻进行探测时易出现影像质量差,探测精度低的情况,对此,研究滨岸带蓝藻水华无人机探测方法,文章以太湖作为研究对象,对太湖蓝藻堆积最严重的贡湖滨岸带展开探测方法研究,通过无人机水面飞行去光斑方法,获取滨岸带高质量照片,利用高表真的蓝藻水面影像拼接技术将无人机照片拼接成高水面覆盖度和高表真性的数字正射影像,采用可见光蓝藻提取方法实现了蓝藻水华的识别与提取。实验结果表明,所提方法总体精度达到93.4%,Kappa系数达到0.8613,证明所提方法具有实用性。

呼伦湖蓝藻水华时空分布特征及适宜气象条件分析

利用2013—2022年夏季(6—8月)TERRA/MODIS呼伦湖卫星遥感影像及周边气象站的逐日观测数据,对呼伦湖蓝藻水华暴发的时空特征及适宜气象条件进行初步分析。研究表明,2022年呼伦湖蓝藻水华最为严重,其次为2013年和2021年。蓝藻水华易发区主要位于南部湖湾区和北部沿岸区,东南部湖岸的蓝藻水华相对较轻。气温和风速是影响蓝藻水华暴发的主要气象因子,其中蓝藻水华暴发的适宜气象条件为日最高气温25~33℃,日最低气温10~17℃,日平均风速小于等于4 m/s,日最大风速小于等于9 m/s。建议加强呼伦湖区域蓝藻水华和气象要素的监测、预报能力,为蓝藻水华暴发时的快速应急处置提供帮助。

基于高分六号卫星观测数据监测太湖蓝藻水华研究

该文基于2018年和2019年的高分六号卫星数据,利用归一化差值植被指数实现太湖蓝藻水华的提取,验证红边波段对蓝藻水华的监测效果。结果表明,蓝藻水华在太湖的梅梁湾、湖心区北部和西太湖北部发生频次最多。但存在有代表性的最小整体和季节阈值范围,且整体阈值与夏季阈值相关性高;红边I波段(0.71波段)阈值范围的稳定性优于红边II波段(0.75波段)和近红外波段(0.83波段),且最小阈值范围呈现为正态分布。因此,高分卫星具有监测太湖蓝藻水华的潜力,在业务上运用高分卫星能够对太湖蓝藻水华的暴发作出快速监测。

控藻剂与小球藻联合控制蓝藻水华效果研究

以铜绿微囊藻为研究对象,将微囊藻水华池塘分隔成数块小区进行控藻剂药效测试,通过测定藻蓝蛋白评价不同控藻剂对蓝藻的控制水平。结果表明,几种控藻剂对蓝藻防效效果有差异,其中复合处理组4与小球藻组合在实验第1,3,7,12,15天处理后的藻蓝蛋白含量和浊度值显著低于对照组,且DO显著高于对照组。这表明该控藻剂与小球藻联合对蓝藻的防治效果较好,且对水体的DO影响不大,克服了目前主流控藻剂使用后容易造成DO骤降带来的生态问题。

芬兰蓝藻水华治理管理对太湖治理的启示

蓝藻水华是现阶段太湖治理的重点也是难点之一,芬兰在湖泊治理方面具有丰富的经验。通过实地调研,阐述芬兰蓝藻水华的基本表现,以及近50年来的治理和管理情况,分析芬兰湖泊治理和太湖治理的相似性,总结芬兰治理的经验并提出其对太湖治理的启示,以期为太湖治理和管理提供借鉴。

碧山水库藻类群落特征与蓝藻水华风险分析

为掌握碧山水库藻类群落特征及蓝藻水华情况,在碧山水库设置5个点位开展丰水期和枯水期藻类现场调查。结果表明:碧山水库共鉴定出藻类7门44属63种,丰水期藻类及蓝藻丰度、生物量均显著高于枯水期,丰水期多样性指数低于枯水期;丰水期全库发生蓝藻水华,主要水华蓝藻种类是长孢藻和挪氏微囊藻。在水库管理中要注意防范水库蓝藻水华风险,建立蓝藻毒素和异味物质的监测与预警措施,保障饮用水安全。

微生物制剂在南湖蓝藻水华防控中的应用

南湖水域面积13.63km^(2),集雨面积150km^(2),平均水深3m,最大水深9m,常年控制水位26.26m,蓄水总量8,404m^(3)。南湖整体水质为Ⅳ类,但总磷为Ⅴ类。南湖具有景观娱乐、调洪蓄水、水产养殖等多种功能。南湖因其资源独特,景色秀美,已然成为岳阳城市的形象和名片,是岳阳生态文明和城市湖泊旅游休闲的重要标志,有“东方日内瓦湖”的美誉。然而,由于近年来岳阳市经济高速发展和城市化进程加快,环南湖周边区域污水排放量成倍增长.

淀山湖水质变化趋势分析及其对蓝藻水华暴发影响因素浅析

本研究基于2001年至2023年淀山湖气象和水质等数据,对淀山湖水质变化趋势及其对蓝藻水华暴发的影响进行了分析。在过去20年中,淀山湖的风速呈现低风速变化趋势,而气温、日照时数、降雨量无显著趋势变化。水质方面,水温无显著趋势变化,总氮、氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量的浓度呈显著下降趋势,而总磷浓度则经历了先下降后升高的趋势;淀山湖叶绿素a浓度总体呈先下降再上升趋势,蓝藻密度呈现先平稳上升,后显著上升的趋势。淀山湖的水质呈现逐步改善的趋势,但氮磷浓度依然较高,是利于藻类生长的藻型生境。既使气温、光照和风力等外部条件适宜,淀山湖发生藻华的可能性仍然存在。

坑口水库蓝藻水华治理应急措施

坑口水库是福建省大田县城区目前唯一的地表饮用水水源地。近年来,坑口水库水质不断下降,影响大田县城区供水安全,对水体生态系统造成危害,尤其是2022年,该水体出现了大面积的蓝藻水华。文章对该水体出现藻华的原因进行了分析,并在此基础上,从水源地综合治理角度提出了藻华治理的应急措施。

哨兵二号卫星数据在洱海蓝藻水华监测中的应用

蓝藻水华是一种内陆湖泊常见的水质问题,对湖泊生态环境和人类生产生活造成极大的威胁。利用卫星遥感技术对蓝藻水华聚集情况监测,具备大范围、动态性、周期性、更新频率快等优势。哨兵二号(Sentinel-2)卫星影像具备空间分辨率高、重访周期短、谱段丰富、开源获取等优点,为蓝藻水华暴发监测提供了开源的影像基础。本文基于Sentinel-2影像,对蓝藻水华有无聚集情况下的水体光谱特征进行分析。结果表明,基于Sentinel-2影像计算的归一化差分蓝藻聚集指数(NDCI)可准确监测蓝藻水华聚集情况,在内陆湖泊蓝藻水华聚集预警方面具备巨大应用潜力。

基于风云三号气象卫星数据的太湖水体表层蓝藻水华特征研究

用卫星遥感技术监测太湖蓝藻水华具重要价值。利用风云三号卫星中分辨率光谱成像仪数据计算了归一化植被指数、增强型植被指数等,以提取蓝藻水华分布,并基于太湖东山气象站的气象资料分析水华暴发的驱动因素。结果显示:风云三号具备监测太湖蓝藻水华的能力,2017年太湖不同季节蓝藻分布情况不同,最大叶绿素指数监测效果更好,温度、光照会促进蓝藻水华的暴发,对拓展气象卫星数据应用范围、强化湖泊水体蓝藻监测具有重要参考价值。

粤港澳大湾区水库蓝藻水华特征与防治对策建议

粤港澳大湾区在我国发展大局中具有重要战略地位,水库是大湾区的重要饮用水水源。随着最严格水资源管理制度、河湖长制等工作的推进,大湾区水环境质量状况持续改善,但是,在流域污染防治取得明显成效情况下,大湾区水库蓝藻水华事件却一定程度呈增加趋势,蓝藻水华引发的生态问题仍严峻。深入研究与理解区域蓝藻水华特征和发生机制,是开展大湾区水库水华防治工作的重要基础。基于大湾区水库长期浮游植物监测结果,分析粤港澳大湾区水库水华蓝藻的组成和水华特征,提出针对性的区域水华防治对策建议。