硫-铁自养反硝化人工湿地强化农村黑臭水体深度脱氮

现阶段研究分析发现,N、S元素是导致水体黑臭的关键所在,由此构建硫-铁自养反硝化人工湿地系统治理农村黑臭水体。该自养反硝化系统以硫铁矿为电子供体、以青石为酸碱平衡调节材料,按照3∶2、1∶1的比例混合,通过分析不同水力停留时间(HRT)下湿地系统的脱氮效果、沿程脱氮变化及微生物群落情况,验证该人工湿地系统的脱氮治理效果。结果表明,在HRT为24 h条件下系统的脱氮效果最好,TN、NO_(3)^(-)-N分别从(12.88±0.4)、(7.73±0.76)mg/L降至(1.46±0.34)、(0.83±0.14)mg/L,最高去除率分别为91.3%、91.8%;但随着HRT的下降,脱氮效果也随之降低。随取样口1~4相对高度的增加,系统脱氮效率明显上升,其中,由硫铁矿、火山岩、青石按照3∶5∶2的体积比复配而成的人工湿地系统在取样口4的TN及NO_(3)^(-)-N去除率分别为87.07%、85.88%,取样口1的TN及NO_(3)^(-)-N去除率仅为15.91%、16.88%。此外,Proteobacteria(变形门菌)、Bacteroidetes(拟杆菌门)等为该系统中的优势菌门。

面向水体浅水区遥感识别的水体指数NMBWI研究

针对传统水体指数模型易受水体边界浅水区的水体底质的影响,导致在提取水体时容易产生水体错分和遗漏等问题,该文以汤河水库、桐湖和近海浅水区为研究对象,基于Landsat影像的典型地物光谱信息构建了一种新型多波段水体指数(new multi band water index,NMBWI)。与传统水体指数模型归一化差异水体指数(normalized difference water index,NDWI)、改进的归一化差异水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、增强型水体指数(enhanced water index,EWI)及修订型归一化水体指数(revised normalized difference water index,RNDWI)进行了对比分析,结果表明:NMBWI对于水体边界的浅水区水体强化效果更佳,提取的水域范围更为完整,总体精度和Kappa系数总体优于传统水体指数模型且NMBWI对不同类型水体边界的浅水区水体提取具有较好的普适性和稳定性。

近30 a云贵高原湖泊表面水体面积变化遥感监测与时空分析

以云贵高原湖泊近30 a来的TM、ETM^+和OLI遥感影像为数据源,采用归一化水体指数(NDWI)、改进归一化水体指数(MNDWI)、新型水体指数(NWI)、增强型水体指数(EWI)和自动水体提取指数5种水体指数提取了1985—2015年云贵高原10个湖泊表面水体面积,并对各种算法进行精度对比分析.针对湖泊各自特点采用不同的水体指数提取其表面水体面积,并进行水体面积变化时空分析.结果表明:云贵高原湖泊表面水体面积总体呈现先增加后缩减趋势,1985—1995年湖泊表面水体面积增加了30.86 km^2,1995—2015年湖泊水体表面面积减少了48.12 km^2,其中,面积变化最大的是杞麓湖与异龙湖.对云贵高原湖泊表面水体面积变化与该区域的年降水量、蒸发量、平均气温、流域植被覆盖面积和人类活动时空进行相关分析,结果表明:1)高原湖泊对区域气候变化的响应具有明显的空间差异性,云贵高原湖泊的表面水体面积与气候相关性较显著,气温升高引起蒸发加速,降水量下降,湖面不断缩小,与逐年上升的气温呈负相关,与逐年波动上升的蒸发量呈负相关,与逐年减少的降水量呈正相关;2)云贵高原湖泊各流域的植被覆盖面积与湖泊面积变化相关性较弱;3)人类活动是影响湖泊面积变化的重要因素,大肆围湖造田、围湖养殖以及旅游开发等人类活动直接导致云贵高原湖泊面积的锐减,并对湖泊生态环境产生重要影响.

煤矿生产区周边水体环境重金属污染分析与治理技术

水体环境受污染会严重影响生态平衡,利用物理化学技术与生物治理技术相结合的方式,治理煤矿生产区水体环境重金属污染。在分析重金属污染情况后,考虑到重金属污染物进入水体后会出现降解、沉淀、氧化以及吸附反应,根据水体环境实时变化特征,利用物理与化学治理技术实施过滤、物理吸附、土壤淋漓以及化学固化操作。同时,利用水中微生物种群,通过生物治理的方式,消纳、转移重金属污染物。实验结果表明,该技术对水中的锰、铁以及铬等重金属元素均能高效地治理、去除。

基于高分一号遥感影像的水体提取方法对比分析与改进

以高分一号遥感影像为数据源,以安徽省黄山市屯溪流域内的东方红水库为研究对象,采用单波段阈值法、两波段差值法、波段比值法、归一化差分水体指数(NDWI)法、归一化差分植被指数(NDVI)法共5种水陆像元度量方法,分别应用平均值法和最大类间方差迭代法两种阈值选取方法对东方红水库进行水体提取,探索最大类间方差迭代法在水体提取变量上的改进效果,在此基础上提出了一种改进的最大类间方差联合水体提取法,并对比了改进前后的水体提取效果。结果表明:改进后的水体提取方法可以很好地降低影像提取中产生的噪点,提高水体提取的精度,提取成果的平均相对误差为4.69%,决定系数为0.8579,相比于改进前平均相对误差降低了0.68%,决定系数提高了0.0539。

基于水体重力影响的底水气藏见水时间预测

底水气藏产水情况复杂,气井见水时间对底水气藏开发具有重大意义,以往对底水气藏见水时间的预测均未考虑水体重力的影响,导致对见水时间的预测不够准确。为进一步提高底水气藏见水时间预测的精度,基于渗流力学理论及流体在多孔介质中的流动规律,建立了考虑水体重力影响的底水气藏见水时间预测公式,运用单因素分析法研究了水体流度、水体密度、储层孔隙度、井底距底水距离及生产压差对见水时间的影响。研究表明:底水气藏见水时间与储层孔隙度、井底距底水距离呈正相关关系,与水体流度、水体密度及生产压差呈负相关关系。由于该方法引入水体密度来分析水体重力对气藏见水时间的影响,与忽略了水体重力影响的气藏见水时间预测方法相比,预测时间更符合气藏实际情况,对现场生产管理具有重要的指导意义。

城市黑臭水体治理与生态修复措施探讨

为进一步提高城市黑臭水体治理水平,文章以实际案例为研究对象,深入研究了大区域城市黑臭水体治理和修复措施,重点探讨了治理工程技术路线、控源截污及雨污分流工程,以及河道清淤疏浚的重点内容和核心思路。对治理后水体水质的进一步检测表明,该工程治理效果十分明显。

1990-2021年黄河下游地区水体专题数据集

黄河下游地区是河流、城市、农业生态系统交互的典型区域,其生态本底差,且人水、人地关系复杂,生态系统服务功能有退化风险。在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,研制黄河下游地区水体频率专题数据,探讨其时空动态变化,具有紧迫需求和重要研究意义。本研究收集了1990-2021年黄河下游地区Landsat影像数据,融合归一化差异水体指数(mNDWI),归一化植被指数(NDVI),增强植被指数(EVI)识别了黄河下游地区水体信息。在此基础上,计算了水体频率,得到黄河下游地区32年的30米分辨率水体频率、永久水体和最大水体范围数据集。精度评价结果表明本数据具有较好精度(Kappa系数为0.806,总体精度为0.977)。数据结果较好地呈现了黄河下游地区水体范围及长期动态特征,可为黄河下游地区水系生态环境保护、水资源开发和相关研究提供基础数据支撑。

组合生物技术对黑臭水体净化修复研究

将曝气充氧技术、微生物净水技术、植物净化技术及生物促生技术进行组合并用于上海市中心城区黑臭水体污染治理与生态修复。实验结果表明:组合生物技术对黑臭水体的CODCr净化率可达80%左右,对BOD5和NH3N可达90%以上。微生物和浮游藻类的分析检测结果表明,组合生物技术能够实现黑臭水体生态系统的快速恢复。

呼和浩特市青城公园水体生态治理实践

青城公园作为呼和浩特市的城市中心公园,其水体质量直接影响公园水体景观和周边生态环境,水体生态治理成为了城市生态建设的重要组成部分。由于市区内严格限制采用地下水,公园水体缺乏足够的水源补充,一度出现水质变差、水位下降、水体生态恶化等问题。通过梳理、分析相关问题,采取了一系列治理措施,并取得了不错成效,也积累了一定的实践经验。

青岛市典型农村黑臭水体微生物群落结构与功能特征

微生物深度参与了农村黑臭水体形成过程,充分了解其群落结构与功能特征对明确黑臭水体形成机理及其有效治理具有重要意义。以胶州市、平度市、莱西市的坑塘型与沟渠型2种类型共29条农村黑臭水体为研究对象,分析不同类型水体的水质特性与黑臭程度,并基于16S rRNA高通量测序,阐述水体微生物群落特征及其与水质特性的响应关系,预测微生物群落的生态功能。结果表明:坑塘型与沟渠型水体的氨氮(NH_(3)-N)、溶解氧(DO)、透明度平均值分别为17.4 mg/L、5.63 mg/L、13.9 cm及9.3 mg/L、6.25 mg/L、15.5 cm,黑臭程度前者高于后者;2种类型水体微生物均以化能异养菌为主,且坑塘型水体微生物群落多样性大于沟渠型。作为优势菌门,厚壁菌门在坑塘型水体中平均相对丰度(32.10%)高于沟渠型水体(18.29%);而作为优势纲,γ-变形菌纲在坑塘型水体中平均相对丰度(27.86%)低于沟渠型水体(42.74%);嗜冷杆菌属、黄杆菌属等作为优势菌属在2种类型黑臭水体中的相对丰度差别不大。NH_(3)-N及DO浓度与2种类型水体中优势菌属存在显著相关性(P<0.05),是水体中影响微生物群落特征的关键因素。FAPROTAX预测结果表明,有机物有氧代谢与尿素分解发酵是研究区典型农村黑臭水体微生物群落的主要功能,且坑塘型水体具有更高的氮代谢潜力。

我国东部典型内源和外源性静态水体N_(2)O排放与生态系统呼吸的关系初探

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸指标进行测定,结合贝叶斯方法初步探讨了水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸之间的关系。结果表明:外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸均显著高于内源性水体(P<0.05),水体N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量和BOD5均呈显著正相关关系(P<0.05)。通过贝叶斯方法构建了水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸(CO_(2)和BOD_(5))之间的数学模型,可解释水体N_(2)O排放通量变异性的61%~71%,并且明确了模拟结果的不确定性。此外,本研究进一步区分了内源性水体与外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸的关系,在内源性水体中,N_(2)O的产生受碳源限制的影响大于氮源限制,而在外源性水体中N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量的耦合关系大于内源性水体。研究表明,生态系统呼吸与水体N_(2)O排放通量间有很强的响应关系,本研究为区域水体N_(2)O排放通量估算方法和生态系统呼吸耦合机制研究提供了基础。

超高效液相色谱-串联质谱法测定水体中磺胺类药物残留量方法验证

标准方法验证是检验检测实验室质量管理过程中的重要一环,是保障检验检测数据准确性的基础。本研究建立了超高效液相色谱三重四级杆质谱联用仪测定水体中磺胺类药物残留量的方法,从标准曲线、线性范围、定量限、精密度及方法回收率5方面进行方法验证,并对本方法的实验关键点进行了分析优化。结果表明:17种磺胺类药物在5.0~50.0 ng/mL浓度范围内线性良好,校准曲线相关系数r 2值均大于0.997,该方法的检出限为0.038 ng/mL,3个加标水平的平均回收率在74.6%~105.6%之间,相对标准偏差0.89%~12.89%。应用该方法测定了上海市嘉定区内河流和养殖场池塘水样中的磺胺类药物的残留量,该方法的建立可为监控河流和水产养殖用水中磺胺类药物的残留情况提供技术依据。

水体形态与浮游植物生物量和营养盐含量的相关性研究

以封闭性水体上海崇明岛赢东村南湖为对象,从2010年8月到2011年9月进行了为期一年的现场观测,分析了2种不同形态水体(线型水体和面型水体)中的营养盐含量和浮游植物生物量,探讨了水体形态对富营养化的影响。结果表明,线型水体的紊动较弱,在水温适宜时更利于浮游植物的生长,而面型水体的紊动相对较强,浮游植物生长受到一定限制;多元统计分析结果进一步表明,在封闭性水体中浮游植物的生消过程可能是引起水体营养盐含量变化的关键因素;封闭性水体的水体形态对浮游植物生物量及营养盐浓度存在较大影响。鉴于此,在进行景观水体规划、设计及城市河道改造时,应该在水体形态的选择上给予更多关注。

基于遥感数据的大汶河流域济南段水体面积变化分析及生态流量评价

气候变化与人类活动对大汶河生态健康影响日益显著,为维持河流生态健康的稳定性,开展生态流量评价至关重要。以大汶河流域济南段为研究范围,采用多源遥感资料提取水体面积信息,由水体面积与实测流量构建拟合方程,推求基本生态流量对应的生态水体面积,开展基于遥感数据的生态流量评价。研究结果显示:1985-2021年大汶河流域济南段水体面积41.84 km^(2),水体面积呈增加趋势,其中季节性水体占32%,永久性水体占68%。6种水体指数中EWI、NDWI适用于大汶河流域济南段,精度达到90%。由线性拟合方程推求,陈北、马小庄流域生态水体面积分别为13.98 km^(2)、18.49 km^(2)。1985-2021生态流量保障率分别为65%、42%。受自然因素与人为因素影响,2004年前后生态流量保障率变化明显,分别由43%、7%提高到83%、73%,至2020年均达到100%。交叉小波与小波相干谱分析表明,水体面积与气候因素中降水、平均湿度呈正相关,与平均风速呈负相关,与平均温度的相干性不显著,降水与平均湿度是影响水体面积变化的主要因素。土地利用因素中,水体面积变化主要受耕地、草地面积影响,呈负相关。由不同水体面积比例,确定流域内雪野水库生态水体面积10.82 km^(2),生态水位228.97 m,生态库容1.02亿m^(3)。研究成果可为大汶河流域生态流量评价、监管与调度提供技术支撑。

查干湖区域土地利用现状及水体面积变化分析

利用2000—2022年的MODIS数据、2022年的高分一号(GF-1)卫星数据,采用目视解译的方法提取了吉林省查干湖区域土地利用现状及水体面积数据,对2000年以来水体面积变化规律及气象影响因素进行分析。结果表明:查干湖区域内湖泡较多,周边多以农田和草原植被为主,生态系统类型多样;查干湖水体面积年际变化呈增加趋势,空间上表现出向北部推进的趋势;气候变化对水体面积变化的影响较大,特别是降水、湿润状况的影响较为显著;人类活动对生态环境的不利影响进一步减缓。

感潮河段江滩湿地水体交换模拟与调控措施研究

保障湿地水体交换能力对完善湿地功能,维持湿地生态系统的健康至关重要。南京绿水湾湿地是长江江滩湿地,具备多种湿地特点,动力条件复杂。以绿水湾湿地为研究对象,通过构建二维水动力―水龄耦合数学模型,模拟了现状和不同闸、泵调控措施下各区域的水动力特征及水体交换能力。结果表明:现状工况湿地内部水面覆盖率低,水体交换能力差,大部分区域水体交换时间在7 d以上,甚至是14 d以上;建闸后虽然增加了枯季的水面覆盖率,但明显减弱了湿地内水动力,延长了各区域换水周期,换水周期大于14 d的区域明显增多;补水泵站的运用整体上缩短了大部分区域的换水周期,使得水域流速大于0.010 m/s的区域面积明显增加,换水周期大于14 d的区域面积减少。建闸蓄水后,为预防藻类暴发,需控制湿地内水体的换水周期在14 d内,结合各区域水动力和水体交换特点,提出了闸门生态调度、布置净水能力较强的挺水或沉水植物、增设补水点等调度策略。

养殖池塘水体异味物质土臭素与环境因子关系解析

本研究旨在分析淡水鱼产品消费和加工中的主要障碍之一——土腥味,特别是其关键异味物质土臭素(GSM)的影响因素。通过对江苏省84个养殖池塘的GSM浓度及其水体环境因子(包括盐度、pH、溶氧、温度、总悬浮物、总氮、总磷和高锰酸盐指数)的检测,采用相关性分析和通径分析方法,筛选出影响GSM的关键环境因子。结果显示,全部池塘中GSM检出率高达97.6%,检出的含量均值为(27.83±20.06)ng/L,大范围超过人类感知阈值;盐度和高锰酸盐指数对GSM产生较大的负向影响,且盐度和高锰酸盐指数的直接作用都大于间接作用,2个因子较为独立地对养殖池塘中的GSM起着负调控作用。因此,在水产养殖管理过程中,可以将盐度和高锰酸盐指数作为养殖池塘水体环境监测的重点环境因子,针对性地采取管理措施,进而改善养殖池塘水质,更有效、更方便地解决养殖水体和养殖产品的土腥味问题。

基于CNN-OBIA的黄河源区水体提取及时空变化

准确识别水体信息是分析地表水时空动态变化的重要技术手段。针对目前各种长时序水体信息提取方法精度低的问题,基于Landsat遥感影像,选用1986~2022年5484景黄河源区遥感影像,分别运用卷积神经网络结合面向对象(CNN-OBIA)和多指数水体检测规则(MIWDR)两种方法提取了黄河源区的地表水体,并对两种方法的提取精度进行了对比分析。在此基础上,探究了1986~2022年黄河源区水体信息的时空变化特征,并对其主要气候因素进行相关分析。结果表明:①CNN-OBIA的总体精度和Kappa系数分别为96.78%和0.93,MIWDR的总体精度和Kappa系数分别为94.28%和0.88,总体而言,CNN-OBIA的提取精度高于MIWDR方法。CNN-OBIA的提取结果可以很好地保持水体边界完整性和有效去除山体阴影,可以较好地对细小河流进行提取。②研究区水体总面积呈现出先减少(1986~2001年)后增加(2001~2022年)的变化趋势。③相关性分析表明,降水和气温与水体面积的变化均表现出显著正相关。

重金属污染水体背景下的底质反射率光谱特征及其对离水反射率贡献影响分析

水体重金属遥感反演是水环境遥感领域中的难题,目前仍有相当多的基础性问题有待解决,而浅水区底质对离水反射率贡献规律是将来遥感反演模型精度其中一个重要影响因素,尤其在重金属污染这种特殊的背景下,揭示其贡献规律对提升水体重金属遥感模型精度有重要作用,测量结果对研究重金属尾矿底泥的反射率光谱特征以及区分常见水底底质有参考意义。首先利用光谱仪测量获得广东大宝山尾矿底质反射率,发现其在波长755、 1 280、 1 620和2 200 nm存在反射峰,有明显光谱特征,并与河床常见的粗沙、淤泥和石头三类底质反射率进行了对比分析,结果表明:一方面,粗沙和淤泥反射率呈一缓慢上升的曲线,与存在多个特征反射峰的矿区底泥有明显区别;另一方面,石头反射率则在波长范围550~650 nm出现一个宽而扁平的反射峰后随即在波长675 nm处出现波谷然后增大至波长750 nm后趋于平缓,其特征波长与矿区底泥均不一样。上述特征波长可作为重金属污染背景下底泥光谱的重要区分波段。测量水深为1 cm、 10 cm和深水区的离水反射率,结合水质遥感模型计算出1 cm水深情况下底质反射光、水体散射光,并将其对离水反射率贡献进行讨论。离水反射率测量结果表明,底质对浅水区影响极大,随着水深变浅,离水反射率总体不断被抬升。而水底反射光和水体散射光对离水反射率贡献规律则以波长515 nm为分界线,向短波方向以水体散射光贡献为主,向长波方向则以水底反射光为主,贡献量由底质反射能力和水体散射能力共同决定。对考虑了底质反射光后的遥感模型精度进行评价,模型计算得到波长范围350~950 nm内的离水反射率与野外测量值对比结果,二者具有显著的线性相关(R^(2)=0.964 2),相对误差在波长范围560~830 nm低于10%,甚者可低于5%,模型总体模拟精度较好,远比在不考虑底质影响时精度高,模型满足将来水中重金属遥感反演要求。研究结果对今后水体重金属遥感反演时处理底质影响提供了重要的参考数据和理论依据,有助推动该领域进一步发展。