基于Aquatox模型的洱海营养物投入响应关系模拟

针对洱海富营养化加剧以及蓝藻水华问题,应用Aquatox模型对洱海水环境进行模拟,确立了一套适用于洱海生态系统的特征参数,并将模拟结果与实测数据进行验证.验证结果表明模型较好地模拟了常规水质和藻类演替变化,与实际水环境状况大体吻合.以此为基础选取TN、TP和Chl.a指标对洱海营养物与富营养化状态的投入响应关系进行模拟研究.结果表明,洱海对于外界营养物输入比较敏感,对氮磷输入增减反应明显;外界氮磷的削减都对Chl.a含量有降低作用,TN的作用更加明显;氮磷的增加对于Chl.a含量都略有提升;同时调控氮磷具有协同作用,对Chl.a含量影响效果最明显;当水体TN浓度在0.34 mg/L的阈值以下水平,即洱海外源TN输入量削减比例达到43.3%以上时,藻类优势种由蓝藻变为硅藻,水体Chl.a含量大幅降低,有效抑制富营养化进程.

基于AQUATOX模型的乌梁素海富营养化模拟及控制研究

乌梁素海是典型的寒旱区湖泊,具有多草、多藻、水浅及寒区气候等特征。针对乌梁素海湖泊富营养化及水华问题,运用AQUATOX模型对乌梁素海湖区主要营养盐的季节变化以及不同藻类(蓝藻、绿藻、硅藻)的演替规律进行了模拟。模拟结果显示,该研究建立的乌梁素海生态系统模型,能较好的模拟水域中营养盐的动态变化以及不同藻类(蓝藻、绿藻、硅藻)的季节演替规律,与乌梁素海实际水环境状况大体吻合。在模拟的基础上,对控制入湖氮、磷污染负荷后营养盐浓度及藻类生物量的响应关系进行探讨。结果显示,在氮磷与营养物响应关系方面,消减入湖氮磷负荷能有效降低乌梁素海湖区相应营养物浓度,且随消减量的加大,其浓度也不断降低。同时消减入湖N,P负荷的20%,营养物TN,TP浓度分别降低17.06%和4.83%;消减入湖N,P负荷的30%,营养物TN,TP浓度分别降低25.62%和6.92%;消减入湖N,P负荷的50%,营养物TN,TP浓度分别降低42.58%和11.56%。在氮磷与藻类响应关系方面,消减氮磷负荷可以有效降低湖内绿藻、蓝藻生物量。同时消减入湖N,P负荷的20%、30%和50%,绿藻及蓝藻生物量平均降幅分别为7.77%、12.60%、19.54%和6.05%、10.60%、13.12%。单一控制磷负荷亦能有效降低绿藻和蓝藻生物量,且作用更加明显,而单一控制氮反而会使蓝藻的生物量增加。因此,在乌梁素海富营养化的治理中,需采取同时消减入湖氮磷负荷或者单一消减磷负荷的措施,以实现抑制水华暴发、改善区域生态的目的。

利用AQUATOX模型评价淀山湖二氯甲烷生态风险

淀山湖地处上海的饮用水源地,水体中有机污染物的生态风险逐渐引起人们的重视。淀山湖水质监测结果显示,淀山湖中的挥发性有机物以二氯甲烷为主。应用美国环境保护署的AQUATOX模型对淀山湖水体中二氯甲烷进行模拟,并进行生态风险评价,旨在构建基于AQUATOX模型的水环境中有机物浓度模拟方法及风险评价的研究体系。结果显示,淀山湖中的二氯甲烷尚处于安全范围,但是需要加强观测,避免高风险的发生。

基于AQUATOX模型的白洋淀湖区多溴联苯醚(PB-DEs)的生态效应阈值与生态风险评价研究

为了准确定量生态系统尺度下持久性有机污染物（POPs）的直接毒性效应和通过食物网传递的间接生态效应,建立POPs浓度与生态效应的量化关系,本研究以强人为干扰湖泊白洋淀为研究区,建立了湖泊底栖-浮游耦合食物网,运用AQUATOX模型评价典型POPs——多溴联苯醚（PBDEs）的水生态系统风险,判定关键浓度阈值.模型校正结果表明,该模型能够充分模拟白洋淀中18个优势种群生物量的季节变化过程;敏感性分析结果表明该模型对温度和呼吸速率参数敏感;风险评价的结果表明AQUATOX模型能够有效的评估PBDEs的直接毒性效应和间接生态效应,AQUATOX模型得到的最大无影响效应浓度（NOEC）要比实验室中的NOEC低1～2个数量级.因此,在自然生态系统中PBDEs的生态风险难以根据单一种群的毒性数据进行外推,而AQUATOX模型成为自然生态系统中PBDEs风险评价的可靠方法,能够判定在“可接受风险”水平时污染物的浓度阈值.AQUATOX模型为污染物环境基准的制定提供了较为可行的方法,进而为化学污染物的早期预警和风险管理提供决策依据.

基于Aquatox模型的水环境治理和水生态修复模拟与决策辅助研究

为进一步推进重点流域、湖泊生态保护和修复,城市黑臭水体治理,通过分析我国实施河长制以来“三水”治理情况,提出将Aquatox生态风险评估模型嵌入智慧河长制平台的数据处理系统中,通过系统数据的交互作用,快速准确地建立所需的生态模型,实现水环境生态治理的高效率和高智能性。本研究首先设计和构建了生态风险模拟评估系统,然后根据设计的系统对平台数据库中污染水体进行随机模拟分析,并依据模拟结果提出相应的处理方案。模拟结果除溶解氧(dissolved oxygen,DO)和硝态氮(NO_(3)--N)的水质含量模拟和预测误差分别为35%和20%外,其余四项水质指标包括水温、pH、总磷(total phosphorus,TP)、氨态氮(NH_(3)-N)的预测误差均不超过5%。对受污染水体水质水量预测变化结果进行分析,采用低影响开发(low impact development,LID)措施后,雨水径流污染负荷TP和总氮(total nitrogen,TN)分别下降59.34%和58.39%,氨氮负荷下降21.94%。模拟结果表明,该生态风险模拟评价系统能够对水环境治理与水生态修复提供有效的解决方案。

基于AQUATOX模型的入湖河道富营养化模拟研究

针对目前入湖河流污染负荷高、富营养化严重等问题,以殷村港为例,基于2014年殷村港每月实测数据,借助AQUATOX水生态模型软件进行建模,并在模型率定、验证后对其水环境进行敏感性分析及控制、非控制模拟,分析了营养盐、温度、流速等因子对殷村港富营养化水平的影响。结果表明,同是控制削减20%浓度下,控磷比控氮更有利于抑制殷村港藻类生长,20%TP的削减可使殷村港叶绿素a浓度削减量达33%,另外在削减磷含量的同时适当增大氮浓度以增大氮磷比可更好抑制藻类生长;水温降低15%,藻类总量有所增加,但蓝藻显著减少,夏季削减量最高达20%以上;流速增大15%时,蓝藻的生物量削减在15%左右,而绿藻、硅藻生物量增多。因此,修建沿河生态护岸、河湖水系连通等可利于改善入湖河道的富营养化状态。

基于AQUATOX模拟的小球藻处理水产养殖废水试验

目的 为实现低碳快捷处理水产养殖废水,探究利用小球藻处理废水的最优方案。方法 以某鲅鱼养殖基地水体为对象,利用AQUATOX软件建立水生态环境模型,根据不同的水产养殖废水浓度、水力停留时间和流量建立5个试验组,稀释后投加5 mg/L的小球藻藻种,模拟分析小球藻的处理效果,并将结果与实测数据进行对比。结果 投加小球藻的最适比例为:ρ(小球藻)∶ρ(TN)∶ρ(NH_(3)-N)∶ρ(TP)∶ρ(CODcr)=1∶16.8∶3.2∶0.8∶40;最适投加比例的小球藻对废水中的TN、TP、NH_(3)-N、CODCr的处理效率分别达到了73%、72.5%、94%、75%;藻生物量也达到了初始值的26倍。结论 应用AQUATOX模型可以快速实现小球藻处理水产养殖废水方案优化,TN、TP、NH_(3)-N和CODcr质量浓度模拟结果的平均相对误差分别为0.32%、2.52%、4.83%和0.10%。

基于AQUATOX模型的集装箱养殖尾水净化塘生态系统模拟及调控预测

为解决传统养殖中养殖尾水的环境污染问题,促进池塘养殖可持续发展,基于新建的集装箱式循环水养殖系统,构建了三级养殖尾水净化塘水生态系统模型,对池塘水质、浮游植物及水生动物生物量以及池塘生态系统的演变进行了为期6个月的模拟预测,并设置添加沉水植物和添加低密度滤食性鱼类2种情景模拟。结果表明:水质模拟值的变化趋势与实测值基本一致,模拟值与实测值的平均相对误差为4.98%~23.37%;模拟预测的设定条件下和模拟时段中,池塘生态系统的结构趋于稳定,形成以绿藻为主的藻类群落、以摇蚊和桡足类为主的水生动物群落;在尾水净化塘中,添加沉水植物对氮磷去除效果不明显,但对增加水体中溶解氧质量浓度作用明显,3个池塘溶解氧变化率最大值分别为23.11%、45.39%和77.90%;添加低密度滤食性鱼类有助于浮游植物的生长,3个池塘硅藻生物量的最大增幅为89.80%、47.22%和22.06%,绿藻生物量的最大增幅为76.95%、54.05%和23.29%,蓝藻生物量的最大增幅为45.99%、33.37%和20.30%。综上所述,基于AQUATOX构建串联的尾水净化塘水生态系统模型并模拟培植沉水植物和添加低密度滤食性鱼类的生物处理方法,不仅能够为管理者调整喂养结构提供借鉴与帮助,也可用于调控水生态系统组分,有利于水生态系统功能的恢复和平衡。本研究结果可为管理集装箱式循环水养殖模式的喂养结构、构建尾水净化塘生态系统、改进其他利用生物处理技术处理养殖尾水的养殖模式提供参考。

生态模型在水体富营养化模拟及治理中的研究进展

AQUATOX模型是由美国环保局(USEPA)开发,用于水生态模拟、富营养化控制、生态修复及生态风险评价等方面,是现行应用较为广泛的水生态模型之一。本文简述了AQUATOX模型的基本原理,并对近年来,AQUATOX模型在湖泊、水库、池塘、河流等环境下的主要研究成果进行评述,为研究人员提供研究思路和方法。

淀山湖蓝藻水华及其控制因子的模型研究

针对淀山湖富营养化严重的问题,应用美国环境保护署的AQUATOX模型对淀山湖水体中常规水质数据时间变化规律和藻类生长演替进行了研究。在对模型率定、验证的基础上,选择水力停留时间、营养盐、pH、水温、风速、光强对蓝藻生长的影响进行分析。该生态模型较好地模拟了常规水质和藻类的动态变化。计算结果显示,目前营养盐并非淀山湖蓝藻暴发的主要限制因子;淀山湖水力停留时间越长越适合蓝藻的生长;当pH为7.5～9.5、水温为30～35℃、静风或风速小于3.1m/s、光强为70～400W/m2时,蓝藻能很好地生长。模拟结果可以为揭示淀山湖蓝藻"水华"暴发机制和预警预报提供科学依据。

基于Aquatox的北京奥林匹克森林公园主湖生态净化模拟

景观水体是风景园林的重要组成部分,在水资源短缺和水污染的现状条件以及公众节约意识增强的情况下,如何既能节约成本,又能维持景观水体的水质就成为重要的问题。本研究采用Aquatox模型对北京奥林匹克森林公园主湖的水生态系统进行模拟,评估水生态系统现状情况的效果以及现有湿地系统水质净化措施的有效性。之后从生态净化的角度,提出丰富主湖水生植物类型和增加底栖动物、完善生物链两个调整方案并分别对两个改进方案进行模拟,再与有、无湿地系统净水措施的情形进行对比研究。模拟结果表明,现有湿地系统净水措施和两个调整方案都具有稳定性,其中增加底栖动物、完善食物链的措施具有最高的鱼类承载力,而无湿地系统循环净水时水质缺乏稳定性。通过模拟得出的净化水质的能力排序为:增加底栖动物、完善食物链>现有湿地循环净化系统>在主湖增加植物类型>无湿地循环净化系统。

太湖流域某养殖池塘水平衡分析和水生态模拟

为解决传统池塘养殖产生的环境污染问题,应用水生态模型对养殖池塘水生态环境进行模拟。以太湖流域某养殖池塘为例,通过水量平衡分析得到具体补排水时间序列,输入AQUATOX水生态模型软件进行建模,经过率定验证后进行控制模拟,针对投饵率对水质与养殖品之间的相互影响规律进行探讨。结果表明:基于降雨-水位的补排水识别方法能弥补具体补排水量的测量空白;饵料对研究池塘水质影响较大,在1%~7%的投饵率梯度中,随着投饵率的增加,TP、TN和氨氮质量浓度整体上大幅增加;以养殖品安全质量浓度为界,在1%~7%的投饵率梯度内养殖品产量随氨氮质量浓度的增加呈现先增后减的趋势。该研究建立的水生态系统模型模拟效果较好,综合考虑保持良好的水生态环境与经济成本,该池塘养殖中的建议投饵率为2.5%~3.0%。