基于荧光传感方法的藻类在线监测

 湖泊水库严重的水质富营养化导致水华大面积暴发,已成为目前主要环境问题之一。实现水华暴发前后浮游藻类种群结构变化过程（主要包括浮游藻类种群组成、数量变化过程）的有效监测是分析水华发生的生态学机制、掌握水华的生消过程和实现水华预警的基础。本文基于藻类活体荧光光谱技术、嵌入式微控制技术和实时采集与处理技术,研发出具有实时在线监测能力的藻类在线荧光仪,可实现不同光谱组藻类（蓝藻、绿藻和褐藻）的分类测量。通过对比实验分析发现,藻类在线荧光仪对蓝藻、绿藻和褐藻的分类测量误差均小于17.88%。同时,巢湖外场实验表明藻类在线荧光仪具有长期稳定的运行能力。具有以上指标的藻类在线荧光仪在水环境监测、水华监测预警和水质富营养化现状评估等领域具有广阔的应用前景。     

BP神经网络在水华短期预测中的应用

为解决影响因素多、作用关系复杂的水华预测问题,将BP神经网与水体环境因子的高频实测数据相结合,构建了巢湖水华的短期动态预测模型,该模型准确地预测了每次水华发生的时间,预测值与实际观测值相关系数可达0.608 4;在分析BP神经网络自身局限性的基础上,研究了建模过程中输入输出数据预处理、网络结构设计、训练模式选择等问题,给出了水华预测中确定环境因子和建模方案的具体方法.该方法容易移植到其它湖库,提高了模型的实用性和通用性.     

香溪河库湾春季水华纵向分布对水层结构的响应

为研究三峡水库支流库湾春季水华暴发空间差异及成因,本研究于2010年4月18日对三峡水库干流和香溪河库湾的水动力、营养盐、浮游植物等因子进行了现场监测.结果显示：三峡水库支流春季水华浮游植物生物量及群落结构空间差异较大,库湾中上游暴发了严重的硅藻水华,而下游及三峡水库干流没有水华;库湾中复杂的分层异重流对水温结构产生显著影响,使其呈独特的垂向分层;水温分层纵向差异导致的光混比（Zeu/Zmix）纵向分布差异是引起水华情势和浮游植物群落结构纵向差异的主要原因.研究结果将为三峡水库支流水华机理和防控措施研究提供支撑.     

香溪河春季突发水华事件的应急调度策略

三峡水库蓄水后,春季香溪河中上游河段水华频发.通过调度方式改变香溪河回水区温差剪切分层流的运动特性,进而破坏藻类生长环境,能够有效抑制水华发生或降低水华暴发程度.基于此,结合实测资料建立了三峡库区-香溪河垂向二维富营养化模型,通过模拟详细探讨了调峰和蓄放水位对香溪河水华暴发过程的影响,并针对不同水平年分析了春季突发水华事件的应急调度空间.研究结果表明:当春季香溪河中上游河段有水华发生征兆时,可通过15,d左右的中期蓄水调度和日调峰运行有效降低藻类浓度,日均升水位超过0.1,m时,藻类浓度可下降11.5%以上.同时考虑入库径流过程、电站经济运行以及最大下泄能力等因素,较丰水年具有最大的调度空间.     

湖泊蓝藻水华发生的影响因子

蓝藻水华频发,湖泊富营养化是诱因。但蓝藻水华暴发的确切机理还有待深入研究,本文综述了蓝藻生长密切相关的物理影响因子、化学影响因子和生物影响因子,他们共同作用使蓝藻与其他藻类相比有生长优势,进而过度生长形成水华,并对蓝藻监测中采样提出一点建议。     

洋河水库“水华”发生的实验研究

本工作在洋河水库现场进行了“水华”发生的实验研究，采用以受控生态系统实验为主，结合对自然水体进行观测的方法，观察了从藻类增殖到“水华”形成及消失的全过程；定量研究了“水华”发生所需的条件。研究表明：水体的富营养状态是藻类异常增殖的主要原因，而藻类的异常增殖又是“水华”发生的前提条件。“水华”发生时水体表层所需的藻类生物量阈值为４８．０μｇＣｈｌａ／ｌ。气象因子引起的藻类聚集对于“水华”的发生具有诱     

利用复杂网络理论研究三峡库区流域水华暴发

根据复杂网络(CNs)理论初步建立三峡流域的水华暴发动力学模型,利用水华暴发的三类因素建立起水华暴发CNs无边接连基本模型图,参考实际水域水华暴发因素设定各节点子节点范围,建立各节点的边连接,从而初步建立水华暴发的CNs模型.模型中代入2007年春季嘉陵江、长江和2002年乌江"黑潮"8月份乌江渡水库监测数据,计算得出两个区域水华暴发CNs模型的平均路径长度L和聚类系数C,发现发生水华的流域平均路径长度L越小流域水华暴发的可能性越大,且现场监测数据与CNs理论结果相符.同时,水华暴发流域的聚类系数比未暴发流域小,表明水华暴发前后聚类系数C是一个先增加后减少再增加的过程.因此水华暴发周期内(暴发前期、暴发时期、消退期),各因素间的相互作用是先增强后减弱再增强的过程.     

香溪河库湾春季藻华生长的影响因子分析

2007年2～5月在三峡水库香溪河库湾及其支流布置了17个断面,对藻类生长指标叶绿素a、相关环境因子及水动力因子进行同步监测,据此分析水华期间叶绿素a浓度和相关环境因子的动态特性.结果表明,香溪河库湾在监测时段内属于重富营养水平,库湾内叶绿素a、环境因子及流速分布具有较显著的空间差异,香溪河的藻类生长可能主要受NO3-N和SiO3-Si的影响,各分区对藻类生长有显著影响的因子各不相同.香溪河库湾流速较小,藻类在香溪河的生长体现出较大的空间异质性,而这种空间异质性与流速的空间的差异性有着较显著的相关关系.     

用准真实沙堆模型的自组织临界特性研究流域水华暴发行为

在引入多象限、优先级和表观摩擦系数等概念的基础上,重构了更具物理意义和更能反映自组织临界性的棱锥形准真实沙堆模型.通过大量仿真计算,研究了颗粒投放区域相对大小对沙堆自组织临界特性的影响规律,并借助内能、结构熵和自由能的概念,对沙堆系统进行了热力学分析.数值计算显示,沙堆模型的自组织临界特性与富营养污染流域暴发水华时的某些复杂非线性关系(例如藻类数量与pH值的关系,水库输出的氮磷物质的量之比与光合固碳消耗营养盐的速率系数的关系)和热力学规律(流域系统熵的变化)具有一致性.结果表明:沙堆模型的自组织临界性与实际流域中水华暴发现象之间存在很强的关联,因而自组织临界性理论有可能为研究水华暴发提供一种新方法.     

BP神经网络水华预测模型的敏感性分析

敏感性分析能够定量地评价模型输入变量的变化对输出结果产生的影响,是揭示模型蕴含规律的有效途径.本文将敏感分析方法应用于BP神经网络巢湖水华预测模型中,分析结果表明巢湖水华形成受诸多环境因子共同影响,水温、溶解氧、浊度、气温、光照强度等环境因子变化与藻类质量浓度变化相关,其中气温是最大影响因素,相对贡献率达到17.01%;气压的上升则不利用于藻类质量浓度的增加;pH值的上升对藻类质量浓度的影响有正有负.     

水体流动对鄱阳湖撮箕湖原水培养基中铜绿微囊藻生长的影响

为定量化研究水动力对鄱阳湖撮箕湖水体中蓝藻生长的影响,该文采用灭菌撮箕湖原水在光照培养箱中控温、控光的无菌条件下,使用自制有机玻璃环形槽进行水体流速控制试验.研究结果表明:在撮箕湖原水培养液中微囊藻的生长随水流速度的增加呈先增加后降低的变化趋势,当水流速度为45 cm·s-1时最有利于微囊藻的生长,微囊藻最大比生长速率...     

多Agent的作战模拟体仿真体系结构

通过对作战单元的分析, 给出相关Agent行为模型描述及基于线程池方法的Agent进程调度机制, 使Agent行为描述及调度机制更灵活、 有效, 解决了传统数学建模不利于降低仿真复杂性和真实性的缺点. 基于Agent行为模型的良好可扩展性, 提出一种分布式的多Agent作战模拟仿真体系结构. 通过实例验证表明, 基于分布式的多Agent建模可较好地为协同作战提供理论方法的可行性及可实现性.     

铜绿微囊藻营养动力学研究

铜绿微囊藻是中国湖泊，水库及其他水域生太系统发生，形成富营养化危害的主要藻类。营养盐磷含量及不同温度对铜绿微囊藻生长效应的实验结果表明，氮含量２０ｍｇ．Ｌ＾－＾１条件下，该藻的内禀增长率和生物量随培养液中磷浓度０；０．００１８；０．０１８；０．１８和１．８ｍｇ．Ｌ＾－＾１的升而增加。同时，实验也揭示了细胞内和细胞外高浓度磷营养盐的促进机理。这些结果较好地说明洋河水库的铜绿微囊藻种群从早春到晚秋持续     

不同湖泊水华发生机制研究进展

目前,世界各地湖泊水华的暴发越来越严重,对人类健康和生态系统有重大危害.本文调研了国内外典型湖泊水华的相关研究成果,从湖泊所属地理位置、气候带、受人类活动干扰强度、主要水华发生藻种和主控环境因子等不同角度进行了总结和分析,揭示了不同类型的湖泊水华特征和发生机制.最后以我国太湖为例,总结已有的研究成果,结合近几年太湖水华和水环境实测数据的分析结果,归纳了太湖水华的主要影响因子,包括Chl-a、TN、TP、COD、温度、风速六个指标,其中Chl-a、COD能指示说明水华的程度,TN、TP是营养盐状况的代表,温度和风速是水华发生的主要气象因子,并定量分析了水华程度和影响因子之间的关系,为水华的预警、预测和评价提供基础和支持.     

淀山湖蓝藻水华暴发的气象水文因素探讨

2007-2009年淀山湖的总氮和总磷年均浓度分别为3.47～4.53 mg/L和0.18～0.24mg/L,明显高于富营养化水平,成为蓝藻水华暴发的重要物质基础.MODIS影像分析结果表明,2007-2009年蓝藻水华暴发频次分别为3,6,10 d,呈逐年上升的趋势,并且暴发后易于集中在湖中心、东北和东部水域.受黄浦...     

有效微生物群控制富营养化湖泊蓝藻的效应

在藻型富营养化的湖泊水体中应用有效微生物群菌剂的结果表明,有效微生物群对水体的透明度,叶绿素ａ含量的改善有明显的效果,可有效抑制藻类的生长,防止水华的发生,改善景观,在投入有效微生物群后,透明度迅速提高,２个月后,透明度提高了４３３％;水体表面的叶绿素ａ含量在１个月后下降了９６．５％并维持在１３７．９ｍｇ／ｍ＾３以下;水深０．５ｍ处的叶绿素ａ含量在投放菌剂期间及之后１个月保持在１００ｍｇ／ｍ＾３以     

一种复杂适应系统仿真的Agent混合结构模型

分析了复杂适应系统的Agent建模方法以及系统仿真框架，提出了一种复杂适应系统仿真的Agent混合结构模型，在该模型中构造了基于知识的协调控制器，通过它来协调慎思式过程和反应式过程．最后，结合跨流域调水管理这一复杂过程，对跨流域调水管理复杂适应系统仿真的Agent结构模型的应用进行了实例分析．     

湖泊藻类生长动力学研究：以镜泊湖为例

本文在湖泊水质监测和实验室模拟的基础上,选择光照强度、温度和营养物三种环境因子做为限制因素研究藻类生长规律,得出了这些因子与藻类生长间的定量关系,并引入了藻类的死亡速率、沉降速率、浮游动物的捕食率、鱼类的捕食串以及水体的物理化学性质等参数,建立了镜湖藻类生长预测模型,该模型具有以下功能:①预测藻类生长的季节变化;②预测藻类在湖泊中的空间分布(深度);③预测湖泊在不同磷负荷下藻类生物量的变化。