[發明專利]一種富營養化淺水湖泊藻源性湖泛的短期預報方法

在審

• 申請號: 201510059526.1
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104615885A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 李未;朱廣偉;張運林;秦伯強
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓

本發明提供一種富營養化淺水湖泊藻源性湖泛的短期預報方法，包括：在淺水湖泊湖泛易發水域設定若干監測點，對氣象參數和水環境參數進行測定；利用空間網格劃分和插值算法，將監測點的水環境參數插值到全湖，其空間分布作為水質數值模型的初始條件；以未來三天風場時空分布作為模型外部應力，驅動三維水動力—水質數值模型進行運算，得到未來三天淺水湖泊葉綠素a和溶解氧濃度的時空分布；利用葉綠素a和溶解氧濃度的時空分布，結合氣象參數建立概率經驗公式，計算未來三天湖泛易發水域發生湖泛的概率；對于發生湖泛概率較大的區域，進一步確定發生湖泛的位置和面積。

技術領域

本發明涉及一種富營養化淺水湖泊藻源性湖泛的短期預報方法，屬于環境科學與工程學科基礎理論和應用基礎研究技術領域。

背景技術

近20年來，我國長江中下游地區淺水湖泊水環境問題日趨嚴重，在夏秋季由湖水富營養化引發的藍藻水華暴發時有發生，嚴重影響水質景觀，甚至危及供水安全。由藍藻水華引發的“湖泛”是湖泊富營養化水體在藻類大量暴發、積聚和死亡后，在適宜的氣象、水文條件下，與底泥中的有機物在缺氧和厭氧條件下產生生化反應，釋放硫化物等硫醚類物質，形成褐黑色伴有惡臭的“黑水團”，從而導致水體水質迅速惡化，生態系統受到嚴重破壞。以太湖為例，2007年5月底，太湖貢湖灣無錫市南泉水廠附近發生湖泛，使無錫太湖飲用水水源地水質急劇惡化并發臭，造成無錫供水危機，使無錫市近200萬人口生活受到嚴重影響。2008年至2014年春夏間，由藍藻水華延伸出的湖泛現象從未曾中斷過，持續時間1-6天不等，其中最大湖泛面積可達17km2，嚴重影響了太湖水生態系統。

可以預見，無論是湖泊富營養化問題，還是湖泛問題，在短期內無法得到根本解決，都將一直存在并威脅著淺水湖泊水環境和供水安全。為了避免水危機事件的再次發生，保障富營養化湖泊飲用水的安全，有必要發展藍藻水華和湖泛的預測預警技術，在一定范圍內，對藍藻水華和湖泛發生、發展的時間、空間分布特征進行模擬和分析，為政府部門的快速決策和應急措施提供理論依據，提高政府的應對治理能力，最大程度降低其生態危害和健康風險。

目前對于藍藻水華的預測預警技術研究較多，但是對于湖泛的研究，多停留在跟蹤性觀測和機理研究方面，真正在災害發生之前，應用于湖泛預測預警實踐，并定期發布湖泛預報的較少。我國的淺水湖泊多是重要的水源地和旅游區，大量的藍藻是否會在取水口或旅游區堆積形成災害性水華，影響水質和景觀，是否形成湖泛，引發供水危機，成為困惑地方管理部門的問題。基于上述技術背景，有必要建立一個可操作性強、時效性強的預測預警方法，在夏秋季節實現對湖泛發生概率，發生區域及面積的短期動態預測，從而為淺水湖泊的日常管理工作提供有利的科學依據。

發明內容

本發明的目的在于提供一種富營養化淺水湖泊藻源性湖泛的短期預報方法。首先以天氣預報中的風場為驅動力，求解淺水湖泊三維水動力—水質耦合數值模型，計算未來三天淺水湖泊葉綠素a和溶解氧濃度的時空分布，然后結合未來三天的氣象因子(風速、降雨等)信息建立經驗公式，計算湖泛易發水域發生湖泛的概率，并進一步確定湖泛發生位置和面積。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種富營養化淺水湖泊藻源性湖泛的短期預報方法，包括：在淺水湖泊湖泛易發水域設定監測點，對氣象參數(如氣溫、風速、風向)和水環境參數(如水溫、透明度、葉綠素a濃度、溶解氧溶度和營養鹽濃度)進行測定；利用空間網格劃分和插值技術，將監測點的水環境參數插值到全湖，其空間分布作為水質數值模型的初始條件；以未來三天風場時空分布作為模型驅動力，驅動三維水動力—水質數值模型進行運算，得到未來三天淺水湖泊葉綠素a和溶解氧濃度的時空分布；利用葉綠素a和溶解氧濃度的時空分布，結合氣象參數建立概率經驗公式，計算未來三天湖泛易發水域發生湖泛的概率；對于發生湖泛概率較大的區域，進一步確定發生湖泛的位置和面積。