富营养化模块.docx

水质标志着水的物理、化学和生物特征，可用于衡量水体对社会的可用性。富营养化是指水体中营养物质过度密集的过程，结果导致藻类等浮游植物迅速繁殖，引起溶解氧下降、水体透明度下降等问题。通常代表水质营养状态的变量为：总磷、总氮、叶绿素和透明度。水体中影响富营养化过程的重要因素有：1.水体的几何形状：水深、宽度、表面积和体积。2.流速和湍流混合。3.水温和太阳辐射。4.总固体悬浮颗粒物。5.藻类。6.营养物质：磷、氮和硅。7.溶解氧。藻类是一类包含叶绿素并且依靠光合作用生长的水生植物。藻类类群包括：蓝藻；绿藻；硅藻。绿藻依靠水柱的垂直混合在透光层区域生长繁殖。硅藻是一种利用硅作为其细胞壁结构成分的浮游植物。蓝藻的几种生物特性可以使其成为优势种：（1）固氮机制：它们特有的异形胞能够将大气氮固定为可利用的氮源，供给其它营养细胞，因此在环境中外来氮源不足而水体磷充足时，它们比其它生物更具有竞争优势，容易周期性地大量生长形成水华。（2）浮力调节机制：水华蓝藻都具有一种调节细胞升浮的结构体－伪空胞，通过动态调节伪空胞的气囊数，蓝藻细胞能够控制它的浮力。在高光强条件下，足够多的气囊破裂，浮力下降；低光强条件下，气囊数增多，浮力增加，从而有利于快速光合作用。（3）二氧化碳浓缩机制：水华蓝藻具有高效吸收利用外源无机碳的功能。在低浓度的CO2介质中，蓝藻可以通过高效地主动吸收浓缩外源无机碳，在细胞内积累比介质高几百到几千倍地CO2浓度，由此能够在其所栖息地环境中最大限度地竞争利用有限的无机碳源，保持持续稳定的生长。（4）低光补偿机制：蓝藻具有特殊的三套色素系统，除了叶绿素类色素系统和类胡萝卜色素系统外，蓝藻还具有藻胆色素系统，能在弱光下更有效的捕获光能，使蓝藻在低光环境下也能很好的生长。蓝藻光合作用的饱和光强比其它藻类低，种群在生长过程中还能产生光适应，从而使饱和光强进一步降低。蓝藻适应低光环境的策略使之存储更多的光合作用的碳代谢产物，以驱动暗代谢反应，同时具有降低代谢率的功能，这种能力有利于蓝藻在黑暗的湖底淤泥中长期存活。（5）奢侈消费机制：许多蓝藻都具有奢侈消费的特性，能储存多余的磷、氮等营养，一旦周围环境满足不了其营养需求时，体内储存的营养仍能供给个体的增长和种群的繁殖，从而度过不良的环境。（6）蓝藻毒素：蓝藻产生营养效率低的毒素，减少了其被其它生物捕食的可能性；毒素对其它藻类和水生植物产生它感作用，抑制其它藻类和水生植物的生长，从而使自己在种群竞争中处于有利地位。（7）休眠机制：水华蓝藻都有一套休眠机制，能在条件不利时利用这种休眠机制沉入底泥，以度过难关；环境条件适宜时，这些休眠体就复苏，萌动，繁殖，上浮乃至形成水华。（8）铁载体：铁载体是一种对三价铁离子具有超强螯合能力的有机化合物，能螯合铁并输送到细胞内部，在缺铁的环境中会向外界分泌铁载体来获得铁源以便能维持正常的代谢活动。水质模型中代表性的水质变量组为：1.藻类；2.有机碳；3.磷；4.氮；5.硅；6.其他水质变量。水质变量组数量和名称藻类(1)蓝藻（Bc）(2)硅藻（Bd）(3)绿藻（Bg）(22)大型藻类（Bm）有机碳(4)难溶颗粒有机碳(RPOC) (5)活性颗粒有机碳(LPOC)(6)溶解有机碳(DOC)磷(7)难溶颗粒有机磷(RPOP)(8)活性颗粒有机磷(LPOP)(9)溶解有机磷(DOP)(10)总磷酸盐(PO4t)氮(11)难溶颗粒有机氮(RPON)(12)活性颗粒有机氮(LPON)(13)溶解有机氮(DON)(14)氨氮(NH4)(15)硝酸盐(NO3)硅(16)颗粒生物硅(SU)(17)可用硅(SA)其他(18)化学需氧量(COD)(19)溶解氧(DO)(20)总活性金属(TAM)(21)粪大肠菌群(Feb)其中，活性和难溶取决于分解的时间尺度。COD为通过无机方法可被氧化的物质减少的浓度。在咸水中，COD的主要组成为从沉积物中释放的硫化物。在淡水中，COD主要是甲烷。一、藻类藻类动力学受以下的过程支配：1.藻类生长。2新陈代谢，包括呼吸和排泄。3.捕食。4.沉降。5.外源囊括这些过程的通用方程表示为：净藻类生长=藻类生长-新陈代谢-捕食-沉降+外源即：其中，表示藻类生物量（以碳计）（g/m3）；t表示时间(d)；为藻类群x的生产速率（d-1）；表示藻类群x的基础新陈代谢速率（d-1）；表示藻类群组x的捕食速率（d-1）；表示藻类群组x的沉降速率（m/d）；表示藻类群组x外部负荷（以碳计）（g/d）；V是体积（m3）；下标x为c,d,g。又（藻类生长）：其中，表示营养物质的生长限制函数（0-1），表示光强度的限制函数（0-1），表示温度的生长限制函数（0-1），表示盐度的生长限制函数（0-1）。其中：式中，KHN，KHP,KHS表示氨，磷，硅半饱和度常数（质量/体积）。其