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摘 要

本文通过实地取样的方式，获取2013年洪泽湖表面的水样数据，再通过实验室检测的方式，测得洪泽湖水样中总氮浓度。同时获取洪泽湖的卫星图像，建立起总氮浓度的遥感反演模型，分析2013-2018年这六年来洪泽湖总氮浓度的时空变化特征。结果表明，2013年洪泽湖的中部、西部地区为高氮区，而南部地区和沿岸相对为低氮区。总氮浓度随时间变化的趋势也不同。除2018年外，总氮浓度峰值均出现在其他年份的12月。在2015、2017以及2018年，4月至5月期间，总氮浓度出现高峰值。在2016年由于厄尔尼诺现象，总氮浓度平均值要高于往年。

关 键 词：洪泽湖，总氮浓度，时空分布

Abstract: In this paper, the water sample data on the surface of Hongze Lake in 2013 were obtained through field sampling, and then the total nitrogen concentration in the water sample of Hongze Lake was measured through laboratory testing. Meanwhile, satellite images of Hongze Lake were acquired to build a inversion model of total nitrogen concentration and analyze the spatial and temporal variation characteristics of total nitrogen concentration of Hongze Lake during the six years from 2013 to 2018. The results show that in 2013, the central and western regions of Hongze Lake were high nitrogen zones, while the southern and coastal regions were relatively low nitrogen zones. The trend of total nitrogen concentration with time is also different. Total nitrogen concentrations peaked between April and may in 2015, 2017 and 2018. In 2016, due to the El Niño phenomenon, the average concentration of total nitrogen was higher than in previous years.

Keywords: Hongze Lake, nitrogen concentration, spatial and temporal distribution

目 录

1、引言 3

1.1、洪泽湖概述 3

1.2、水体中的N元素及其监测 4

2、数据获取及处理 4

2.1 数据来源 4

2.2水样中TN的测定 5

2.2.1水样的采集 5

2.2.2仪器与试剂 5

2.2.3试剂配制 6

2.2.4操作步骤 6

2.2.5 总氮反演模型构建 8

2.3遥感影像及处理方法 9

3、结果与分析 9

3.1测试结果 9

3.2洪泽湖TN浓度在空间上的分布特点 9

3.3洪泽湖TN浓度时间变化 12

4、结论 15

参 考 文 献 16

致 谢 18

1.引言

1.1洪泽湖概述

洪泽湖是中国五大淡水湖之一，也是淮河下游最大的湖泊型水库^[1]，总面积约为2069平方公里。洪泽湖湖盆呈浅碟形，其总趋势为西高东低，湖盆由西北向东南倾斜^[2]。沿湖周边地区涉及江苏省淮安市和宿迁市，洪泽湖堤防保护区人口2000万。湖面开阔，鱼类种类丰富，生物资源多，一方面促进了当地水产产业的发展，带动了洪泽湖周边地区经济的发展，另一方面也为人类提供了灌溉、工业发电和生活用水等多种用途，大大便利了当地居民的生产生活。

洪泽湖也是南水北调东线最大的调水蓄水湖^[3]，它属于过水性湖泊，具有大量的入水口与出水口，所以洪泽湖不仅是其上游地区的污染交汇之处，同时也是其下游地区和南水北调的污染源头^[4]。因此其水体中污染物来源较广、变化较快。据统计，仅1978年以来，洪泽湖就发生了13起重大污染事故，造成经济损失5.72亿元^[5]。其中一些污染事故就是由污染物中过量的氮、磷、钾等营养物质造成的富营养化而引起的^[6]。

根据2014至2017年的采样观察，发现洪泽湖水质逐年恶化，水体几乎全年处于富营养化状态^[7]。水体富营养化会导致湖泊的生态环境恶化，生物数量急剧减少，大大破环了洪泽湖的生态平衡，对相关的水产产业也造成了巨大的影响，更不利于周围居民的日常生活和身体健康等。因此，监测洪泽湖水体情况是非常有意义的。

图1 洪泽湖水系图

1.2 水体中的N元素及其监测

由于藻类，尤其是蓝藻和绿藻的大量生长和繁殖，导致了水体的富营养化。而衡量水体富营养化的重要参考指标有氮、磷元素和叶绿素等。其中，氮是一种多价元素，分为有机氮和无机氮，水体中的氮主要是以无机盐的形式存在，主要包括氨态氮和硝态氮。氮可以影响藻类的浮力和浮力调节，尤其是蓝藻^[8]。由于藻类的多样性，它们对氨氮和硝酸盐氮的偏好也各不相同。例如螺旋藻的培养实验，实验表明，最好的氮源是硝酸盐氮，它在高浓度下不会抑制藻类的生长，而高浓度铵态氮（5毫摩尔/升）环境下，藻类的生长会受到抑制，并且低氮浓度有益于积累螺旋藻的总糖和总脂，而高氮浓度对螺旋藻中蛋白质及叶绿素的积累是有益的^[9]。

准确地测得总氮浓度对评估水体富营养化程度和预防蓝藻水华具有重要意义^[10]。传统的总氮浓度检测方法是通过现场随船逐点采样测量，不仅调查速度慢，时间长，更重要的是现场测量只能获取时间和空间上均十分离散的数据，也有人力、气候和水文条件的限制，所以有一定的缺陷^[11]。

而遥感技术能够从表面进行监测和开发动态监测，它可以提供水质信息，在多个尺度上对许多湖泊主要水质参数进行估算，尤其是连续监测大区域地表环境的快速变化已成为持久监测区域乃至全球尺度上湖泊、海洋、水库等水体质量的有效手段^[12]。遥感技术具有监测范围广的优点，速度快，成本低，易于长期动态监测^[13]，已成为快速获取区域资源和环境信息的有力且不可替代的手段。在此基础上，国内外众多学者已经利用遥感技术，成功的开展了湖泊水体主要水质参数的动态变化监测^[14]，成为不同空间尺度综合监控湖泊状态和保护湖泊资源的有力手段，并为湖泊资源的利用和开发提供重要的基础数据。

洪泽湖处于中等富营养化状态，总氮含量超标，因此，对洪泽湖总氮的监测对于洪泽湖水环境保护具有重要意义^[15]。本文通过实地取样的方式，获取2013年洪泽湖表面的水样数据，再通过实验室检测的方式，测得洪泽湖水样中叶绿素a浓度以及总氮浓度。同时获取洪泽湖的卫星图像，建立起叶绿素a浓度的遥感反演模型，再通过遥感反演模型和叶绿素a与总氮浓度的关系得到洪泽湖全湖的总氮浓度。最后根据2013-2018年遥感图像，分析了洪泽湖2013-2018年总氮浓度随时间和空间的变化趋势。

2、数据获取及处理

2.1 数据来源

本实验通过采集洪泽湖水样，带回实验室测试分析主要水质参数，包括叶绿素a、悬浮物、总氮和总磷浓度等4个指标，再通过遥感影像数据，构建遥感反演模型，同时结合叶绿素a与总氮浓度的相互关系计算得到全湖总氮浓度，并进行分析。

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