[发明专利]浅水湖泊氮磷总质量估算方法

说明书

本发明涉及浅水湖泊氮磷总质量估算方法，通过采集湖泊垂向样本，测试不同深度氮磷浓度，分为上下两层计算单元水柱内氮磷总质量，建立单元水柱内氮磷总质量算法，利用插值获取湖泊营养盐空间分布，结合湖底地形和水位数据，计算湖泊氮磷总质量。采用本发明的方法能够通过历史水质监测数据，计算湖泊氮磷总质量，模拟氮磷总质量变化趋势。该方法丰富了湖泊营养状态评估内涵，拓展了理论框架，为湖泊水环境治理和流域营养盐排放管控提供参考。

技术领域

本发明涉及湖泊水环境领域，具体浅水湖泊氮磷总质量估算方法。

背景技术

为了评估水体富营养化程度，全世界各地营养盐浓度调查已经开展了几十年(Chen et al.,2019；Huang et al.,2021)。由于传统调查方法需要消耗大量成本，21世纪之后利用遥感技术获取水体营养盐浓度时空分布的研究也逐步展开(Chang et al.,2013；Xiong et al.,2022)。高频遥感观测表明，在藻华、水动力和气象因素的影响下，浅水湖泊水质空间分布会在短时间之内产生明显变化(杜成功等,2016；Qi et al.,2018；Shi etal.,2017)。营养盐分布不均匀、不稳定的现象导致了湖泊调查不准确、富营养化治理措施效率低等一系列问题。湖泊营养盐总质量是湖泊营养水平的整体体现，其受到表层沉积物的调节作用影响(Xie et al.,2003a；Xu et al.,2017)，同时，富营养化湖泊较长的换水周期提升了湖泊营养盐的滞留时间(朱广伟等,2019)，因此通过估算湖泊氮磷总质量，可以为湖泊富营养化治理提供新的视角。

水体氮磷总质量估算首先需要明确氮磷的垂向分布特征，由于浅水湖泊易受到风浪扰动，导致上下层混合，水质垂向分布特征研究一般在海洋(Wirtz and Smith,2020)和深水湖泊(Liu et al.,2019)展开。目前，浅水湖泊的水质垂向研究还主要停留于水温和浮游植物(Hu et al.,2021；Yang et al.,2018)，氮磷浓度垂向分布研究鲜有报道。其中，在深水湖泊的研究表明，湖泊水温的热力分层现象对溶解氧等水质垂向变化有着重要影响(Zhang et al.,2015)，而溶解氧浓度又是沉积物吸附和解吸附磷的关键影响因素(Ni etal.,2020)。尽管浅水湖泊易受风浪扰动，但是在春夏季节特定天气条件下会出现水温日成层现象，持续时间不超过24小时(Yang et al.,2018)。尤其1.5m深度水温变暖最显著(陈争等,2021；张玉超等,2008)。因此，可以认为大多情况下浅水湖泊水体处于混合状态，分层现象出现时，以1.5m为界线估算上下两层的氮磷总质量。另一方面，浮游植物的垂向分布同样对水质垂向分布有着重要影响，尤其是浮游植物爆发时的泵吸效应会导致营养盐浓度升高(Xie et al.,2003b)。关于湖泊浮游植物垂向结构的研究相对比较成熟(Xue et al.,2015；Xue et al.,2017)，一般基于表层叶绿素浓度，利用积分估算单元水柱内叶绿素总量，计算得到单元水柱内的藻类生物量，目前已经在巢湖(Li et al.,2017)、滇池(Bi etal.,2019)等浅水湖泊得到应用并获得了藻类生物量时空变化。因此，氮磷总质量估算可以借鉴同样的方法。

综上，有关湖泊氮磷总质量的研究鲜有报道，浅水湖泊氮磷总质量估算是一项开创性研究，暂时没有太多的报道可以参考。根据实地采集的水样氮磷浓度估算单位面积水柱内营养盐总质量，然后在此基础上估算湖泊氮磷总质量变化，探讨湖泊氮磷总质量变化趋势及机制，不仅丰富湖泊营养状态评估内涵，拓展理论框架，而且为湖泊水环境治理和流域营养盐排放管控提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可适用于浅水湖泊的氮磷总质量估算方法，可以利用水质监测数据模拟湖泊氮磷总质量及其变化趋势。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

浅水湖泊氮磷总质量估算方法，包括：

采集湖泊垂向分层水质样本和混合层样本，测定总氮、总磷浓度；