王 立,吴羽溪,王小艺,刘载文

(北京工商大学人工智能学院智慧环保北京实验室,北京 100048)

1 引言

随着工农业的发展,大量化工生产过程中的氮、磷等营养物质排入江河湖泊,水体富营养化程度不断加剧[1].藻类的大规模繁殖和腐烂降低了水体的溶解氧含量,导致水生动物死亡,严重破坏了水生生态系统[2].同时,藻类水华还会产生多种生物毒素,严重影响饮用水安全,影响人体健康[3].最新发布的2018年《中国生态环境公报》显示,我国城乡结合部大部分城市湖泊和中型湖泊可能面临水体富营养化[4].水污染问题已成为制约我国经济社会发展的重要因素之一,引起了国家和地方政府的重视.因此预测水华暴发的时间和程度和水体富营养化等级是保护水资源的非常重要的手段.

藻类水华的预测方法主要分为两类,基于机理的水质建模方法[5]和基于数据的水质建模方法.对于机理建模方法,模型从单层、单室、单成分、零维的简单模型发展到多层、多室、多成分、三维的复杂模型,并逐渐应用于河流湖泊的污染控制和生态系统的管理.而现有的机理建模方法,仅考虑氮或磷元素等营养物质对藻类生长过程影响,忽略水体底物中的氮磷反馈机制,没有反映氮和磷元素在藻类水华形成过程中的完整循环过程.因此本文考虑水华形成过程中氮循环、磷循环等化学过程,根据“氮–磷–藻”之间的耦合关系及底物反馈机制,对藻类水华形成过程进行……