湖泊是满足人类生活需求以及社会经济发展的必要资源,在调节生态系统方面起着重大作用。湖泊重金属污染不仅会危害到水生生物和水生态系统,而且会通过食物链进行千百倍放大从而对人类健康产生危害。常规的湖泊水体中重金属测定方法费时费力成本较高且效率低,不能快速获得大量样品的检测结果,因此,选择快速经济的方法来对湖泊重金属浓度进行快速模拟预测,对湖泊水体中重金属污染监测和防控措施方案的制定具有重要意义。根据巢湖的湖区特征,在出入湖河口及湖区内共布设了 23个采样点,按水文周期及季节特征共进行5次采样,收集到水体理化指标(温度、溶解氧DO、pH和浊度)、营养盐(总氮TN、总磷TP、氨氮NH4+-N、硝态氮NO3--N和正磷酸盐PO43--P)和重金属浓度(Be、Cd、Co、Fe、Ni、Pb、Ti和Zn)共115组数据。利用非度量多维尺度分析(NMDS)对水体理化、营养盐指标和重金属的时空分布特征进行了分析,并采用两种方法对重金属的污染进行评价,通过主成分和聚类分析探究重金属主要来源。利用相关性分析、冗余分析以及重要性分析对水体理化和营养盐指标与重金属浓度之间的关系进行了研究。最后将水体理化指标和营养盐作为输入预测因子,利用多元线性回归(MLR)、支持向量机(SVM)和人工神经网络(BP-ANN)建立模拟预测水体中重金属浓度的模型,并筛出最优模型。研究可为巢湖水体重金属污染监测及防控措施的制定等工作提供参考。主要研究结果如下:(1)巢湖水体呈弱碱性。水温和DO随季节变化明显,趋势相反。DO在南淝河和派河采样点属IV类水质,其余点位都为I类水质,整体污染较轻。浊度无明显时空变化特征。(2)营养盐整体在3月份浓度最高,在9和10月份最低。空间上,各营养盐浓度在西半湖河口较高,特别是南淝河和派河河口。(3)重金属的平均浓度大小为Fe(979.4 μg/L)>Ti(152.9 μg/L)>Zn(45.11μg/L)>Ni(26.45 μg/L)>Pb(6.177 μg/L)>Co(3.771 μg/L)>Be(0.403 μg/L)>Cd(0.126μg/L)。大部分元素的平均浓度在12月份最低,10月份最高。西半湖重金属的浓度整体上高于东半湖,重金属浓度较高的点位于西湖心、或东西半湖的入湖河口处。湖区内呈现由西向东浓度逐渐降低的整体趋势。(4)NMDS分析结果表明,重金属整体浓度在空间上的差异不大。理化与营养盐指标的空间分布显示出西半湖与西半湖入湖河口处的差异性较大。理化指标受季节的影响较为明显,而重金属与营养盐受季节变化影响较小。(5)内梅罗单因子重金属污染评价结果表明,Fe、Ni和Ti元素污染较为严重,其余元素均无污染;综合污染评价结果表明区域污染为西半湖(重度污染)>东半湖入湖河口(中度污染)>东半湖(中度污染)>西半湖入湖河口(轻度污染)。而重金属污染指数法的评价结果显示,重金属污染在时空上皆为低污染状态。(6)主成分分析和聚类分析的结果显示,Be、Co、Fe、Ni、Pb、Ti和Zn可能是来源于工业燃煤、矿物开采、金属冶炼以及电镀制造等人为活动,Cd元素可能是源于农业活动中农药和化肥的使用。(7)Spearman相关性分析结果表明,除Cd外,绝大多数重金属浓度与营养盐浓度及水体理化指标之间具有显著相关关系,其中温度与Co元素的相关性最高(Rs=0.56)。冗余分析与随机森林因子重要性评估分析结果进一步表明,水体浊度和温度的改变对重金属浓度的变化影响较大,同时营养盐指标对重金属的浓度变化也具有一定的影响。(8)线性模型(MLR)对重金属的模拟效果远低于非线性模型(SVM和BP-ANN)的模拟效果。除Cd外,其余重金属模拟结果均较好。利用BP-ANN与SVM分别建立的3种模型对8种重金属的平均训练R值分别为0.795和0.734,BP-ANN的整体模拟结果好于SVM模型。当输入因子为理化指标,构建BP-ANN模型时(模型8),对重金属浓度的整体模拟效果最好,Ti的训练R值可达0.939。图[22]表[21]参[130]