水环境模拟中多孔介质非均质性空间变异最优估计模型

在生产实践中,经常要求对含水介质渗透性参数的空间分布数值作出可靠的估计.如何利用已知数据对指定点处的渗透性参数作出令人满意的估计,历来是水文地质工作者和应用数学工作者都关心的问题.文章应用能够刻画区域化变量随机性与结构性特征的地质统计学的理论和方法对能够反映多孔介质非均质特性的参数进行了分析,通过分析结果得出了参数空间变异性局部最优估计模型--普通克里格法.     

基于时空回归克里格和AOD数据的PM2.5时空插值

基于京津冀地区2016年PM_(2.5)浓度监测数据和MOD04的10 km分辨率气溶胶数据,结合时空位置,建立PM_(2.5)回归模型,使用时空回归克里格方法对京津冀地区进行PM_(2.5)时空插值,对比研究时空回归克里格与只使用监测站数据的普通时空克里格方法的时空插值结果。结果表明,两种方法的插值结果时空趋势相同,京津冀地区东南部PM_(2.5)浓度较高,夏秋两季浓度低于春冬两季;时空回归克里格插值结果的均方根误差为26.1,时空克里格插值结果均方根误差为28.3,即兼顾时空趋势并结合气溶胶数据的时空回归克里格插值精度提高了约8%。     

城市表层土壤重金属污染分析研究

根据某城市土壤表层中的8种重金属Cu、Pb、Cd、Hg、As、Cr、Ni、Zn的浓度数据,利用地统计学原理方法,研究了不同功能区土壤重金属的污染特征。结果表明Cd、Cu、Hg、Pb和Zn在工业区和主干道路区浓度超标,并且这几种元素的富集系数偏高,说明污染来源主要是工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损等。此研究对城市土壤重金属污染治理及修复、重金属污染重点行业污染控制等提供参考。     

基于BP人工神经网络的城市PM2.5浓度空间预测

针对PM2.5日均质量浓度,采用BP人工神经网络模型,预测研究区空气中PM2.5浓度的空间变异,通过与普通克里格(Ordinary Kriging)插值方法对比验证BP人工神经网络预测模型的精度.结果表明:BP人工神经网络预测模型下研究区检验样本点位置的PM2.5仿真浓度与观测浓度之间的均方差、平均绝对误差、平均相对偏差和相关系数分别为0.296 μg2/m6、0.412 μg/m3、1.650％和0.851;而与此同时,普通克里格插值方法下的对应结果分别为1.041 μg2/m6、0.689 μg/m3、11.910％、0.638.研究成果在肯定BP人工神经网络预测模型可用于揭示PM2.5浓度空间变异特征的同时,也证实了其相对于普通克里格插值方法在固定空间点位准确预测PM2.5浓度方面的优势.     

上海城市街道灰尘重金属铅污染现状及评价

对上海市区和郊区城镇中心街道灰尘中铅的含量水平进行了研究,并应用克里格插值法分析了市区街道灰尘中铅的空间分布特征,结果表明:市区街道灰尘中铅的含量为28～4443 mg·kg^-1,平均含量为264 mg·kg^-1,为上海土壤环境背景值的10.4倍;郊区城镇中心街道灰尘中铅的含量为155～364 mg·kg^-1,平均含量为237 mg·kg^-1,为环境背景值的9.3倍;市区内环线以内黄浦江两岸区域铅污染较为严重,平均含量为359 mg·kg^-1;铅污染中心主要位于商业区和交通干道,平均含量分别为642和520 mg·kg^-1.地积累指数法和铅污染指数法的评价结果表明:上海城市街道灰尘中铅污染整体上处于中度污染水平,其中,市区内环线以内黄浦江两岸区域街道灰尘中铅污染处于偏重污染水平.研究结果以期为上海市的城市环境污染防治和城市规划提供重要的科学依据.     

基于时空指示克里格的PM2.5不确定性分布

以山东省2014年PM_2.5浓度监测数据为对象,利用时空指示克里格理论和方法,实现对PM_2.5时空分布的不确定性分析.结果表明,山东省境内PM_2.5的空间自相关范围大于100km,时间自相关范围为3d左右.此外,山东省境内各空间位置全年空气质量以大于0.8的概率达到空气质量"优"级别的时空占比为7%,以大于0.8的概率达到轻度污染级别的时空占比为34%,以大于0.8的概率超过严重污染级别的时空占比为1%;东部沿海地域空气质量达到轻度污染的概率明显高于中西部,夏季空气质量也明显优于其它季节.     

普通克里格法在乌梁素海水体富营养化研究中的应用

以位于我国北方半干旱地区的河套灌区中草型浅水湖泊乌梁素海为研究对象,将实测数据与空间数据应用普通克里格法的理论与方法,尝试研究乌梁素海水质参数空间分布特性。结果显示,乌梁素海水质参数的空间结构变异性是客观存在的,各水质参数都具有块金效应;并对乌梁素海水质参数进行克立格插值,为进行水体富营养化评价可以提供更为直观的水环境信息。研究表明乌梁素海水体富营养化程度十分严重,属于中、重度富营养化,研究结果对乌梁素海的湖泊水环境管理具有一定的参考价值。     

融合自然-人为因子改进回归克里格对土壤镉空间分布预测

掌握土壤重金属的空间分布对于科学制定土壤污染风险管控策略具有重要支撑作用.针对目前重金属空间模拟较少考虑影响因素且平行变量间存在多重共线性,导致预测精度较低问题,选取自然-人为的23个影响因素,采用OK（普通克里格法）、NRK（仅基于自然因子的回归克里格法）和NARK（基于自然-人为因子的回归克里格法）对土壤镉空间分布进行模拟,评估预测精度,以冶炼厂周边区域实证研究.结果表明：该区土壤镉点位超标率达85.93%,对土壤镉空间异质性的影响表现为冶炼厂大气排放 > 钢铁厂大气排放 > pH > 有机质 > 与道路的欧氏距离 > 与河流的欧氏距离.NARK对土壤镉预测结果的均方根误差和平均绝对误差较OK法分别降低26.86%和30.56%,模型决定系数R²由0.78提升到0.88;较NRK分别降低24.15%和24.23%,R²由0.81提升到0.88.融合自然和人为因素的回归克里格模型明显提高了土壤镉空间分布模拟精度,增加人为因素作为辅助变量对模型精度的提升贡献很大,尤其是大气点源污染排放.     

生活垃圾焚烧厂周边土壤汞污染特征及评价

生活垃圾焚烧汞污染排放问题一直受到广泛的关注,特别是汞在其周边环境土壤中沉积,可能影响环境和人体健康.以华北某生活垃圾焚烧厂为研究对象,对其周边土壤中汞的含量及分布特征进行了分析,并对土壤中汞的污染状况及对周边人群的健康风险进行了评价.土壤中汞的浓度范围为0.015~0.25 mg·kg-1,平均值为(0.088±0.064)mg·kg-1.土壤中汞的浓度明显受到了风向影响,在焚烧厂西北方向(下风向)上汞的浓度高于东南方向(上风向)上汞的浓度.通过克里格插值绘制的汞等浓度值线图进一步给出了汞在周边土壤中的空间分布特征,图中显示在焚烧厂的周边存在3个浓度相对较高的区域,分别位于焚烧厂的西北偏北、东北偏北、西南偏西方向.单项污染指数及地累积指数评价结果表明焚烧厂部分周边土壤样品受到了一定影响,但健康风险评价表明土壤汞未对当地人群造成健康危害.