基于BPNN的一江两河流域水体中重金属浓度预测

本文将反向传播神经网络(BPNN)应用于青藏高原一江两河流域(雅鲁藏布江山南段、拉萨河、年楚河)水体中重金属浓度预测，探讨了输入变量、预测因子、隐藏层节点数和模型结构的影响.模型以溶解氧(DO)、pH、电导率(EC)、总磷(TP)、铁(Fe)作为网络的输入层，重金属砷(As)、锑(Sb)、钼(Mo)、锰(Mn)的含量作为网络的输出层，使用Levenberg-Marquardt (LM)算法进行训练.其中，BPNN隐藏层的传递函数为tansig，隐藏层节点数为9，输出层的传递函数为purelin，输出层节点数为4.结果表明：(1)以单个元素作为预测因子时，As、Sb、Mo、Mn预测值和实测值的决定系数(R²)分别为0.98、 0.933、 0.894、 0.928；均方根误差(RMSE)分别为：9.7168×10^-4、 1.2508×10^-4、 3.3159×10^-4、1.9188×10^-3.(2)以4个元素作为预测因子时，预测值和实测值的决定系数(R²)为...     

地表水环境遥感监测关键技术与系统

介绍了地表水环境遥感监测的关键技术与系统及其典型应用,其代表性机理模型和应用示范成果主要来自于中国科学院遥感与数字地球研究所的高光谱遥感团队在最近几年中取得的一些研究进展,主要包括建立了基于改进双峰法的水体分布自动化遥感提取方法,实现了简单、高效和高精度的水体提取；提出了大型湖泊长时序水量估算方法,并以青藏高原湖区为例,重建了典型湖泊面积、水位和水量序列；发展了基于“软分类”的典型内陆水体叶绿素a浓度反演方法,构建了基于生物光学模型的高度浑浊水体悬浮物浓度遥感反演半解析方法,提高了反演方法的区域和季节适用性；构建了基于水色指数的大范围湖库营养状态和透明度遥感监测方法,实现了全球大型湖库营养状态遥感监测,以及全国大型湖库透明度遥感监测；在此基础上,开发了地表水环境遥感监测系统,提高了水环境遥感监测效率,促进了卫星遥感在水环境监测中的高精度业务化应用。     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

汉丹江(陕西段)水质变化特征分析

基于2008—2012年陕西省境内汉江、丹江干流14个断面的水质监测数据,采用单因子评价法、平均综合污染指数法和秩相关系数法等对该段水体的水质变化特征进行研究。结果表明,汉丹江(陕西段)断面水质以Ⅱ类、Ⅲ类为主,水质总体为优;水质综合污染状况呈下降趋势,其中汉江下降趋势显著;水质综合污染状况空间差异和区域分布特征明显,城区段污染大于郊区,各行政区段河流下游污染大于上游。流域水质主要受有机污染和营养盐因子影响,水体污染源主要来自城镇生活源和农业面源,工业源占比不大且排放行业较为集中。     

江苏省环境监测质量管理的探索与实践

针对目前交界断面水质监测与空气自动监测站质量管理工作中存在的质控难点,介绍了江苏省的解决办法。通过统一技术细节、联合监测及强化监测人员持证上岗自认定考核等手段,解决了交界断面水质监测技术纠纷;通过设立省级质管站、进行可信度评估等措施,强化空气自动监测站的质量管理。     

基于MIKE21模型的洋河水库水质模拟

近年来,由洋河水库富营养化引起的供水安全问题日益突出。为应对洋河水库富营养化问题,基于迁移扩散及对流扩散理论,利用MIKE 21二维水动力模型对其水质进行了模拟。考虑污染物随水流入库及出库过程,分析了在水动力作用下TN、TP、NH_3-N随时间迁移扩散的质量浓度变化及分布情况。结果表明:模拟初期污染物以扩散为主,高浓度区域主要集中在入流处,在入流高峰期污染物向整个库区扩散,垂直水库中心线以西出现高质量浓度水域;入流与出流稳定期污染物以降解为主,水库中心水域污染物质量浓度较高。最终模拟得到库区TN质量浓度约为4.5 mg/L,TP质量浓度为0.06~0.075 mg/L,NH_3-N质量浓度为0.20~0.25 mg/L;9月水库实测TN、TP、NH_3-N质量浓度分别为5.0 mg/L、0.008 mg/L、0.20 mg/L,与模拟结果基本一致。研究表明,8月中旬到9月中旬,洋河水库污染物浓度较高水域极易暴发富营养化,此结论可为洋河水库水质评价、供水安全及污染物治理提供参考。     

暴雨径流对海河干流水质的影响及排干水质要求的确定

以天津市海河上游河段为研究对象,模拟计算暴雨径流由二级河道排入海河干流后所造成的影响。采用EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型建立了海河干流上游河段的水动力和水质模型。在不同降雨重现期和干流入口流量的情况下,模拟了二级河道排放污染物COD、DO、NH3-N和TP等在海河干流的迁移转化规律。降雨重现期选取0.5 a、1 a、2 a、5 a、10 a和50 a。海河干流入口流量选取0、10 m3/s、20 m3/s、30 m3/s、50 m3/s、100 m3/s、150 m3/s和200 m3/s。海河干流的柳林控制断面为水质控制断面。当降雨重现期为10 a、干流入口流量为0时,柳林控制断面处COD、NH3-N和TP质量浓度分别超标73%、47%和197%,DO质量浓度只有3.16mg/L,水体污染严重。在保证柳林控制断面处水质满足水质要求的前提下,确定了各二级河道排干水质要求拟合曲线。当固定降雨量时,干流入口流量越小,二级河道排干水质的控制指标就越严;当固定干流入口流量时,降雨量越大,二级河道排干水质的控制指标就越严。根据二级河道排干水质控制指标,可计算各二级河道的排干水体的总截污量和DO补充量,为汛期海河水环境保护提供理论指导。     

鄱阳湖主湖区与碟形湖水位变化及其对水质的影响

水位作为鄱阳湖重要的水文因子,对鄱阳湖水动力过程和水质变化具有重要影响。根据2014~2015年鄱阳湖主湖区和碟形湖水位、水质监测数据,分析了主湖区和碟形湖水位及主要水质指标的年内变化特征,阐述了主湖区和碟形湖水质对水位的响应特征。结果表明:(1)丰水期碟形湖与主湖区联通,碟形湖水位与主湖区水位呈直线型相关,枯水期碟形湖水位高于主湖区,主湖区年内月平均水位变异系数为0.13,而碟形湖年内月平均水位变异系数为0.08;(2)丰水期,主湖区和碟形湖的氮磷比分别为19.29和46.27,枯水期主湖区和碟形湖水体的氮磷比分别为17.88和40.39;(3)鄱阳湖主湖区水质主要指标与水位的相关性显著强于碟形湖,主湖区总氮、氨氮、总磷和溶解氧均与水位呈负相关性,而碟形湖中只有p H与水位有相关性;(4)枯水季节,碟形湖水体具有较高的总氮,而鄱阳湖主湖区则具有较高的总磷和氨氮。总之,枯水期进行合理的水位调控能够有效降低富营养化风险。