黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台的设计与开发

随着新一代信息化技术的蓬勃发展，数字孪生技术在各行业的应用也愈发深入。面对流域水环境治理在管理部门多、空间尺度大、外部环境多变、联合调度难等问题，以黄孝河、机场河水环境综合治理项目为研究对象，以数字孪生五维模型为理论基础，基于模型模拟预测、BIM、Unreal Engine等新一代信息化技术，建立黄孝河、机场河水环境综合治理数字孪生平台，融合流域内的天气状态、水质状态、异常事件、调度指令等关键信息，构建“流域-区域-厂站”三级仿真体系，实现了“源、厂、网、河、湖”的一体化管理，为管理者提供智能运维、预测预警、动态调度等应用价值，实现了水务治理的实时有效监管和科学辅助决策，以期为未来智慧水务建设提供经验参考。     

基于变权灰色云模型的江苏省水环境系统脆弱性评价

水环境系统脆弱性是水资源利用与生态环境研究的热点问题，通过研究水环境系统的内在机理，综合考虑影响水环境系统脆弱性的资源、环境、经济、社会等因素，借助驱动力-压力-状态-影响-响应-管理（DPSIRM）框架构建水环境系统脆弱性评价指标体系。在此基础上，构建基于变权灰色云模型的评价方法，对2004~2014年江苏省水环境系统脆弱性进行评价。结果表明：2004~2014年水环境系统脆弱性指数由47.056提高到63.210，脆弱性等级由“重度脆弱”演化为“中度脆弱”，并长期维持在“中度脆弱的”等级，2014年出现了向“轻度脆弱”状态转变的趋势。分析各个子系统对水环境系统脆弱性影响程度可知，影响子系统和响应子系统对江苏省水环境脆弱性系统的影响程度逐年增加；而压力子系统和管理子系统对水环境系统脆弱性的影响程度逐年下降；其它子系统对水环境系统脆弱性的影响维持在一定水平小幅度波动。     

水生态环境质量评价体系研究

流域水生态环境质量评价体系是为流域环境管理提供基础数据,协助管理者开展流域保护措施的重要技术支持。该文深入剖析了发达国家典型水生态环境质量评价体系,归纳分析了其体系框架、构成特点、方法适用性和借鉴意义。结合前期研究基础,对评价体系的技术内容进行了完善和补充,明确了参照点位的选择原则,补充了评价方法选择的技术路线,提出了增设和实施不同监测计划的方案,最终提出生态环境质量评价技术体系框架。     

基于PSFR模型的河北省滦河流域生态安全评估

基于PSFR(压力-状态-功能-风险)模型,选取16个分项指标、34个评估指标,建立了4层次指标体系,兼顾流域的整体性与差异性,根据环境特点及功能分区将河北省滦河流域划分为6个评估单元展开生态安全评估。结果表明:整个流域的生态安全水平位于三级到二级之间;潘大水库上游评估单元刚刚达到二级较安全水平;引滦入津、大黑汀下游和青龙河秦皇岛评估单元属于临近二级的三级水平;冀东沿海的秦皇岛和唐山评估单元生态安全指数较低,但均大于50,属于三级一般水平。研究表明,水资源过度开发是各评估单元共有的不安全因素,面源污染严重和生态风险较高也是造成流域生态安全指数不高的重要原因。     

湘江干流水环境质量演变特征及其关键因素定量识别

为科学有效地保护湘江流域水环境，定量识别湘江干流主要水质指标的驱动因素，该研究基于1990~2016年水质监测数据及沿岸永州 长沙五市社会经济发展指标，采用Mann-Kendall检验法分析湘江干流水环境演变趋势，通过逐步回归分析确定各地区各水质指标主要驱动因素。结果表明：湘江干流COD_Mn、Cd、As整体呈下降趋势，上游BOD₅呈下降趋势，上中游NH₃-N呈上升趋势，中游衡阳、株洲市重金属Cr⁶⁺呈上升趋势，衡阳市TP呈上升趋势，中下游BOD₅呈上升趋势；定量追溯各水质指标影响因素得出工业污染是湘江干流重金属As、Cr⁶⁺、Cd主要驱动因素，永衡株潭地区NH₃-N，衡阳市BOD₅、COD_Mn、TP及衡株潭地区BOD₅均以农业污染影响为主；发现产业结构调整对干流水环境有显著影响，建议在流域产业结构调整过程中加强转型升级。     

长江源区浮游植物群落结构及分布特征

地处青藏高原腹地的长江源区是长江流域的水源涵养地和生态系统的天然屏障,同时也是自然生态系统最敏感、生态环境十分脆弱的地区,浮游植物作为水体生态系统中的初级生产者,其群落结构对反映水体质量具有重要的指示作用。为探究长江源区水环境特性和浮游植物群落特征,于2018年3月份与10月份对长江源区10个典型河段的水环境因子与浮游植物群落组成进行了系统调查。结果显示:10月份各调查河段流速、浊度、水温及电导率等水环境参数均比3月份高;同一月份中,楚玛尔河的浊度、盐度、电导率等水环境参数均显著高于其余河段;两个月份各调查河段的pH、溶解氧以及亚硝酸盐氮等指标差异不显著。采样调查共鉴定出浮游植物4门28属58种,其中以硅藻、绿藻和蓝藻物种数占优,分别占总数的79.3%、10.4%和8.6%。调查期间,长江源区浮游植物密度在6.06×10~4～39.90×10~4 cells·L~(-1)之间,平均生物量为0.59 mg·L~(-1)。浮游植物优势种有美丽颤藻(Oscillatoria formosa)、普通等片藻(Diatoma vulgare)、脆杆藻(Fragilaria sp.)、针杆藻(Synedra sp.)、舟形藻(Navicula sp.)、桥弯藻(Cymbella sp.)、小球藻(Chlorella sp.)等。两个月份Shannon-Wiener多样性指数(H’)均值分别为3.06和3.12,Margalef丰富度指数(D)均值为1.17和1.52,Pielou均匀度指数(J)均值为0.90和0.82。结合水体营养盐指标、浮游植物密度及多样性指数等指标对水质评价,长江源区水质总体呈无污染或轻度污染状态。     

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。     

TRMM和GPM卫星降水数据在中国三大流域的降尺度对比研究

以中国三大流域为研究区域,分别针对TRMM 3B43和GPM IMERG降水数据,构建基于归一化植被指数(NDVI)和数字高程模型(DEM)数据的地理加权回归(GWR)模型,以2014年夏季(6～8月)数据为例,得到了三大流域1 km分辨率的降尺度降水数据,并进一步通过气象站点数据对降尺度结果进行验证.研究表明:(1) GPM原始数据整体精度优于TRMM数据,两种数据在黄河流域的精度评价指标优于长江流域与珠江流域;(2)经降尺度计算,两种数据空间分辨率得到了显著提高,且表现出更多降水变化的细节与趋势,但精度指标对原始数据依赖性大,导致提升并不显著;(3)当联合使用NDVI及DEM作为GWR降尺度模型的辅助变量时,两种降尺度结果的差异值在长江流域与珠江流域的高海拔地区中更为显著;(4)黄河流域中,使用不同辅助变量下的降尺度结果在空间分布上总体相似.TRMM数据使用地形作为单独辅助变量的降尺度结果最佳,而GPM数据不同辅助变量下降尺度结果差异并不明显.