滇池湖滨带沉积物重金属形态特征及生态风险研究

为提供合理预防和治理滇池湖滨带重金属污染以及修复湖滨带生态系统的基础资料,应用BCR 3步连续提取法对滇池湖滨带表层沉积物的重金属(包括Pb、Cd、Cu、Zn)形态特征进行了分析,并采用Hakanson潜在生态风险指数法评价其生态危害.结果表明,Cd和Zn主要以可提取态(弱酸溶解态、可还原态、可氧化态)形式存在,其中Cd在弱酸溶解态、可还原态和可氧化态中的质量分数分别为15.89%、26.35%和27.08%;Zn在这3者中的质量分数分别为23.47%、13.36%和20.81%;Pb和Cu则主要以残渣态形式存在,其质量分数分别为62.35%和72.61%.沉积物中可提取态Pb、Cd和Zn含量的空间分布从大到小为草海、外海北部、外海南部,Cu为草海、外海南部、外海北部.潜在生态风险评价结果表明,滇池湖滨带表层底泥已具有很强的生态风险,各重金属对滇池内湖滨带生态风险的影响程度由高到低为Cd、Cu、Pb、Zn.     

SWAT模型在三峡库区流域非点源污染模拟的适用性研究

将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究,对其进行适用性评价及模拟应用分析。模型校验采用的是2002—2008年的水文月数据及水质水期数据,径流模拟效果最好,评价指标ENS(Nash-Suttclife Efficiency)均在0.9以上;泥沙模拟评价指标ENS在0.46~0.9;营养盐模拟评价指标ENS个别出现了<0.36的情况,但总体模拟效果满足要求。应用SWAT模型对库区降水与地表产流、产沙、营养盐负荷进行了研究。结果表明:库区地表产流与降水的相关性趋势最好;地表产沙与产流、降水的总体趋势一致,但偶尔出现4、5月份地表产沙先于产流出现峰值的情况,这可能是由于春耕对地表扰动后又逢较强降水引起的水土流失;营养盐污染负荷尤其是TP的峰值趋势与地表产流相比,更接近地表产沙趋势。本文还对库区不同土地利用类型的污染负荷做了分析,得到各类土地利用类型的年均污染负荷总量排序及单位面积污染负荷,再次验证了SWAT模型在三峡库区流域的适用性。根据分析结果,库区耕地为非点源污染产出的主要源头,可将耕地耕种措施转变及土地利用类型转换作为库区非点源污染削减的重要手段。     

海河干流流域暴雨径流非点源污染负荷解析与控制策略

随着点源污染逐渐得到有效控制,非点源污染对海河干流流域水环境污染的贡献日益增大,对其污染负荷进行科学测算成为海河干流水质达标方案制订的重要前提。基于GIS技术,通过土地利用类型划分,利用PLOAD模型对海河干流的暴雨径流非点源污染负荷进行了计算。结果表明,海河干流流域建设用地的比例依海河流向自上而下逐渐递减,而涉农用地逐渐增加,城区地表径流与农业面源污染分别是上、下游地区重要的非点源污染负荷来源。关于流域的暴雨径流非点源污染负荷,CODCr为15 619.29 t/a,NH3-N为369.16 t/a,TN为851.20 t/a,TP为250.29 t/a。为改善海河干流水质,非点源污染控制应纳入流域的污染物总量控制计划中,与点源污染一起参与环境容量的分配与控制。     

时间序列模型在火警短期预测中的应用

基于某市的119火警数据,采用时间序列模型中的ARIMA算法进行了分析.计算结果表明,该市119火警数据的天序列服从ARIMA(0,1,2)模型,周序列服从ARIMA(1,0,0)模型.从模型对数据的拟合效果来看,ARIMA模型较为准确的反映了数据序列的发展趋势.采用这两种模型对数据序列分别进行了短期的预测,其预测值与实际结果在趋势上基本一致,研究表明采用周序列预测的效果要好于天序列.基于时序模型的火警预测方法是实现时火灾应急处置中关口前移的重要措施.     

滇池疏浚底泥中重金属对蔬菜种植生态安全的影响

滇池疏浚底泥富含蔬菜需求的营养成分,农用可提高土壤保水肥能力,改良土壤的适耕性,有利于植物的生长发育,有一定的增产效果,但可能存在重金属污染问题。通过底泥试验及加入石灰钝化试验,对生菜、白菜、棒菜和萝卜4种蔬菜施用疏浚底泥作为有机肥进行种植,分析底泥农用后其重金属对蔬菜的影响,并进行风险评价。结果表明,盆栽试验中,底泥施用量控制在5%(0.05 kg/kg)内且加入石灰改良后,蔬菜中Cu和Cd含量显著降低,但对Pb、Zn效果不明显。叶菜类蔬菜(生菜、白菜、棒菜)重金属富集能力(BCF)从大到小均表现为Cd、Pb、Zn、Cu,而块茎类萝卜BCF表现为Cd、Zn、Pb、Cu。研究表明,化学致癌物Cd与非化学致癌物Pb、Zn、Cu引起的健康风险均在终身可接受风险水平。     

基于AHP-PSO的滇池流域生态补偿标准评估

通过AHP（层次分析法）在决策目标、影响指标及评估方案3层要素之间,选取湖泊环境、社会因素及经济因素3个维度的25个基层指标,建立了湖泊生态补偿标准评估指标体系。采用MATLAB软件编写了2个程序,分别用于求解初始评分矩阵、计算评估方案权重和辅助PSO（粒子群优化算法）修正指标体系中不满足一致性要求的初始评分矩阵、优化层次分析结果。经计算,生态系统服务价值理论与污染治理费用法的权重分别为38.16%、61.84%。选用生态系统服务价值理论与污染治理费用法两种评估方案,并结合市场价值法、成果参照法、影子工程法、Vollenweider模型及完全混合模型,通过实证研究检验评估标准的合理性。计算得出滇池流域的生态补偿标准总额为32.630 2亿元/a,流域内单位面积的生态补偿标准为5 207元/（a·hm²）。     

基于改进极端学习机的混沌时间序列瓦斯涌出量预测

为更准确地预测瓦斯涌出量,预防瓦斯灾害,有必要建立和应用基于改进极端学习机(IELM)的混沌时间序列预测模型。首先,对瓦斯涌出量监测数据构成的多变量时间序列进行相空间重构,采用互信息法与虚假邻点法得到每一变量的延迟时间和最佳嵌入维数;然后,通过最小二乘方法和误差反馈原理计算出最优的网络输入层到隐含层的学习参数,对极端学习机(ELM)进行改进;最后,借助IELM建立瓦斯混沌时间序列的预测模型。通过仿真试验,运用该预测模型预测的最大相对误差为3.290 2%,最小相对误差为0.898 2%,平均相对误差为1.952 8%。     

基于CEEMDAN和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测研究

为提高采煤工作面涌水量预测准确度,收集大量工作面涌水量观测数据进行整理、统计、分析,将涌水量稳定性、周期性和季节性特征考虑在内,提出1种基于数据驱动的完全自适应模态分解算法(CEEMDAN)和改进的混合时间序列模型工作面涌水量预测方法。该方法利用CEEMDAN处理涌水量数据,构建麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)和自回归移动平均模型(ARIMA)并行级联而成的混合时间序列模型对工作面涌水量进行预测。研究结果表明：该模型预测结果与真实数据相差更小,平均绝对误差为6.36 m³/h,均方根误差为10.6 m³/h,模型拟合系数为0.95,更适用于工作面涌水量预测。研究结果可为矿井工作面涌水量预测及防控提供参考。     

基于层次分析法的石油污染土壤修复植物评价

为解决石油污染土壤原位修复时出现的修复植物选取工作量大、耗时长等问题,采用层次分析法和优劣解距离法建立了一套石油污染土壤修复植物评价体系,结合四川长宁页岩气井场现状,在使用层次分析法确定了各指标权重的基础上,利用优劣解距离法对初始备选植物进行排序;并利用权重敏感性分析和室内试验校核。结果表明,排序与试验结果基本一致,该评价体系具有可行性。     

贵州省区域煤矿排水重金属污染特征及健康风险评价

贵州煤炭资源丰富,含多种重金属的煤矿排水对环境污染明显.通过对贵州省不同地区共120个煤矿排水进行采样分析,采用单因子评价、重金属污染指数法和水环境健康风险模型3种评价方法,分别对不同区域重金属污染特征及人体健康风险进行评价.结果表明,贵州省煤矿排水多呈酸性或弱酸性,12种重金属的污染超标状况从大到小为Fe、Mn、Ni、Al、Co、Zn、Cd 与 Cr、As、Pb、Cu、Sb,其中 Fe、Mn、Ni、Al、Co污染最为严重,样点超标率分别达88％、84％、70％、59％、53％.重金属污染指数HPI地区差异显著,全省平均值为576.62,是临界值的5.76倍,各地区整体污染状况从大到小为黔东南州、黔南州、黔西南州、安顺市、毕节市、遵义市、贵阳市、六盘水市.煤矿排水中化学非致癌物Cu、Pb、Zn、Ni、Al、Fe、Mn、Co、Sb的健康风险较小(均值3.66×10-10～3.63×10-7a-1),均低于美国EPA推荐最大可接受水平 1.0×10-6a-1;化学致癌物 Cr(3.90×10-4a-1)、As(3.71×10-5 a-1)和 Cd(6.82×10-6 a-1)的健康风险均较高,其中重金属Cr污染与黔西南地区As污染,应予以重视.     

基于时间序列计算的厦门市生态足迹动态研究

目前我国快速城市化与生态环境之间的矛盾日益加剧,二者的协调健康发展备受关注。以快速城市化的厦门市为研究区,基于时间序列计算了该市1980—2010年生态足迹的动态变化。结果表明,30年间厦门市人均生态足迹从1980年的0.52 ghm~2持续增长至2010年的2.37 ghm~2,并且表现出阶段性,其中1990—2000年的增长量是1980—1990年的近3倍,2000—2010年人均生态足迹增长量约等于第一阶段(1980—1990年)和第二阶段(1990—2000年)增长量之和。在供给方面,人均生态承载力持续下降,由此导致生态赤字逐年扩大,生态环境压力逐渐加重。从组分分析看,影响人均生态足迹逐年扩大的主要组分为化石能源用地和建设用地。而生态承载力组分方面,耕地下降明显,建设用地略有上升。同时,生态足迹强度(万元GDP的生态足迹需求)在30年间持续降低,表明资源的利用效率越来越高。研究表明,厦门市工业化的发展对化石、电力等能源的巨大消耗导致生态足迹逐年增加,其产业结构需要调整。鉴于厦门市自身特点,应该在城市发展策略上由二产转向三产。此外,城市化的发展导致耕地锐减,生态承载力逐年减小,经济、城市化发展与生态环境健康矛盾显著,对其可持续发展应予以重视,在未来城市规划和建设中,应划出生态保护用地的红线,避免过度开发。     

基于北京市火灾统计数据的时间序列分析

采用Box-Jenkins法分析了城市火灾时间序列上的趋势性规律,通过数据预处理和模型的识别与诊断,最终建立了城市火灾预测模型。对北京市2000—2006年的火灾统计数据进行了平稳性处理,通过城市火灾预测模型的建模方法对北京市火灾发生次数的时间序列进行了ARIMA建模。根据得到的ARIMA(1,1,0)(1,1,1)12模型对北京市2007年的火灾发生次数进行了预测,并将该模型和BP神经网络模型的预测结果与实际情况进行对比分析。结果表明,ARIMA模型特别适用于随机性较大的火灾数据的趋势预测,并且方法简单,算法经济。     

基于单因子水质标识指数法的东江河源段水质评价

为了解东江河源段水质现状并推测其水质发展规律,以GB3838—2002《地表水环境质量标准》为标准,依据东江河源段全部7个水质常规监测断面中的5个断面(分别为新丰江水库断面、枫树坝水库断面、龙川城下断面、临江断面和江口断面)在2001—2012年的水质监测数据年平均值,选择氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)4个指标,参考单因子水质标识指数法分析评价东江河源段的水质,并讨论其污染风险。结果表明,2001—2012年东江河源段水质总体良好,水库库区断面除枫树坝水库断面TN指标在2012年处于Ⅲ类水之外,其他指标均控制在Ⅱ类水之内;东江干流断面除TN外其他3个指标均控制在Ⅱ类水之内,且江口断面TN在2009年和2011年被污染为Ⅲ类水,在2010年和2012年被污染为Ⅳ类水,而龙川城下和临江断面TN在2012年被污染为Ⅲ类水。由4个指标的历年变化趋势可以看出,东江河源段水质存在较大的氮、磷污染风险。氮、磷污染的空间格局和污染物通量分析进一步表明,下游的污染风险大于上游。     

基于瓦斯涌出时间序列的煤与瓦斯突出预测方法研究

基于瓦斯涌出时间序列(简称G序列),研究了利用G线图、移动平均线模型和综合法进行煤与瓦斯突出预测的方法.研究表明:G序列G线图法可实时反映瓦斯涌出的细小变化情况,从而可对瓦斯突出前的异常变化特征及时辨识,但是由于瓦斯涌出影响因素复杂,短期内的异常波动并不一定是突出信号,从而容易造成误判.而移动平均线模型以均线系统为基础,通过判别瓦斯涌出浓度在一定时期内的总体变化趋势,揭示煤体中影响煤与瓦斯突出的各因素与突出之间的关系.综合法利用G线图结合移动平均线模型进行突出预测,除G线图和移动平均线本身提供的信息外,结合G线与不同周期的移动平均线的相互穿越发出的一些反转信号,能够更为准确地预报瓦斯突出.     

基于关联维的事故时间序列分形特征分析

根据我国"十五"期间事故统计数据,构造了一个事故时间序列;基于相空间重构理论,对事故序列进行了相空间重构,应用G-P算法,对事故时间序列的分形特征进行了研究,计算得出事故时间序列的关联维数。研究结果表明:当嵌入维数达到8以后,该事故动力学系统具有稳定的关联维数4.7,说明至少有5个因子在影响着事故时间序列的动态变化,并且该系统的有效自由度为8。本研究对建立事故时间序列的预测模型有较大的参考价值。     

基于时间序列模型的航班运行风险短期预测

针对国内航班运行风险预测技术匮乏的现状,采用移动平均自回归(ARMA)方法,构建航班日运行风险的单变量预测模型;采用向量自回归(VAR)方法,构建航班日运行风险的多变量预测模型;经稳定性检验后,对比2种方法的短期预测效果,发现使用ARMA的单变量预测模型,未来第3天预测精度达到80.76%,可用预测周期为1～3天;而VAR多变量预测模型计算出未来第1天预测精度可高达92%,第7天预测精度仍达到80.64%,适用预测周期为1～7天。结果表明:基于ARMA和VAR的时间序列模型可用于航班运行风险的短期预测,而VAR模型精度更好,更加符合实际需求。     

基于SWAT-WASP耦合的东洋河流域水质分析

为分析东洋河流域的水质状况,利用SWAT-WASP松散耦合模型对东洋河各子流域及其河道的氮污染负荷进行了模拟.通过SWAT模型模拟污染负荷的分布情况,分析不同土地利用类型及坡度等级对氮负荷的影响,并将SWAT模型氮负荷量及月流量的输出值作为WASP模型污染负荷的输入值,以实现SWAT-WASP模型的松散耦合,进而完成对东洋河河道氮污染负荷的模拟.从SWAT模型结果分析,耕地、居民用地污染负荷较大,是流域氮污染负荷的主要来源.通过SWAT-WASP耦合对河道水质状况进行分析可知,勃塘沟支流水质情况最差,总氮、有机氮污染浓度最高,且41号河段入库浓度指标均高于Ⅲ类水标准要求.     

基于模糊层次评价法的黄河兰州段突发水污染风险评价

为实现对流域突发水污染的分级管理,增加对水环境风险的应对能力,根据流域突发性水污染事故特点及风险形成机理,构建了以风险源危害性、控制机制有效性和风险受体易损性为准则层的风险评价指标体系,提出模糊层次综合评价法对流域突发水污染进行风险评价。以黄河兰州段为例对此模型进行应用,结果表明:兰州黄河流域内西固区、七里河区所处风险等级为Ⅱ级,属中度风险区;城关区风险等级为Ⅲ级,属低风险区;上游西固区工矿企业和城关区人口、水源地是研究段风险管理应着重关注的风险源和受体。