基于遥感反演长江中游地区悬浮泥沙研究

悬浮泥沙定量研究对于调查长江的水质、地貌、生态环境等起着至关重要的作用。以长江中游武汉地区2012~2013年14幅不同时相的Landsat ETM+遥感影像为主要数据源,结合野外采样悬浮泥沙浓度数据,分析了悬浮泥沙遥感定量反演方法,数据处理中针对ETM+SLC OFF影像缝隙问题,采用自适应局部回归匹配算法（ALR）进行影像自动恢复处理,在波段选择中对悬浮泥沙浓度和光谱反射率数据进行相关性分析,并运用传统关系建模方法和高斯模型方法对比,比较悬浮泥沙定量反演模型,利用实测验证数据对反演模型精度进行评估。研究结果表明：（1）ALR可以有效的获取悬浮泥沙敏感波段的遥感光谱反射率;（2）ETM+Band3悬浮泥沙浓度的高斯模型相关系数最高,通过对比得到模型反演的验证精度较高,研究证明遥感定量反演适合于长江流域武汉段泥沙含量大范围监测     

河口泥沙再悬浮对悬沙中重金属元素的影响

基于1997年3月9日和7月27日长江口南槽定点连续观测资料。分析了河口泥沙再悬浮对重金属元素的影响。研究结果表明，在长江口南槽，近底悬沙浓度和悬沙中重金属含量均随时间变化而变化，且两者具有良好的对应关系；因子分析结果显示对所有金属元素都占绝对优势的F1因子为泥沙再悬浮，泥沙再悬浮现象对本次观测中近底泥沙中重金属含量变化起主导作用。泥沙再悬浮一方面会导致悬沙和床沙的混合。另一方面有可能导致重金属从泥沙中向水体中再释放，在长江口南槽，枯季近底悬沙中重金属含量的变化主要缘于悬沙、床沙的混合；而洪季除悬沙和床沙混合之外，还存在泥沙再悬浮过程泥沙中重金属的释放，这可能与洪季高水温、低溶氧等环境因素以及强烈的水动力条件有关。     

长江口北港上段河道枯季悬沙浓度垂向分布特征研究

基于2018年4月15日至4月24日在长江口北港主槽大小潮连续10天的定点水文泥沙观测资料,对枯季期间北港上段河道悬沙浓度的垂线分布特征进行了研究。结果表明：研究区域的悬沙浓度较低,大小潮平均值仅为0.17 kg/m3,悬沙浓度具有大潮显著高于小潮,涨落潮平均浓度接近的特点;水动力则具有大潮明显强于小潮、落潮明显强于涨潮的特点;观测期间的盐度值很低,平均值仅为0.16 psu,盐度的大小潮变化、涨落潮变化以及垂向变化都非常小,盐度密度分层对悬沙剖面影响微弱。在这种动力、泥沙和盐度环境下,大潮期间的悬沙剖面主要为斜线型和指数型;小潮期间的悬沙剖面有斜线型、垂线型和指数型,其中以斜线型占主导。通过Rouse公式拟合发现,大部分的实测悬沙剖面较符合Rouse公式,根据该公式计算得到的悬沙沉降速度介于0.36~2.89 mm/s。Soulsby公式能够对实测的斜线型和垂线型悬沙剖面进行较准确预测,平均误差控制在10%以内。     

长江口南北支水沙特性观测研究

利用2009和2010年洪枯季、大小潮长江口南北支长时间序列的水沙盐观测资料,系统分析了近期南北支的水沙盐时空分布特征及南北支之间的关系,探讨了北支水沙盐倒灌,特别是泥沙倒灌对南支水域悬沙浓度的影响。分析结果表明:北支盐度和悬沙浓度年际、季节性及大小潮差异明显,一般大潮大于小潮,枯季大于洪季,平水年大于丰水年;南支受径流影响大,悬沙浓度均值在0.2kg/m3左右,盐度在0.25‰左右,南支悬沙浓度和盐度的大小均较北支小一个量级,其变化较北支复杂,尤其是在落潮时段盐度和悬沙浓度短时间内明显增加。北支作为河口唯一受潮汐控制的分支,水沙盐倒灌南支,倒灌期间南支悬沙浓度增加,洪季大潮有微弱沙量倒灌,悬沙浓度有0.05kg/m3的增幅,枯季大潮泥沙倒灌尤甚,南支悬沙浓度长时间维持在0.25kg/m3左右,最高可达0.62kg/m3。如上游径流量减小显著,则北支泥沙和盐水倒灌对南支的影响会增大。     

近期长江口南支河道洪季含沙量时间变化及床沙再悬浮研究

基于2011年洪季在南支河道从小潮至大潮连续8天现场定点观测所获得水沙观测数据(包括潮流、悬沙浓度、悬沙粒度和表层沉积物样品),通过对悬沙浓度、悬沙粒度和沉积物在不同时刻的组成分析,以及流速、悬沙和底床切应力的相互影响分析,对长江河口南支河道悬沙随时间变化特性和河床沙再悬浮作用进行了研究。结果表明:观测期间南支主槽下段落潮水动力强于涨潮;落潮悬沙浓度高于涨潮,并由小潮至大潮逐渐增加;落潮悬沙粒径粗于涨潮,并随小潮至大潮不断粗化;河床沉积物颗粒较粗,细砂类组成达到90%以上;流速、悬沙及底床切应力之间存在显著相关性;河床泥沙再悬浮强度较强,其量值有限。而近期研究区域悬沙浓度和水沙关系发生变化,与流域来沙出现锐减有关。     

基于多源卫星数据的三峡库区水体悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是评价水体水质及区域生态环境的重要参数之一。利用2020年5月长江三峡库区与长寿湖水体实测悬浮泥沙浓度及同步光谱数据，对照Landsat-8、Sentinel-2、GF-1三类卫星遥感影像数据，分析了不同卫星仿真波段与不同波段组合下离水光谱反射率与水体悬浮物浓度相关关系，筛选得到长江三峡水体悬浮物敏感波段，并尝试率定其有效参数区间。采用线性、指数、多项式等多种数理统计回归方法，分别建立三类卫星对应的反演模型，对比不同卫星可用于三峡库区悬浮泥沙浓度遥感反演监测的最优模型，选出一个最佳模型用于长江三峡库区的水体悬浮泥沙浓度遥感监测。结果表明：(1)三类卫星数据中近红外/绿光的波段组合与悬浮泥沙浓度均具有最显著的相关性，其中Landsat-8的相关系数为0.771 3 (P<0.001),Sentnel-2为0.773 4(P<0.001),GF-1为0.730 0(P<0.001);(2)三类卫星的最佳回归模型均为线性模型，模型R²均超过0.60以上，方程F检验均通过99%置信区间，说明常用的三类卫星均可以有效应用于三峡水体悬浮物的监测。但...     

基于机制分解法长江口南汇潮滩悬移质泥沙通量研究

基于实测资料以长江河口南汇潮滩为例，对传统机制分解法进行改进，将机制分解计算中的含沙量项按悬沙粒径进行分组处理，分为63～250、16～63、4～16、05～4 μm 4个粒径组，对各粒径组泥沙的净输移通量分别进行机制分解计算，分析不同粒径组泥沙的各机制分解项对悬沙净输移通量的贡献。研究表明不同粒级的泥沙其控制输沙的潮滩动力因子不同。相当于粘土类（0.5～3.9 μm）和细粉砂类（3.9～16 μm）粒级的悬移质泥沙，平均流项T1+T2及潮泵项T3+T4+T5对其输移起控制作用；相当于粗粉砂类（16～62.5 μm）和细砂类（62.5～250 μm）粒级的悬移质泥沙，潮泵项T3～T5、潮振荡项T6～T8起控制作用。同时，对不同水深条件下同粒级悬沙净输移通量的机制分解项的比较，当悬沙输移过程由深水进入浅水时，潮泵项的贡献急剧减小，且不受大小潮汛、悬沙颗粒粒级粗细的影响     

长江河口上边界床沙粒径的长期变化及其原因

大通水文站和泥沙观测断面位于长江河口的上边界。长江下游从大通（潮区界）至长江口门的距离长达680 km。20世纪80年代以来,长江流域日趋强烈的人类活动,显著改变了长江入海水文和泥沙数量和特性,从而对长江下游至河口动力地貌和动力沉积产生了显著影响。主要研究长江潮区界大通断面20世纪50年代以来床沙粒径的长期变化。1977~2004年床沙粒径 (〖WTBX〗d〖WTBZ〗50) 有一稳定增大的趋势,这主要是对上游河道悬沙来量持续减少的响应。值得注意的是床沙粗化过程是发生在该河床长期加积的背景上的。研究表明：导致床沙粒径粗化的原因,主要是上游河段进入本河段床沙粒径的增加和本河段冲淤过程中悬沙与床沙颗粒的交换。随着三峡水库的正常运行和其它大型水库的建设,预计未来几十年长江上游悬沙来量将进一步大幅度下降,可以预计,长江潮区界河段的床沙粒径将继续呈现增大的趋势。〖     

近15年来长江口控制站徐六泾悬沙变化特征研究

基于近15年的实测数据,分析给出了长江河口控制站徐六泾悬沙浓度和组成的变化特性。研究表明：徐六泾站多年平均表层（2003～2017年）、中层和底层（2010～2017年）含沙量分别为0.07、0.07和0.13 g/L;表层（2004～2017年）、中层和底层（2009～2017年）的中值粒径分别为7.3、9.4和11.0 μm。研究期间,年平均含沙量呈显著下降趋势,洪季较枯季降幅更明显。其中2015～2017年均洪枯季表层含沙量较2003～2005年均值分别降低了57%和20%;表层含沙量在2008年出现明显降低的拐点,2008年之后的洪枯季表层含沙量较之前分别降低56%和44%。悬沙粒度具有一定的波动变化,但没有显著趋势性变化特征,或与样本数量限制和流域内人类活动有关。     

基于实测数据与遥感影像的鄱阳湖水体光学分类

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,受季风气候影响其水体空间动态变化大,且广阔的水域内部差异也较大,因此湖泊水体光学分类对反演湖泊水质参数及监测湖泊水质有着重要意义。以鄱阳湖为研究区,根据实测的反射光谱数据形态特征将鄱阳湖的水体分为4类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊和清水区,并分别对每一类结果进行分析。考虑到实测光谱数据局限于湖区某些离散点的情况,不足以观测整个鄱阳湖区域内所有不同水体类型的空间分布和动态变化,从而将该方法利用于遥感影像以便观测整个湖区水体类型。在Landsat OLI遥感影像上任意选取采样点,根据其波谱形态建立基于斜率的分类算法,并应用决策树模型把鄱阳湖水体分为5类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊、清水区和特别清澈,影像的分类结果图与实地考察的情况相一致。把模型应用于其他时期的遥感影像进行鄱阳湖水体分类,对比影像的分类结果图表明:2002、2005和2009年鄱阳湖区分别出现3种、4种和4种不同的水体类型,且水体浑浊范围呈现出动态变化。研究表明水体光学类型分类可以更好的监测湖泊水质的时空变异性。     

基于FOA-SVM方法的长江中游悬浮物浓度遥感反演研究

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度分布的有效手段之一。然而,常用的经验回归模型是建立在大样本的理论假设之上的,而大多数情况下所获取的样本数实际上是十分有限的,因而有必要引入基于小样本的新的反演模型。支持向量机(SVM)建立在结构风险最小原理和VC维理论基础上,其泛化能力强,适用于小样本回归模型。使用HJ1B卫星CCD2遥感影像结合长江中游实地同步采样数据建立悬浮物浓度SVM遥感反演模型,并采用果蝇优化算法(FOA)对模型参数进行了优化。结果表明,与传统经验回归模型相比,SVM模型具有较高的预报精度和稳定性;在SVM模型的参数优化中,FOA算法效果理想,其计算量也远小于网格搜索算法。最后,使用所建立的SVM模型对长江中游城陵矶附近长江和洞庭湖水体悬浮物浓度进行了反演,并对其空间分布特征进行了分析。结果显示,长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶下游形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的。     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

岷江老木孔航电枢纽库区泥沙淤积计算与分析

老木孔航电枢纽工程是岷江乐山-宜宾段航电梯级开发方案中的第一级,是以航运为主,航电结合的水利工程。首先建立平面二维水流泥沙数学模型,并由实测资料验证其相似性;再根据入库水沙资料,计算分析水库建成后不同时期的泥沙淤积量及其淤积分布,并初步分析分布不均形成的原因;讨论在各级频率洪水作用下,库区泥沙淤积对乐山城区及乐山大佛的影响;并分析泥沙淤积对库区建港环境的影响。通过物模实测值和数模计算值的比较,再次验证了该数学模型的适用性。结果表明:该数学模型可较好的模拟河段水流的运动及库区泥沙的淤积过程;泥沙淤积主要发生在老江坝尾至坝址河段,且估算了该段淤积量占淤积总量的85%;库区淤积后,频率洪水不会对乐山城区及乐山大佛产生影响。     

1956~2011年鄱阳湖水沙特征及其变化规律分析

近年来,鄱阳湖水沙研究集中在鄱阳湖"五河"各水文站的单站分析上,且水沙数据采用大多仅至21世纪初期,对缺测资料未进行有效插补。将鄱阳湖作为一个研究整体,分析了鄱阳湖水沙特征及其变化规律,以便为鄱阳湖泊形态变化研究以及水、沙资源的合理开发利用提供有利的参考依据。运用水沙相关、上下游泥沙相关法对部分缺测泥沙进行插补,获得1956~2011年的鄱阳湖入、出湖水沙系列数据。利用数理统计法、水沙双累积曲线法、Mann-Kendall法分析鄱阳湖入、出湖径流量与输沙量变化特征,并且探讨了水沙变化的原因。结果表明:(1)入湖径流量和输沙量的年内分配相一致,而长江水沙的倒灌影响了出湖径流量和输沙量的年内分配;(2)鄱阳湖入湖悬移质泥沙从90年代开始下降趋势加剧,而出湖悬移质泥沙1956~2000年整体呈下降趋势,2001~2011年呈现上升趋势;(3)鄱阳湖入、出湖年输沙量出现明显的突变点分别在1998年左右、2003年左右;(4)径流量总体处于相对稳定状态,但近10a来径流量略下降,主要受到降水量变少的影响,入湖输沙量变化受"五河"流域的水库蓄水拦沙、流域水土保持工作加强、人类河床采砂等因素影响;而出湖河段河床深度下切、江湖水面比降加大、人类在鄱阳湖采砂扰动河(湖)床均加大了近10a来出湖悬移质泥沙的输出。     

Screening ecological risk assessment for the benthic community in the Venice lagoon (Italy)

According to the risk hypothesis: the sediment as source of potential risk for the benthic community, an Ecological Risk Assessment (ERA) based on the quotient method was undertaken. The exposure of the benthic community to different classes of pollutants (metals, chlorinated organic compounds and polynuclear aromatic hydrocarbons) was inferred by estimating the pollutant stocks in the top 15-cm sediment of the whole Venice lagoon, after application of geostatistic techniques. The risk was calculated by comparing the sediment exposure profiles with the ecotoxicological benchmarks for benthic organisms. Kriging based maps of the spatial distribution of the estimated risk for the benthic community over the whole lagoon were obtained. The highest risk, found in the areas nearest to the sources of contamination (e.g., the industrial district of Porto Marghera and the river mouths), was posed by mercury (40% of the sampling stations showed exposure levels higher than the Probable Effect Level), arsenic and nickel (75% of the sampling stations exceeded the Threshold Effect Level).